Rapsberry Pi GPIO

GPIOのピン番号や状態を取得する

GPIOの状態は$gpio readallで見れる

pi@raspberrypi:~ $ gpio readall
 +-----+-----+---------+------+---+---Pi 3---+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 |     |     |    3.3v |      |   |  1 || 2  |   |      | 5v      |     |     |
 |   2 |   8 |   SDA.1 |   IN | 1 |  3 || 4  |   |      | 5v      |     |     |
 |   3 |   9 |   SCL.1 |   IN | 1 |  5 || 6  |   |      | 0v      |     |     |
 |   4 |   7 | GPIO. 7 |   IN | 1 |  7 || 8  | 0 | IN   | TxD     | 15  | 14  |
 |     |     |      0v |      |   |  9 || 10 | 1 | IN   | RxD     | 16  | 15  |
 |  17 |   0 | GPIO. 0 |   IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN   | GPIO. 1 | 1   | 18  |
 |  27 |   2 | GPIO. 2 |   IN | 0 | 13 || 14 |   |      | 0v      |     |     |
 |  22 |   3 | GPIO. 3 |   IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN   | GPIO. 4 | 4   | 23  |
 |     |     |    3.3v |      |   | 17 || 18 | 0 | IN   | GPIO. 5 | 5   | 24  |
 |  10 |  12 |    MOSI |   IN | 0 | 19 || 20 |   |      | 0v      |     |     |
 |   9 |  13 |    MISO |   IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN   | GPIO. 6 | 6   | 25  |
 |  11 |  14 |    SCLK |   IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN   | CE0     | 10  | 8   |
 |     |     |      0v |      |   | 25 || 26 | 1 | IN   | CE1     | 11  | 7   |
 |   0 |  30 |   SDA.0 |   IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN   | SCL.0   | 31  | 1   |
 |   5 |  21 | GPIO.21 |   IN | 1 | 29 || 30 |   |      | 0v      |     |     |
 |   6 |  22 | GPIO.22 |   IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN   | GPIO.26 | 26  | 12  |
 |  13 |  23 | GPIO.23 |   IN | 0 | 33 || 34 |   |      | 0v      |     |     |
 |  19 |  24 | GPIO.24 |   IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN   | GPIO.27 | 27  | 16  |
 |  26 |  25 | GPIO.25 |   IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN   | GPIO.28 | 28  | 20  |
 |     |     |      0v |      |   | 39 || 40 | 0 | IN   | GPIO.29 | 29  | 21  |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+---Pi 3---+---+------+---------+-----+-----+

それぞれの欄は下記のような意味
- BCM : GPIO番号
- wPi : Wiring Piというライブラリを使う場合の番号
- Name : 一般的な端子名称
- Mode : 入力か出力か
- V : 現在の端子にかかってる電圧
- Physical : 40Pin端子の物理的な端子番号

参考
http://jellyware.jp/kurage/raspi/led_chikachika.html

shellスクリプトで書く場合は、wPiの番号になります。
Pythonで使う場合は、BCMとPhysicalのどちらの番号でも指定できます。

GPIOのライブラリ

GPIOを操作するライブラリは3種類ある

• pigpio
• RPi.GPIO
• WiringPi

今回使ったのは、RPi.GPIO

参考
http://karaage.hatenadiary.jp/entry/2017/02/10/073000

スイッチ入力を検出するPythonプログラム

スイッチの状態を検出するには、プログラムでずっと監視するか、スイッチの状態が変わったイベントを取得するか、の2つの方法があります。
以下でそれぞれの方法について説明します。

無限ループ使ったスイッチ検出

スイッチの状態を監視して、LEDを点灯させるプログラムは下記になります。

LED_Loop.py

import RPi.GPIO as GPIO  #GPIOにアクセスするライブラリをimportします。                                          
import time


GPIO.setmode(GPIO.BCM)  #GPIOへアクセスする番号をBCMの番号で指定することを宣言します。                        
GPIO.setup(15,GPIO.OUT) #BCMの15番ピン、物理的には10番ピンを出力に設定します。                                
GPIO.setup(2,GPIO.IN)   #BCM 2番ピンを入力に設定します。                                                      

try:
        while True:
                if GPIO.input(2) == GPIO.LOW:
                        GPIO.output(15,GPIO.HIGH)
                else:
                        GPIO.output(15,GPIO.LOW)
                time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
        GPIO.cleanup()

参考
http://robocad.blog.jp/archives/678444.html
https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t=121182

下記のコマンドで実行します。

pi@raspberrypi:~/pythonSandBox $ python3 ledLoop2.py 

python コマンド実行すると、ディフォルトでUTF-8に対応しないので、のコメントアウトがうまく処理されず、下記のようなエラーになります。

pi@raspberrypi:~/pythonSandBox $ python ledLoop2.py 
  File "ledLoop2.py", line 1
SyntaxError: Non-ASCII character '\xe3' in file ledLoop2.py on line 1, but no encoding declared; see http://python.org/dev/peps/pep-0263/ for details

イベント駆動型

無限ループかっこ悪いので、
イベント駆動型だと以下のような感じ
押した瞬間だけ光る

import RPi.GPIO as GPIO
import time


#callback関数の定義                                                                                           
def switch_callback(gpio_pin):
    print(gpio_pin)
    GPIO.output(15,GPIO.HIGH)


GPIO.setmode(GPIO.BCM)  #GPIOへアクセスする番号をBCMの番号で指定することを宣言します。                        
GPIO.setup(15,GPIO.OUT) #BCMの15番ピン、物理的には10番ピンを出力に設定します。                                
GPIO.setup(2,GPIO.IN)   #BCM 2番ピンを入力に設定します。                                                      

GPIO.add_event_detect(2, GPIO.FALLING,bouncetime=100)
GPIO.add_event_callback(2, switch_callback) #スイッチ入力端子の状態ををcallbackのトリガとして指定します。     

try:
    while True:
        GPIO.output(15,GPIO.LOW)
        time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

参考

http://lab.siio.jp/index.php?How2RaspberryPi

http://blog.livedoor.jp/sce_info3-craft/archives/8930600.html

Raspberry PiのGPIO操作（１）Lチカ、OLED表示

2018/01/132018/06/04

せっかく久しぶりにRaspbianをインストールしたので、これまでやっていなかった、Raspbianからのデバイス制御を試してみました。

RaspbianはStretch-Liteをインストールし、raspi-configでシリアルポートを有効化しました。
これでシリアルポートからログインできるようになり、キーボードやディスプレイを接続する必要が無くなります。
Pi Zero Wなら、ネットワークとsshを有効にしておけばネットワーク経由でログインできますので、シリアルケーブルも不要になります。

これでRPi周辺がすっきりしましたので、GPIOでのデバイス接続を試してみました。

まず、Raspberry Pi Zero/Zero WのGPIOですが、BCM2835のマニュアルP102によると、ピンに対して機能が以下の図のように割り当てられています。
このうち、ピンヘッダで信号を取り出せるのはGPIO2～27となっています。

ざっと見ると、いわゆるGPIOとしての入出力以外に（ピンヘッダから）使える主な機能は

・I2C　×１　（SDA1/SCL1）
・SPI　×２　（SPI0、SPI1）
・UART ×１　（TXD0/RXD0/CTS0/RTS0、またはTXD1/RXD1/CTS1/RTS1）
・PWM　×２　（PWM0、PWM1）
・PCM　×１　（PCM_CLK/PCM_FS/PCM_DIN/PCM_DOUT）
・JTAG ×１　（ARM_TDI/ARM_TDO/ARM_RTCK/ARM_TMS/ARM_TCK）

であることが解ります。
このほかにGPIO Clock（オーディオデバイスにクロックを供給するために使われるらしい）、BSC Slave（I2C互換のBroadcom独自インタフェースらしいです）、メモリインタフェース（SDx、SAxがそれぞれデータバス／アドレスバス）があるようです。

他のRaspberry Piも含めた、より詳しい一覧表が以下のページにあります。

RPi BCM2835 GPIOs – eLinux.org

一つのピンに複数の機能は割り振れないので、例えばSPI1とRTS0/CTS0/RTS1/CTS1を同時に使用することはできません。
ピン配置は以前も掲載しましたが下図の通りです。

●Lチカ

GPIOを制御するには、Pythonのライブラリが公開されています。
しかしRaspbianはLinuxなので、GPIOのオン・オフくらいファイルシステム経由でできるだろう、と考えて調べてみたら、やはりそういったインタフェースが用意されていました。

Raspberry Pi でLチカする方法がたくさんありすぎる件について – Qiita

The Most Basic Way to Access GPIO on a Raspberry Pi

GPIOをオンオフするには、/sys/class/gpio以下のファイルに設定を書き込みます。
先日試したオンボードのLEDがつながっているGPIO47は、BUSYで制御できませんでしたので、普通にピンヘッダのほうのGPIOを試してみました。

１）echo ピン番号 > /sys/class/gpio/export で該当のGPIOを有効化
２）echo out > /sys/class/gpio/ピン番号/direction　で出力ピンに設定
３）echo 0か1 > /sys/class/gpio/ピン番号/value　でHまたはLを出力

という形で制御できます。
入力の場合は、echo in > /sys/class/gpio/ピン番号/directionで設定し、cat /sys/class/gpio/ピン番号/value で値を取得します。

以下の例ではGPIO4（ピンヘッダの7番ピン）に出力しています。
LEDのアノードを7番ピン、カソードを9番ピン（GND）に接続すれば、LEDをオン・オフできます。

	pi@pi-zero-w:~ $ echo 4 > /sys/class/gpio/export
	pi@pi-zero-w:~ $ ls /sys/class/gpio/
	export gpio4 gpiochip0 unexport
	pi@pi-zero-w:~ $ echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction
	pi@pi-zero-w:~ $ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4/value
	pi@pi-zero-w:~ $ echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4/value
	pi@pi-zero-w:~ $ echo 4 > /sys/class/gpio/unexport
	pi@pi-zero-w:~ $ ls /sys/class/gpio/
	export gpiochip0 unexport
	pi@pi-zero-w:~ $

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raspbianにはraspi-gpioというパッケージがあり、

sudo apt-get install raspi-gpio

でインストールできます。
このパッケージを使うと、上記と同等のことをより簡単に行うことができます。
例えばGPIOの状態を取得するには、以下のようになります。

	pi@pi-zero-w:~$ raspi-gpio get
	BANK0 (GPIO 0 to 27):
	GPIO 0: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 1: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 2: level=1 fsel=4 alt=0 func=SDA1
	GPIO 3: level=1 fsel=4 alt=0 func=SCL1
	GPIO 4: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 5: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 6: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 7: level=1 fsel=1 func=OUTPUT
	GPIO 8: level=1 fsel=1 func=OUTPUT
	GPIO 9: level=0 fsel=4 alt=0 func=SPI0_MISO
	GPIO 10: level=0 fsel=4 alt=0 func=SPI0_MOSI
	GPIO 11: level=0 fsel=4 alt=0 func=SPI0_SCLK
	GPIO 12: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 13: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 14: level=0 fsel=2 alt=5 func=TXD1
	GPIO 15: level=1 fsel=2 alt=5 func=RXD1
	GPIO 16: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 17: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 18: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 19: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 20: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 21: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 22: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 23: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 24: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 25: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 26: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 27: level=0 fsel=0 func=INPUT
	BANK1 (GPIO 28 to 45):
	GPIO 28: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 29: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 30: level=0 fsel=7 alt=3 func=CTS0
	GPIO 31: level=0 fsel=7 alt=3 func=RTS0
	GPIO 32: level=1 fsel=7 alt=3 func=TXD0
	GPIO 33: level=1 fsel=7 alt=3 func=RXD0
	GPIO 34: level=1 fsel=7 alt=3 func=SD1_CLK
	GPIO 35: level=1 fsel=7 alt=3 func=SD1_CMD
	GPIO36: level=1 fsel=7 alt=3 func=SD1_DAT0
	GPIO 37: level=1 fsel=7 alt=3 func=SD1_DAT1
	GPIO 38: level=1 fsel=7 alt=3 func=SD1_DAT2
	GPIO 39: level=1 fsel=7 alt=3 func=SD1_DAT3
	GPIO 40: level=0 fsel=1 func=OUTPUT
	GPIO 41: level=1 fsel=1 func=OUTPUT
	GPIO 42: level=0 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 43: level=1 fsel=4 alt=0 func=GPCLK2
	GPIO 44: level=0 fsel=1 func=OUTPUT
	GPIO 45: level=1 fsel=1 func=OUTPUT
	BANK2 (GPIO 46 to 53):
	GPIO 46: level=1 fsel=0 func=INPUT
	GPIO 47: level=0 fsel=1 func=OUTPUT
	GPIO 48: level=0 fsel=4 alt=0 func=SD0_CLK
	GPIO 49: level=1 fsel=4 alt=0 func=SD0_CMD
	GPIO 50: level=1 fsel=4 alt=0 func=SD0_DAT0
	GPIO 51: level=1 fsel=4 alt=0 func=SD0_DAT1
	GPIO 52: level=1 fsel=4 alt=0 func=SD0_DAT2
	GPIO 53: level=1 fsel=4 alt=0 func=SD0_DAT3
	pi@pi-zero-w:~$

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●I2C

まず、sudo raspi-configで「5 Interfacing Options」を選択し、I2CとSPIをenabledにしておきます。
これでデバイスドライバが自動で読み込まれるようになります。
I2Cは/dev/i2c-1、SPIは/dev/spidev0.0と/dev/spidev0.1がデバイスファイルとして作成されます。

I2Cは標準コマンドのみで操作することは難しいようですが、Linuxではプログラムを書かずに操作するための専用のi2c-toolsというパッケージがあります。

Raspberry Pi Tutorial Series: I2C – Waveshare Wiki

これはデフォルトのraspbianではインストールされていないので、

sudo apt-get install i2c-tools

でインストールします。
すると、以下のコマンドがインストールされます。

/usr/sbin/i2cdetect
/usr/sbin/i2cget
/usr/sbin/i2c-stub-from-dump
/usr/sbin/i2cdump
/usr/sbin/i2cset

これらのコマンドで、i2cデバイスを制御することができます。
とはいえ、i2cデバイスごとのドライバが必要にはなりますが。
おなじみのOLED、SSD1306のI2C版を接続してみました。結線は下図の通りです。

デバイスの検索は

i2cdetect -a 1

で行えます。1はI2Cバス番号です。
Raspberry Piでは、ピンヘッダ（ピン3、ピン5）で利用できるのはI2C1ですので、1を指定しています。
SSD1306 OLEDを接続した状態で実行すると、以下のようにアドレス「3C」にデバイスがあることが表示されます。
このアドレスは、製品によって異なる場合があるようです。

	pi@pi-zero-w:~$ i2cdetect -a 1
	WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
	I will probe file /dev/i2c-1.
	I will probe address range 0x00-0x7f.
	Continue? [Y/n]
	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
	00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- --
	40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
	pi@pi-zero-w:~$

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このOLEDへコマンドを送るには、i2csetを使います。
ちょっと長いですが、こちらのサンプルを借用して、I2Cバス番号とデバイスアドレスだけ書き換えたシェルスクリプトを作ってみました。

	#!/bin/sh
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xae # display off
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xd5 # clockdiv
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x80
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xa8 # multiplex
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x3f
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xd3 # offset
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x00
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x40 # startline
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x8d # charge pump
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x14
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x20 # memory mode
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x00
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xa1 # segregmap
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xc8 # comscandec
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xda # set com pins
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x12
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x81 # contrast
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xcf
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xd9 # precharge
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xf1
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xdb # vcom detect
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0x40
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xa4 # resume
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xa6 # normal (not inverted)
	i2cset -y 1 0x3c 0x00 0xaf # display on
	# transfer frame buffer data
	# y=0..7
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=8..15
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=16..23
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=24..31
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=32..39
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=40..47
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=48..55
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	# y=56..63
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i
	i2cset -y 1 0x3c 0x40 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff 0xff i

view rawrpi-i2c-2.sh hosted with ❤ by GitHub

実行すると、こんな感じでOLEDに表示されます。

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ラズパイ3でベアメタル - その3:シリアル通信(UART)でデータ送信(割り込みなし)

Raspberry Pi 3 Bare metal

今回は、UARTを使用してシリアル通信で「ラズパイ3からPCへデータ送信」を作ってみます。
まずは割り込みは使用せずに作ってみます。

なお、Raspberry Pi 3で64bitベアメタル(bare metal)プログラミングを試してみる
本シリーズの目次はコチラです。

0. PCとRaspberry Pi 3のシリアル通信の準備

PCとRaspberry Pi 3のシリアル通信での接続方法は、「Raspberry Pi シリアル通信」辺りで検索すると色々と出てきます。
(Raspberry Pi 3の記事も既に色々なサイトで書かれている様ですが、Raspberry Pi側のピン番号等、
Raspberry Pi 2と同じなので、2の記事を参考にしても良いと思います。)

例えば、以下の記事が参考になるかと思います。

• パソコンとシリアル通信する方法

1. Mini UARTについて

UARTはシリアル通信を実現するために、送信・受信それぞれ1本ずつの信号線上に、
通信データフォーマットに合わせた形で1ビットずつ送信したり、その逆(受信)を行ったりする機能です。

BCM2837、というより、少なくともBCM2835からのBroadcomのSoCには、
以下の2つのUARTが存在します。(データシート(*1)を参照)

• UART1: Mini UART
• UART0: PL011

今回は、「最小限のコードで簡単に使える方を」という判断で、UART1のMini UARTを使います。
(VideoCoreにより初期化されているため、初期設定なしで使えます。)

(*1): Peripheral specification

• BCM2835 - Raspberry Pi Documentation

(BCM2837のPeripheral specificationは公開されていないので、これが一番参考になります。)

2. UARTでのデータ送信について

UARTには送信・受信それぞれにFIFOがあり、
データ送信の際は、送信FIFOへデータを追加すると、
UARTにより送信の信号線上に1ビットずつ送出されます。

送信は1バイトずつで、手順は以下のとおりです。
1. UARTの送信FIFOの状態を確認
2. UARTの送信FIFOへ1バイト追加

なお、以降の説明で登場するレジスタのアドレスは、
(*1)で説明されているBCM2835のアドレスをRaspberry Pi 3用(BCM2837)に読み替えたものです。
(読み替えについてはその2:GPIO制御のブログ記事の通りです。)

2.1. UARTの送信FIFOの状態を確認

UARTの送受信のFIFO状態を確認するには、LSR(Line Status Register)というレジスタを使用します。

LSRのアドレスは0x3f215054で、送信FIFOの状態確認には、以下の2つのビットを確認します。

• ビット6: Transmitter idle(以降、TX_IDLE)
  • 送信FIFOが空であり、かつトランスミッターがアイドル状態(最後のビットの送り出し(シフト)が完了した)場合に1がセットされる
• ビット5: Transmitter empty(以降、TX_EMPTY)
  • 送信FIFOが少なくとも1バイト受け付けられる場合に1がセットされる

この2つのビットの組み合わせに対し、UARTのTxFIFOが1バイト受付可能か否かをまとめると以下のとおりです。

TX_IDLE	TX_EMPTY	送信FIFOは1バイト受付可能か
0	0	受付不可
0	1	受付可
1	0	受付可、ただしTX_IDLE=1の時点でTX_EMPTY=1であるはずなので、この組み合わせは無い
1	1	受付可

この表から、TX_IDLEとTX_EMPTYが共に0ではない事を確認すれば、送信FIFOへ1バイト追加しても良いことがわかります。

2.2. UARTの送信FIFOへ1バイト追加

Mini UARTの場合、送信FIFOへのデータ追加と受信FIFOからのデータ取り出しは
共にIOレジスタで行います。
(レジスタへの書き込みで送信FIFOへデータ追加、
レジスタ読み出しで受信FIFOからのデータ取り出し)

ここではラズパイ3からPCへデータを送信してみたいので、
IOレジスタへデータを書き込んでみます。
なお、IOレジスタのアドレスは0x3f215040です。

3. ソースコード('A'を送信し続ける)

以上を元に、「無限ループで文字'A'を送信し続ける」ソースコードは以下のとおりです。

#define MU_IO  (*(volatile unsigned int *)0x3f215040)
#define MU_LSR  (*(volatile unsigned int *)0x3f215054)
#define MU_LSR_TX_IDLE (1U << 6)
#define MU_LSR_TX_EMPTY (1U << 5)

int main(void)
{
 while (1) {
  while (!(MU_LSR & MU_LSR_TX_IDLE) && !(MU_LSR & MU_LSR_TX_EMPTY));
  MU_IO = (unsigned int)'A';
 }

 return 0;
}

ソースコードのビルドとRaspberry Pi 3での実行方法は以下のブログ記事を参照して下さい。

• ラズパイ3でベアメタル - その1:何もしない無限ループプログラム - へにゃぺんて＠日々勉強のまとめ
• ラズパイ3でベアメタル - その2:GPIO制御 - へにゃぺんて＠日々勉強のまとめ

また、Makefileを加えた必要なファイル一式は
以下のGitHubのリポジトリの「uart_tx_char_simple」ディレクトリにあります。

• https://github.com/cupnes/bare_metal_aarch64

上記のリポジトリをcloneしてビルドするまでの手順は以下のとおりです。

[PC]$ git clone https://github.com/cupnes/bare_metal_aarch64.git
[PC]$ cd bare_metal_aarch64/uart_tx_char_simple/
[PC]$ make
[PC]$ ls kernel8.img
kernel8.img

加えて、UARTの初期設定をVideoCoreで実行されるファームウェアに任せたいので、
ファームウェアが参照する設定ファイル「config.txt」もmicroSDに配置する必要があります。

以下の「config.txt」をkernel8.img同様にmicroSDのFAT32側パーティションに配置しておいて下さい。

enable_uart=1

4. 動作確認

PCとRaspberry Pi 3を接続し、Raspberry Pi 3を起動すると、
PC側でシリアルポートを開いている端末アプリの画面に「AAA...」と'A'が立て続けに表示されます。

5. その他、参考になる記事

• シリアル通信(UART)通信の基礎

はじめに

「優しいIT」という理念の基、ITコンサルタントをしている亀井亮介と申します！
現在、仕事では要求分析・要件定義を中心に上流工程をしていますが、プログラムも書きます！
優しいIT活動の一環として「教育用ようにプログラミング可能なPCを安価に提供する」理念の「Raspberry Pi 3（通称ラズパイ）」の紹介をします！
今回は、スイッチの状態を検出します！

1. 配線の写真

画像の左側の黒い物体がボタンです。
教えている間「ON」になります！

2. ソース button.py

プログラムの説明は#から始まるコメントに記載しています。

GitHubにソースをアップしているので、お好きにお使いください。

gitでcloneする

$ git clone https://github.com/RyosukeKamei/raspberrypi3.git

button.py

# GPIOを制御するライブラリ
import wiringpi
# タイマーのライブラリ
import time

# ボタンを繋いだGPIOの端子番号
button_pin = 17 # 11番端子

# GPIO初期化
wiringpi.wiringPiSetupGpio()
# GPIOを出力モード（1）に設定
wiringpi.pinMode( button_pin, 0 )
# 端子に何も接続されていない場合の状態を設定
# 3.3Vの場合には「2」（プルアップ）
# 0Vの場合は「1」と設定する（プルダウン）
wiringpi.pullUpDnControl( button_pin, 2 )

# whileの処理は字下げをするとループの範囲になる（らしい）
while True:
    # GPIO端子の状態を読み込む
    # ボタンを押すと「0」、放すと「1」になる
    # GPIOの状態が0V(0)であるか比較
    if( wiringpi.digitalRead(button_pin) == 0 ):
        # 0V(0)の場合に表示
        print ("Switch ON")
    else:
        # 3.3V(1)の場合に表示
        print ("Switch OFF")

    time.sleep(1)

3. button.pyを実行

$ sudo python3 button.py
すると、スイッチが押されている間は"Switch ON"押されていな時は"Switch OFF"を表示します！

ハード側

ラズパイ側

4. プログラミングするときに便利なこと

ラズパイを直に操作している方には関係ありません。
Macでラズパイを操作したい方向けです。
当方は、Macでソースを書いて、そのままラズパイに保存し、実行もMacから行います。
（ディスプレイがないのです…）
そのためには、AFPを利用しています。設定方法は
Raspberry Pi 3インストール→無線LAN→日本語入出力→Macから操作
の
「6. AFP設定」
を参照してください！
SFTPなどでわざわざファイルアップロードする必要もなく便利です！
Windowsの方はSambaをインストールすれば似たようなことができるはずです！

サイトマップ

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テスト駆動開発を重点においた規則

コーディング規則「優しいコードを書こう」（FuelPHP）
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Docker上のCentOSにPython3と、関連ライブラリpip, virtualenvとフレームワークDjango, bottle, Flaskのインストール！これらをまとめたDockerfile付き！

開発しやすい環境構築（Docker+PHP）

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Dockerを利用したFuelPHP開発環境構築

Docker利用したFuelPHP開発環境の初期設定とscaffoldを利用してCRUDスケルトン作成

FuelPHPのデータベースマイグレーション

GPIOライブラリのインストール

Python の GPIO制御用ライブラリ(RPi.GPIO)をインストールします。 ただし、Raspbian にはデフォルトでインストール済みです。

$ sudo apt-get install python-rpi.gpio

スクリプトファイルの作成

好きなエディタで適当な .py 拡張子のファイルを作成します。

$ nano gpio_test.py

ライブラリのインポート

作成したファイルにGPIOライブラリのインポート文を記述します。

import RPi.GPIO as GPIO

チャンネルの指定方法

RPi.GPIO では、P1から始まるボード上の物理的なピン番号、もしくはチップから見たGPIOピンの番号(GPIO12など)のいずれかをチャンネルとして抽象化して扱います。チャンネルの指定方法は以下から選択できますが、いずれかのモード指定は必須です。

• GPIO.BOARD
  P1から順番にボードに並んでいる順でピン番号をチャンネルとして扱います。 物理的に見たままのピン配置なので、ジャンパワイヤでブレッドボードにつなぐ場合はこちらがわかりやいです。 ただし、Raspberry Pi のモデルによってピンに割り当てられた機能は異なるため、プログラムの互換性はなくなります。
• GPIO.BCM
  チップ依存のGPIOピン名称をチャンネルとして扱います。Raspberry Pi のモデルやリビジョンによって物理ピンの場所が異なります。 GPIOピン全体をブレッドボードに引き出すアダプタを使用する場合は、大抵チップ依存のGPIOピン名称が書かれているのでこちらが良さそうです。

例えばGPIO.BCMに設定する場合は以下のように指定します。

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

どちらのモードに設定されているかは以下の関数で取得できます。

mode = GPIO.getmode()

チャンネルのモード設定

使用するチャンネルはモードを設定する必要があります。 以下のように指定します。

GPIO.setup([チャンネル], [GPIO.IN または GPIO.OUT])

例えば、チャンネル18を出力モードに指定する場合は以下の通りです。

GPIO.setup(18, GPIO.OUT)

複数チャンネルをまとめて設定することもできます。チャンネル11/12を出力モードに指定する場合は以下のように書きます。

chan_list = [11,12] 
GPIO.setup(chan_list, GPIO.OUT)

GPIO出力

Raspberry Pi のGPIO出力はデジタル出力とアナログ出力(PWM)が可能です。 ただしアナログ出力ができるピンはどのモデルでも固定でGPIO18ピン(番号体系がGPIO.BCMの場合)のみです。 なお、ピンの最大出力電流は50mAなので、これを超えるような負荷は接続できません。 また、入出力電圧は3.3Vなので、3.3Vを超える電圧を入力すると壊れる可能性があります。

デジタル出力

デジタル出力ではピンの電圧をHIGH(3.3V)、またはLOW(0V)に設定できます。 以下のように指定します。

GPIO.output([チャンネル], [GPIO.LOW または GPIO.HIGH])

例えば、チャンネル18をHIGHに指定する場合は以下のように書きます。

GPIO.output(18, GPIO.HIGH)

複数チャンネルをまとめて設定することもできます。 チャンネル11/12をHIGHに指定する場合は以下のように書きます。

chan_list = [11,12]
GPIO.output(chan_list, GPIO.HIGH) 

チャンネル11をHIGH、12をLOWに指定する場合は以下のように書きます。

chan_list = [11,12]
GPIO.output(chan_list, (GPIO.HIGH, GPIO.LOW)) 

アナログ出力

アナログ出力では周波数とデューティ比を指定して、モータ制御などに使うPWM制御ができます。

まずピンに対して周波数を設定してpwmオブジェクトを取得します。

pwm = GPIO.PWM([チャンネル], [周波数(Hz)])

次にpwmオブジェクトに対してデューティ比を指定して出力を開始します。

pwm.start([デューティ比])

例えば、ピン18に周波数1KHz、デューティ比50%でPWM出力する場合は以下のように書きます。

pwm = GPIO.PWM(18, 1000)
pwm.start(50)

途中で周波数を変更する場合は以下の関数を使用します。

pwm.ChangeFrequency([周波数(Hz)])

途中でデューティ比を変更する場合は以下の関数を使用します。

pwm.ChangeDutyCycle([デューティ比])

PWM出力を停止する場合は以下の関数を実行します。

pwm.stop()

スクリプト終了時にはちゃんと停止しておきましょう。

GPIO入力

ポーリング

GPIOからの入力をポーリングで読み取る場合は以下の関数を使用します。

GPIO.input(ピン番号)

戻り値にはGPIO.HIGH(または1、True)かGPIO.LOW(または0、False)が返ります。

例えば、ピン22の読み出しで処理を分岐する場合は以下のように書きます。

if GPIO.input(22):
    # ピン22がHIGHの場合
else:
    # ピン22がLOWの場合

また、GPIO.input() に pull_up_down パラメータを指定してやることで、プルアップ抵抗(GPIO.PUD_UP)またはプルダウン抵抗(GPIO.PUD_DOWN)を有効にできます。 プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗が有効な場合、回路がつながっていない状態でもGPIO.HIGHまたはGPIO.LOWが読み出されます。 例えば、チャンネル22をプルダウンに設定する場合は以下のように初期化します。

GPIO.setup(22, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

なお、Raspbian ではデフォルトでピンごとにプルアップまたはプルダウンされた状態に設定されてるようです。 各ピンの機能や初期状態については RPi BCM2835 GPIOs - eLinux.org に細かくまとめられています。

割り込みとエッジ検出

エッジとは、電気信号が LOW から HIGH (立ち上がりエッジ) または HIGH から LOW (立ち下がりエッジ) の状態に変化する瞬間のことを指します。例えばプッシュボタンなどが押されたことを検知したい場合などに、状態変化をイベントとして通知する仕組みが用意されています。

エッジ検出待ち

wait_for_edge() を呼び出すと、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるまで待ち状態に入ります。 単なるポーリングでのエッジ検出待ちよりもCPU資源を消費しない点が有利です。

GPIO.wait_for_edge([チャンネル], [検出したいエッジ])

検出したいエッジの指定は以下の3種類です。

• GPIO.RISING (立ち上がりエッジ)
• GPIO.FALLING (立ち下がりエッジ)
• GPIO.BOTH (立ち上がりまたは立ち下がりエッジ)

例えば、チャンネル18の立ち上がりエッジ検出待ちをする場合は以下のように書きます。

GPIO.wait_for_edge(18, GPIO.RISING)

エッジ検出イベントの取得

event_detected() を呼び出すと、前回の event_detected() 呼び出し以降のエッジ検出イベントの発生状態を取得できます。今現在のチャンネルの状態にかかわらず、エッジ検出イベントの発生を後から確認できるので、ゲームなどのメインループ中でボタンが押されていたことを知りたい場合などに便利です。使用する前にあらかじめ add_event_detect() でチャンネルにイベント通知登録が必要です。

イベントの通知登録

GPIO.add_event_detect([チャンネル], [検出したいエッジ])

イベント発生状態の取得

if GPIO.event_detected([チャンネル]):
    #エッジ検出イベント発生
else:
    #エッジ検出イベント未発生

例えば、チャンネル18の立ち上がりエッジ検出イベントが発生していたかどうかを知りたい場合は、以下のように書きます。

GPIO.add_event_detect(18, GPIO.RISING)
# 何らかの処理
if GPIO.event_detected(18)
    #エッジ検出イベント発生
else:
    #エッジ検出イベント未発生

コールバック関数

add_event_detect() にcallbackパラメータを指定するとコールバック関数を登録できます。エッジ検出イベントが発生すると、登録したコールバック関数が別のスレッドで実行されます。add_event_detect() を同じチャンネルに対して複数回呼び出すことで、複数のコールバック関数を登録することも可能ですが、コールバック関数を呼び出すスレッドは単一のため、各コールバック関数は同時ではなく順次呼び出されます。

GPIO.add_event_detect([チャンネル], [検出したいエッジ], callback=[コールバック関数名])  

スイッチのチャタリング

エッジ検出を行う場合、チャタリングの発生により1回のボタンプッシュで複数回のイベントが発生する場合があります。チャタリングの影響を回避するには以下の方法をとります。

1. スイッチとの間に 0.1μFのコンデンサを追加
2. ソフトウェアによるチャタリングの除去
3. A/Bを両方ともやる

ソフトウェアでチャタリングを除去する場合は、add_event_detect() でコールバック関数を登録する際に bouncetime パラメータを指定します。これにより、エッジ検出イベント発生直後からバウンス時間に指定された時間に発生した他のエッジ検出イベントが無視されるため、イベントが複数回上がるのを避けることができます。ただし、バウンス時間が短いと十分にチャタリングを回避できず、長くとりすぎると連続でボタンをプッシュした場合の反応が悪くなるので、用途に応じて適切な値に調節してあげる必要があります。

GPIO.add_event_detect([チャンネル], [検出したいエッジ], callback=[コールバック関数名], bouncetime=[バウンス時間(ミリ秒)])

イベント検知の解除

イベント検知を解除したい場合は remove_event_detect() を使用します。

GPIO.remove_event_detect([チャンネル])

終了処理

スクリプト終了時の後始末はGPIO.cleanup()で行います。これを忘れると再度スクリプト実行したときに失敗します。

GPIO.cleanup()

GPIO.setup() の対になる関数なのでパラメータにチャンネル(またはチャンネルのリストかタプル)を指定すると、指定したチャンネルのみ終了できます。

GPIO.cleanup(22)

Raspberry Pi