jetson nano GPIO控制说明

一.GPIO介绍

GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出。有时候我们会简称为“IO口”。GPIO口在智能硬件开发中是一个比较重要的概念，用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鸣器等),读取硬件的工作状态信号（如中断信号）等。Jetson TX1、TX2、AGX Xavier和Nano开发板包含一个40针GPIO接头，类似于树莓派中的40针接头。可以使用Jetson GPIO library包中提供的Python库或者C++库控制这些GPIO的数字输入和输出。该库与Raspberry Pi的RPi.GPIO库具有相同的API，以便提供将在Raspberrry Pi上运行的应用程序移动到Jetson板的简单方法。
GPIO四种模式:

• BOARD
• BCM
• CVM
• TEGRA_SOC

提示:四种模式可以分为两组：BOARD和BCM一组，CVM和TEFRA_SOC一组。其中,前两种源于RPi.GPIO library，因此Jetson Nano的引脚对照和树莓派一致,大家再开发学习时,可以参照树莓派.

二.安装GPIO库

python库

1. jetson nano原版本系统自带，但是也可以直接pip安装或者官网下载源代码安装

   # pip直接安装
   sudo pip install Jetson.GPIO
   
   # 或者下载代码进行安装
   sudo python3 setup.py install
   
   

2. 设置用户权限，为了使用Jetson GPIO库，必须首先设置正确的用户权限/组。创建新的gpio用户组。然后将用户添加到新创建的组中。

   sudo groupadd -f -r gpio
   sudo usermod -a -G gpio your_user_name
   

   通过将99-gpio.rules文件复制到rules.d目录来安装自定义udev规则。

   • 如果是将源代码下载到Jetson.GPIO：

     sudo cp lib/python/Jetson/GPIO/99-gpio.rules /etc/udev/rules.d/
     

   • 如果是使用pip安装的Jetson.GPIO，则在虚拟环境中使用pip：

     sudo cp venv/lib/pythonNN/site-packages/Jetson/GPIO/99-gpio.rules /etc/udev/rules.d/
     

3. 最后需要通过运行以下命令重新启动或重新加载udev规则：

   sudo udevadm control --reload-rules && sudo udevadm trigger
   

C++库

1. 从官网克隆代码

   git clone https://github.com/pjueon/JetsonGPIO
   

2. 创建构建目录并将目录更改为该目录。

   cd JetsonGPIO
   mkdir build && cd build
   

3. 配置cmake

   cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr -DBUILD_EXAMPLES=ON
   # 参数选项说明
   -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr # 选择基础安装目录
   -DBUILD_EXAMPLES=ON # 选择创建samples
   

4. 构建以及安装库

   sudo make install
   

三.几种常用的通信协议

上面介绍了什么是GPIO口以及如何安装 GPIO库，但是我们还不能立即去使用。我们还得再了解一下几个常用的通信协议，这样我们才能愉快的使用。

UART

UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）是一种非常常见的接口或协议，几乎在每台计算机或微处理器上都可以找到它，中文我们一般称为通用异步收发传输器，也称其为RS-232标准。该协议是全双工协议，它也是一种包括特定通信的电子、机械和物理特性的全面标准。当在总线上发送数据时，数据电平需要转换成适合RS-232总线的电平，在总线上传输器发送不断变化的电压。高于3V的电压值即为逻辑0，而低于-3V的电压值即为逻辑1，-3~3V之间的电压值被称为不确定状态。

很多传感器在其输出引脚上都能使用UART通信协议，我们就可以使用这些传感器与我们的树莓派和Nano通信。

PWM

PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制（简称脉宽调制，通俗的讲就是调节脉冲的宽度），是电子电力应用中非常重要的一种控制技术 。简单的说，PWM就是在一个周期内，控制高电平多长时间，低电平多长时间PWM有非常广泛的应用，比如直流电机的无极调速，开关电源、逆变器等。

I2C

I2 C（Inter-Integrated Circuit）是一种用两条连线工作的半双工协议,只要发送端在发送数据，接收端就只能监听而不能发送数据，相反也是如此。市面上有一些带有I2C接口的16×2字符点阵LCD显示器模块，我们可以写一下程序在这块屏幕上显示。

I2S

I2S（Inter-IC Sound, Integrated Interchip Sound）是飞利浦在1986年定义（1996年修订）的数字音频传输标准，用于数字音频数据在系统内部器件之间传输，例如编解码器CODEC、DSP、数字输入/输出接口、ADC、DAC和数字滤波器等。

SPI

SPI（Serial Peripheral Interface）串行外围设备接口是一种全双工短距单主设备通信协议，与UART不同，它是一种同步通信协议。SPI简单的连接方式之一是单主从连接，如图所示。一般来说，总共有4条数据线，分别是时钟（SCLK）、主入从出 （Master In Slave Out，MISO）、主出从入 （Master Out Slave In，MOSI）以及片选（CS）。

注意：NVIDIA Jetson Nano的GPIO口输入的电压为3.3v,大家确保输入电压不要超过3.3V，否则你的板子可能会坏。

四.控制函数说明

python（参考）

1. 设置GPIO的引脚定义

   GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
   # or
   GPIO.setmode(GPIO.BCM)
   # or
   GPIO.setmode(GPIO.CVM)
   # or
   GPIO.setmode(GPIO.TEGRA_SOC)
   

2. 消除警告

   GPIO.setwarnings(False)
   

3. 设置一个引脚的模式

   GPIO.setup(channel, GPIO.IN) # 引脚设置为输入
   GPIO.setup(channel, GPIO.OUT) # 引脚设置为输出
   GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH) # 带初始化的引脚定义
   
   # 同时设定多个引脚的定义
   channels = [18, 12, 13]
   GPIO.setup(channels, GPIO.OUT)
   

4. 读取引脚的值

   GPIO.input(channel) #返回值为GPIO.LOW or GPIO.HIGH
   

5. 设置引脚的值

   GPIO.output(channel, state) #state可以是GPIO.LOW or GPIO.HIGH
   

6. 清除所有引脚的设置

   GPIO.cleanup() #清除所有引脚的值
   GPIO.cleanup([chan1, chan2]) #清除部分引脚的值
   

7. 设置中断

   #第二个参数指定要检测的边缘，可以是GPIO.RISING、GPIO.FALLING或GPIO.BOTH。
   #如果您只想将等待时间限制为指定的时间，可以选择设置超时：
   GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING)
   GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING, timeout=500)
   

8. 事件检测

   GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
   run_other_code()
   if GPIO.event_detected(channel):
       do_something()
   

9. 事件回调函数

   def callback_one(channel):
       print("First Callback")
   
   def callback_two(channel):
       print("Second Callback")
   
   GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
   GPIO.add_event_callback(channel, callback_one)
   GPIO.add_event_callback(channel, callback_two)
   

C++

1. cmake链接库

   find_package(JetsonGPIO)
   target_link_libraries(mytarget JetsonGPIO)
   

2. 程序导入库

   #include 
   using namespace GPIO;
   

3. 设置GPIO的引脚定义

   GPIO::setmode(GPIO::BOARD);
   // or
   GPIO::setmode(GPIO::BCM);
   // or
   GPIO::setmode(GPIO::CVM);
   // or
   GPIO::setmode(GPIO::TEGRA_SOC);
   

4. 消除警告

   GPIO::setwarnings(false);
   

5. 设置一个引脚的模式

   GPIO::setup(channel, GPIO::IN);
   GPIO::setup(channel, GPIO::OUT);
   GPIO::setup(channel, GPIO::OUT, GPIO::HIGH);
   

6. 读取引脚的值

   int value = GPIO::input(channel);
   

7. 设置引脚的值

   GPIO::output(channel, state); //GPIO::LOW(== 0) or GPIO::HIGH(== 1)
   

8. 清除所有引脚的设置

   GPIO::cleanup();
   

9. 设置中断

   #第二个参数指定要检测的边缘，可以是GPIO.RISING、GPIO.FALLING或GPIO.BOTH。
   #如果您只想将等待时间限制为指定的时间，可以选择设置超时：
   GPIO::wait_for_edge(channel, GPIO::RISING);
   

10. 事件检测

    // set rising edge detection on the channel
    GPIO::add_event_detect(channel, GPIO::RISING);
    run_other_code();
    if(GPIO::event_detected(channel))
        do_something();
    

11. 事件回调函数

    // you can also use callbacks witout any argument
    void callback_one() 
    {
        std::cout << "First Callback" << std::endl;
    }
    
    void callback_two() 
    {
        std::cout << "Second Callback" << std::endl;
    }
    
    GPIO::add_event_detect(channel, GPIO::RISING);
    GPIO::add_event_callback(channel, callback_one);
    GPIO::add_event_callback(channel, callback_two);
    

五.例程

import Jetson.GPIO as GPIO
import time
led_pin = 7
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)
try:

    while 1:
        print("on")
        GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)
        time.sleep(2)
        print("off")
        GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)
        time.sleep(2)

except KeyboardInterrupt:
    GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)
    GPIO.cleanup()
print("done")