go gpio
Linux下用文件IO的方式操作GPIO（/sys/class/gpio） - 卢小喵的学习笔记 - CSDN博客
Golang笔记–04–GPIO与中断 - wbuntu - Do you remember?
linux/gpio.txt 中文文档
https://github.com/brian-armstrong/gpio
gpio epoll in
https://github.com/SpaceLeap/go-embedded
/* Bit 0 express polarity */
#define GPIO_ACTIVE_HIGH 0
#define GPIO_ACTIVE_LOW 1
/* Bit 1 express single-endedness */
#define GPIO_PUSH_PULL 0
#define GPIO_SINGLE_ENDED 2
/*
- Open Drain/Collector is the combination of single-ended active low,
Open Source/Emitter is the combination of single-ended active high.
*/
#define GPIO_OPEN_DRAIN (GPIO_SINGLE_ENDED | GPIO_ACTIVE_LOW)
#define GPIO_OPEN_SOURCE (GPIO_SINGLE_ENDED | GPIO_ACTIVE_HIGH)
常会见到两种模式：推挽（push-pull）
优点：（1）可以吸电流，也可以贯电流；（2）和开漏输出相比，push－pull的高低电平由IC的电源低定，不能简单的做逻辑操作等。
缺点：一条总线上只能有一个push-pull输出的器件；开漏（open-drain，漏极开路）
优点：
（1）对于各种电压节点间的电平转换非常有用，可以用于各种电压节点的Up-translate和Down-translate转换
（2）可以将多个开漏输出的Pin脚，连接到一条线上，形成“与逻辑”关系,即“线与”功能，任意一个变低后，开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C，SMBus等总线判断总线占用状态的原理。
（3）利用 外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ，MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。
（4）可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平，如图， IC的逻辑电平由电源Vcc1决定，而输出高电平则由Vcc2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。
缺点：开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平。当输出电平为低时，N沟道三极管是导通的，这样在Vcc'和GND之间有一个持续的电流流过上拉电阻R和三极管Q1。这会影响整个系统的功耗。采用较大值的上拉电阻可以减小电流。但是，但是大的阻值会使输出信号的上升时间变慢。即上拉电阻R pull-up的阻值 决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大，速度越低功耗越小。反之亦然。
前言[](#前言)
这段时间对 Go 语言的使用依旧是对接物联网设备，解析协议与管理连接，同时 review 了一下之前同事写的代码改 bug，踩到了 MySQL 的坑，具体放到下一篇来讲。
另外本周在树莓派上通过串口调试模块，一开始选择了 C 语言，接着又切到 Python，依旧卡在配置开发环境，一些树莓派上的 C Native 库在 macOS 无法编译通过，最后还是使用 Go，两天时间写代码和调试，用 Go 来控制 GPIO 和串口真的非常方便。
Golang 面向对象[](#golang面向对象)
在 iOS 及 macOS 中面向对象是天生的，操作的都是对象，对象都是指针类型，很多人也从运行时源码详细解析了 Objective-C 面向对象原理，而 Golang 在语法上就没有继承的概念，不过可以嵌入和接口来实现。
假定现在有一种数据包 Packet，Packet 可能有响应 BytesResp，类型为 []byte，不通类型的数据包具有各自的解析方式、推送后台接口 URL、JSON 数据格式、插入数据库的 SQL，但他们具有相同的头部（包含设备信息、数据域长度、校验值等等）、起始符和终止符，设备通过 TCP 长连接与程序保持通信，引用上一篇 Golang 笔记中的例子，我们在拿到二进制数据后，解析数据，并返回响应。
p, err := model.NewPacketWithByte(data)
if err != nil {
log.WithField("err", err).Info("数据解析错误")
continue
}
pushData(p.JSONData(), p.PushURL())
go func() {
err = dataBase.InsertPacket(p)
if err != nil {
log.WithField("err", err).Info("插入数据失败")
}
}()
resp := p.BytesResp()
if resp != nil {
conn.Write(resp)
}
第一行代码从二进制数据解析到一个实现了 Packet 接口的对象，定义如下
type Packet interface {
InsertSQL() string
BytesData() []byte
BytesResp() []byte
JSONData() []byte
PushURL() string
}
最初的做法是在第一行解析数据时，返回不同的 struct，每个 struct 包含一个 Header 字段，各自实现 Packet 定义的方法，而设备通信协议中定义了大概 16 种类型，按照一个请求对应一个响应，总共定义了 32 种 struct，编写和改动都很麻烦，十分冗杂。而且对于来自设备的主动请求，总需要在最后返回响应，对于服务器主动下发的请求，获得设备响应后并不需要再返回响应，一些数据只需要记录头部信息与原始数据，另一部分则需要逐字节解析并入库。
原先的 Header 以及心跳包 HeartBeat 定义如下，HeartBeat 实现了 Packet 定义的全部方法，多了很多冗余的代码。
type Header struct {
DevEUI string `json:"DevEUI"`
ControlCode string `json:"ControlCode"`
DataFieldLength int `json:"DataFieldLength"`
CS int `json:"CS"`
}
type HeartBeat struct {
Header Header `json:"Header"`
UTCTime string `json:"UTCTime"`
Latitude float64 `json:"Latitude"`
Longitude float64 `json:"Longitude"`
Preserve string `json:"Preserve"`
}
func (h *HeartBeat) InsertSQL() string {
......
}
......
func (h *HeartBeat) PushURL() string {
......
}
HeartBeat 实现了 Packet 定义的全部方法，可以当作 Packet 使用，但如果 Header 实现了 Packet 的全部方法并作为匿名字段嵌入 HeartBeat，那么 HeartBeat 也会获得 Header 的全部方法，如果在 HeartBeat 上重新实现 Packet 定义的 BytesResp() 方法，直接调用时就会覆盖内部 Header 的实现，但可以通过显式指定 Header 来调用，修改后如下。
type Header struct {
DevEUI string `json:"DevEUI"`
ControlCode string `json:"ControlCode"`
DataFieldLength int `json:"DataFieldLength"`
CS int `json:"CS"`
}
type HeartBeat struct {
Header
UTCTime string `json:"UTCTime"`
Latitude float64 `json:"Latitude"`
Longitude float64 `json:"Longitude"`
Preserve string `json:"Preserve"`
}
func (h *Header) InsertSQL() string {
......
}
......
func (h *Header) PushURL() string {
......
}
通过在 Header 中提供了默认的接口实现，减少冗余代码，需要特殊处理的数据包可以自行实现接口，覆盖方法。
Golang 串口及 GPIO 编程[](#golang串口及gpio编程)
由于需要采集地磁场变化数据，如果让硬件工程师重新设计 PCB，打样加编程，估计这个月都搞不完，所以想到用树莓派来对接，树莓派 3 自带 40Pin 引脚，关于开启串口编程的功能也是整了很久，都可以写一篇文章来讲了，这里指记录下如何通过串口和 GPIO 调用模块。
手上的模块带有 12 个引脚，其中：
一个 VCC 接 3.3V 电源输入；
两个 GND 接地；
一个 RST 复位，低电平 5ms 以上有效；
一个 IO1 输入读取上位机状态，低电平时才发送数据；
一个 INTin 输入用于触发接受指令，下降沿触发后，等待 80ms 接受指令；
一个 INTout 输出用于触发上位机发送数据，下降沿触发后发送数据；
另外两个是 TX 和 RX，供串口读写，保留三个引脚。
用到两个第三方库：
github.com/stianeikeland/go-rpiogithub.com/tarm/serial分别操作 GPIO 以及串口。按照上述流程，程序启动后（1）初始化 GPIO；（2）初始化串口；（3）异步轮询 INTout，检测下降沿则开始读取数据；（4）通过发送命令发送，发送指令初始化模块。将上述的步骤用方法实现
下面是一些全局变量
const (
io1 = uint8(5)
rst = uint8(6)
intIn = uint(13)
intOut = uint(19)
)
var s *serial.Port
var outPin rpio.Pin
var inPin rpio.Pin
初始化 GPIO
go-rpio 默认使用 bcm 编码，将模块的四个引脚分别接到了对应的 GPIO 口上
func startGPIO() {
err := rpio.Open()
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
log.Info("open rpio successfully")
// io1供模块读取，维持低电平
io1Pin := rpio.Pin(io1)
io1Pin.Output()
io1Pin.Low()
// rst一般情况下不触发，维持高电平
rstPin := rpio.Pin(rst)
rstPin.Output()
rstPin.High()
// intOut由模块输出，在树莓派3上设置为输入，并检测下降沿
outPin = rpio.Pin(intOut)
outPin.Input()
outPin.Detect(rpio.FallEdge)
// intOut由树莓派3向模块输出，下降沿触发，初始状态设置为高电平
inPin = rpio.Pin(intIn)
inPin.Output()
inPin.High()
}
初始化串口[](#初始化串口)
成功开启树莓派 3 的串口编程后，默认设备为 /dev/ttyAMA0，大多数设备默认的数据位为 8，停止字为 1，校验为 None，波特率自行设置，读超时时间为可以用来设置非阻塞的串口读取。
func startSeril() {
c := &serial.Config{Name: "/dev/ttyAMA0", Baud: 115200, ReadTimeout: time.Second * 5}
p, err := serial.OpenPort(c)
s = p
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
log.Info("open serial port successfully")
}
异步轮询 INTout[](#异步轮询intout)
若检测到下降沿，开始读取串口，否则休眠 10ms。
读取串口，检测到结束符或读超时（上面设置为 5 秒）才停止读取，数据解析自行实现，最后清除串口缓冲区。
func startRead() {
go func() {
for {
// 检测下降沿
if outPin.EdgeDetected() {
read()
} else {
// 主动休眠
time.Sleep(time.Millisecond * 10)
}
}
}()
}
func read() {
// 开辟data用于存储数据
data := []byte{}
// 循环读写
for {
// 自行设定读缓冲区长度
buf := make([]byte, 50)
n, err := s.Read(buf)
if err != nil {
log.WithField("err", err).Info("read error")
break
}
dataRead := buf[:n]
data = append(data, dataRead...)
// 检测到停止字
if dataRead[n-1] == 0xfe || dataRead[n-1] == 0x21 {
break
}
}
if len(data) > 0 {
// 解析数据
decodeBytes(data)
}
// 清除串口缓存，包括未读取与未发送的数据
s.Flush()
}
初始化模块[](#初始化模块)
这里需要编写一个发送命令方法，控制 GPIO 与串口。
func sendCMD(cmd string) bool {
result := false
// 拉低电平，触发下降沿
inPin.Low()
// 等待2ms后拉高电平
time.Sleep(time.Millisecond * 2)
inPin.High()
// 休眠80ms
time.Sleep(time.Millisecond * 80)
// 通过串口下发指令，最多尝试3次，若失败则休眠2ms再继续
data := []byte(cmd)
for i := 0; i < 3; i++ {
_, err := s.Write(data)
if err != nil {
log.WithField("err", err).Info("failed to send cmd: " + cmd)
time.Sleep(time.Millisecond * 2)
} else {
log.Info("REQ: " + cmd)
result = true
break
}
}
return result
}
在 main 方法中依次调用这些方法，完成对模块的初始化和调用，其他模块的对接应该也可以使用类似的流程。
总结[](#总结)
学习和使用了这么久的 Golang，花了漫长才理解如何面向对象，之前对接的设备，数据包之间都没有太大关联性，也就没有继承复用的情况，一门语言还是需要通过不断在各种场景下实战才能累积经验。
Golang 很适合树莓派，从底层地址操作到 Kubernetes 都能胜任，灵活而强大，主要还是配置和开发方便，在 PC 上写好代码，拷贝到树莓派上直接编译运行，另外可以接入 4G 模块，在户外采集处理后直接上报服务器，需要微调源码时也能直接在树莓派上操作，总之有很大的想象空间的。
使用Epoll读取GPIO的状态
package gpio
import (
"fmt"
"log"
"os"
"syscall"
)
const (
EPOLLPRI = 0x002
EPOLL_CTL_ADD = 1
)
func GPIOInterrupt(number int) (ch chan bool, err error) {
ch = make(chan bool, 1)
if _, err := os.Open(fmt.Sprintf("/sys/class/gpio/gpio%d", number)); err != nil {
log.Println("exporting")
ef, err := os.OpenFile("/sys/class/gpio/export", os.O_WRONLY, 0666)
if err == nil {
ef.WriteString(fmt.Sprintf("%d\n", number))
ef.Close()
}
}
if ef, err := os.OpenFile(fmt.Sprintf("/sys/class/gpio/gpio%d/edge", number), os.O_WRONLY, 0666); err == nil {
log.Println("setting edge")
ef.Write([]byte("both"))
ef.Close()
}
if f, err := os.Open(fmt.Sprintf("/sys/class/gpio/gpio%d/value", number)); err == nil {
epfd, err := syscall.EpollCreate(1)
if err != nil {
return nil, err
}
ee := syscall.EpollEvent{EPOLLPRI, 0, int32(f.Fd()), 0}
if err = syscall.EpollCtl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, int(f.Fd()), &ee); err != nil {
return nil, err
}
b := make([]byte, 1)
if _, err := f.Read(b); err != nil {
return nil, err
}
events := []syscall.EpollEvent{ee}
go func() {
for {
if nr, err := syscall.EpollWait(epfd, events, -1); err != nil {
log.Println("Error:", err)
break
} else if nr < 1 {
continue
}
if _, err = f.Seek(0, 0); err != nil {
log.Println("Error:", err)
break
}
if _, err := f.Read(b); err != nil {
log.Println("Error:", err)
break
}
value := b[0] == '1'
ch <- value
}
close(ch)
f.Close()
}()
}
return ch, nil
}