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Raspberry Pi的GPIO中断编程 2013-04-08

背景介绍

树莓派的GPIO引脚不仅可以输出高低电平,也可以当做输入端口(可以想象成键盘输入),当GPIO接入的是高电平,GPIO的值可以认为是1,如果是低电平则是0。如下图所示,可以使用一个Push Button开关按键来控制GPIO 25(BCM Numbering)的高低电平以达到控制的目的。

GPIO 25和VCC(3.3V)之间通过R1(10K欧姆)和R2(1K欧姆)上拉电阻相连,当按键未被按下时,GPIO 25上拉到VCC,程序可以读到1,当按键按下时,GPIO 25被下拉电阻R2拉到GND(0V),程序可以读到0。如果不加R1,而GPIO 25不小心被设置成输出低电平时,将直接和VCC相连而造成短路,这样可能会烧掉这个引脚,所以加上限流电阻R1后,即使发生这样的情况,也不会出现短路情况。

应用

如果我们需要根据GPIO 25的值来控制树莓派,比如按下按钮时希望点亮某个LED或在液晶上显示当前时间,就需要通过程序来获取状态的变化。

一种常见的做法是在循环里不断读取该引脚的状态,当发生对应的变化的时执行控制逻辑,但显而易见,这种做法很消耗CPU,如果在循环增加sleep(1000)这样的调用,又很容易错过按键变化。较好的做法则是通过中断来实现。

最新的树莓派Raspbian和Arch Linux内核都已经包含了GPIO的中断处理支持。但使用前需要将指定GPIO引脚输出,方法如下:

首先可以通过命令echo 25 > /sys/class/gpio/export导出GPIO 25端口,执行成功后在相应的目录下看到以下文件,得益于Linux下一切都是文件的设计理念,GPIO的状态可以通过value文件来获取,这样就可以利用Linux的poll/epoll来获取value文件的变化(这点和Linux高性能网络编程是类似的)。

在Raspberry Pi上使用硬件SPI 2013-04-05

什么是SPI

SPI (Serial Peripheral Interface),是一种高速,全双工,同步的通信总线协议,基于SPI的设备需要4根线:

  1. SDO / MOSI - 主设备数据输出,从设备数据输入
  2. SDI / MISO - 主设备数据输入,从设备数据输出
  3. SCLK / CLK - 时钟信号,由主设备产生
  4. CS / SS - 从设备使能信号,由主设备控制

通过CS,主设备可以控制和哪个从设备通信。

Bit Banging

Bit-banging是一种用软件替代专职硬件的串行通信的技术。软件直接对微处理器的管脚的状态进行设置和采样,其功能涵盖诸如:时钟,电平,同步等所有参数。与此不同的是(传统的串行通信技术中),专职硬件诸如 modem、UART 或者 位移寄存器等一般是用来处理这些参数并且提供一个(缓存)的数据接口,软件在这种情况下同信号处理无关。

bit-banging 具有明显优点诸如:让相同的设备运行不同的协议而只需很小的(甚至不需)硬件的改动。借助很少的额外设备,我们也许可以从数字管脚(数字终端)可以得到视频信号。

在Raspberry Pi上使用Google Channel服务搭建实时应用 2013-04-03

前面提到了有关个人网站的实时在线人数问题,本文要讨论的是如何自己来实现一个这样的统计服务。因为网站也同时部署在Github上,海外用户访问Github镜像网站的访问日志Pi是拿不到的,这怎么办?

Google Channel Service

Google Channel Service允许应用和GAE (Google App Engine) 保持一个长连接,允许应用实时发送消息给JavaScript客户端,而不用让客户端用效率很低的定时轮询获取新消息。这个服务是允许有多个发布者和多个订阅者,也能创建多个主题来关联发布者和订阅者。

使用这个服务分两步:

  1. 客户端请求服务器端(部署在GAE上)获取一个Channel的Token:

  2. 客户端根据Channel Token和服务器建立长连接,并开始接收消息,这时其它的客户端(或服务器端)可以想这个通道发送消息

在线人数统计实现

在页面上部署beacon

通常的网站流量统计是依赖部署在页面上的beacon(Javascript或图片标签)来实现的,这样做的好处是可以直接过滤掉一些机器流量,并且可以将日志集中存储在日志收集服务器上,和网站分离开。

于是可以利用GAE实现一个简单的Beacon服务,这里采用Go语言来实现,用Java或Python也是可以的。

Arduino初试 2013-03-28

今天拿到一块Arduino UNO R3板,迫不及待就开始试用了。相比Raspberry Pi是一个全能的电脑,Arduino则是个硬件开源的单片机,因为开源,资料和配件网上就很很多了,也就容易让初学者上手了。

Arduino特点:

  1. 开源,硬件标准化,配套传感器等模块很多;
  2. 结构简单
  3. 实时系统,稳定,启动只要0.5秒

Arduino IDE

下载Arduino IDE

上电测试

用USB线接在电脑USB口,然后在GND和PIN 13上插一个二极管,注意二极管正极插在PIN 13上, 如下图:

(注:还应该串联一个300欧姆的限流电阻才保险!)

上传代码

在Arduino IDE编辑好下面的代码,然后点Upload后就会运行了,会看到LED一闪一闪。

并发编程之内存屏障 2013-03-28

原文地址:http://mechanical-sympathy.blogspot.com/2011/07/memory-barriersfences.htmlhttp://ifeve.com/memory-barriersfences/

关键词:Load Barrier, Store Barrier, Full Barrier

本文我将和大家讨论并发编程中最基础的一项技术:内存屏障或内存栅栏,也就是让一个CPU处理单元中的内存状态对其它处理单元可见的一项技术。

CPU使用了很多优化技术来达成一个事实:CPU执行单元的速度要远超主存访问速度。在我上一篇文章 “Write Combing - 合并写”中我已经介绍了其中的一项技术。CPU避免内存访问延迟最常见的技术是将指令管道化,然后尽量重排这些管道的执行以最大利用缓存而把因为缓存未命中引起的延迟降到最小。

当一个程序执行时指令是否被重排并不重要,只要最终的结果是一样的。例如,在一个循环里,如果循环体内没用到这个计数器,循环的计数器什么时候更新(在循环开始,中间还是最后)并不重要。编译器和CPU可以自由的重排指令以最佳的利用CPU,只要下一次循环前更新该计数器即可。并且在循环执行中,这个变量可能一直存在寄存器上,并没有被推到缓存或主存,这样这个变量对其他CPU来说一直都是不可见的。

CPU核内部包含了多个执行单元。例如,现代Intel CPU包含了6个执行单元,可以组合进行算术运算,逻辑条件判断及内存操作。每个执行单元可以执行上述任务的某种组合。这些执行单元是并行执行的,这样指令也就是在并行执行。但如果站在另一个CPU角度看,这也就产生了程序顺序的另一种不确定性。

最后,当一个缓存失效发生时,现代CPU可以先假设一个内存载入的值并根据这个假设值继续执行,直到内存载入返回确切的值。

个人网站实时在线人数接口 2013-03-27

感觉把个人网站正在访问的在线人数显示在Nokia 5110液晶屏挺好玩,就稍微研究了一下如何提取实时在线人数。

实现方法

Google Analytics

Google Analytics具有很强大的实时流量分析功能,不过网站主必须登陆到后台才能看,但并没有提供Open API,所以就不能用这个服务了。

日志分析

不修改网站通过web服务器的日志分析,用一个脚本统计15分钟内日志的Unique IP可以粗略的获得一个在线人数。 但多个用户可能通过一个IP过来,这种做法肯定不精确。一般我们可以通过在页面上部署Javascript脚本,由Javascript为每一个浏览器产生一个独特的持久化Cookie,用这个Cookie代替IP来统计。但用Raspberry Pi来做这件事情会拖慢网站,于是一种方案是采用免费的Google App Engine来实现,打算有空来实现一个。

CNZZ

CNZZ也提供了15分钟内的在线人数统计功能。分析CNZZ的计数器代码后发现如下方法可以提取到在线人数:

升级版电子钟 - 如何使用Raspberry Pi驱动Nokia 5110液晶屏 2013-03-24

Nokia 5110屏比前面介绍过的1602液晶屏功能好很多,淘宝上买价格相差不大(二手5110 12块左右, 全新1602 8块左右),Nokia 5110最少只需要占用4个GPIO引脚:

  1. 带蓝色背光
  2. 使用Philips PCD8544 LCD控制器(通过SPI接口)
  3. 84x48点阵,可显示100多个字符

硬件准备

  1. 树莓派
  2. Nokia 5110 拆机屏焊好的? 注意不要买裸屏,需要带电路板的
  3. 杜邦线 母对母8条
  4. 8P排针 用来焊接5110屏幕PCB板
  5. 电烙铁

电路

5110电路板有8个引脚,使用排针(如下图)将其焊上,方便后面用杜邦线连接,如果不会焊也可以买焊接好的。

如何使用Raspberry Pi在1602液晶屏上显示当前时间--电子钟 2013-03-23

硬件准备

需要以下硬件:

  1. 树莓派
  2. 面包板
  3. 1602液晶屏一块
  4. 10K电位器
  5. 杜邦线
  6. 排针
  7. 面包板电源

1602 LCD液晶屏

LCD1602液晶屏提供了16列x2行的ASCII字符显示能力,工作电压5V,提供4位数据与8位数据两种工作模式,因为Raspberry Pi的GPIO口数量很有限,所以使用4位数据模式。LCD1602液晶屏模块提供了16个引脚,我们只需接其中的12个即可–请参考GPIO命名规则

  1. VSS,接地,RPi PIN 6
  2. VDD,接5V电源,PRi PIN 2
  3. VO,液晶对比度调节,接电位器中间的引脚
  4. RS,寄存器选择,接GPIO 14,RPi PIN 8
  5. RW,读写选择,接地,表示写模式,PRi PIN 6
  6. EN,使能信号,接GPIO 15,RPi PIN 10
  7. D0,数据位0,4位工作模式下不用,不接
  8. D1,数据位1,4位工作模式下不用,不接
  9. D2,数据位2,4位工作模式下不用,不接
  10. D3,数据位3,4位工作模式下不用,不接
  11. D4,数据位4,接GPIO 17,RPi PIN 11
  12. D5,数据位5,接GPIO 18,RPi PIN 12
  13. D6,数据位6,接GPIO 27,RPi PIN 13
  14. D7,数据位7,接GPIO 22,RPi PIN 15
  15. A,液晶屏背光+,接5V,RPi PIN 2
  16. K,液晶屏背光-,接地,RPi PIN 6

Raspberry Pi GPIO的编号规范 2013-03-22

树莓派和普通电脑不一样的地方在于它还带了17个可编程的GPIO(General Purpose Input/Output),可以用来驱动各种外设(如传感器,步进电机等)。但GPIO的编号方法有些混乱,不同的API(如wiringPi,RPi.GPIO等)对GPIO的端口号编号并不一样,下面则用图表标明了对应的叫法,这样在看程序例子的时候可以确定物理是哪个接口。

GPIO库

  1. wiringPi C,有Perl, PHP, Ruby, Node.JS和Golang的扩展,支持wiringPi Pin和BCM GPIO两种编号
  2. RPi.GPIO Python,支持Board Pin和BCM GPIO两种编号
  3. Webiopi,Python, 使用BCM GPIO编号
  4. WiringPi-Go, Go语言,支持以上三种编号

编号规范

  1. 第一列是wiringPi API中的缺省编号,wiringPiSetup()采用这列编号
  2. 第二列(Name)往往是转接板的编号
  3. 第三列是树莓派板子上的自然编号(左边引脚为1-15,右边引脚为2-26),RPi.GPIO.setmode(GPIO.BOARD)采用这列编号
  4. 树莓派主芯片提供商Broadcom的编号方法,相当于调用了WiringPiSetupGpio()RPi.GPIO.setmode(GPIO.BCM)采用这列编号
wiringPi Pin Name Board Pin BCM GPIO
0 GPIO 0 11 17
1 GPIO 1 12 18
2 GPIO 2 13 21
3 GPIO 3 15 22
4 GPIO 4 16 23
5 GPIO 5 18 24
6 GPIO 6 22 25
7 GPIO 7 7 4
8 SDA 3 0
9 SCL 5 1
10 CE0 24 8
11 CE1 26 7
12 MOSI 19 10
13 MISO 21 9
14 SCLK 23 11
15 TXD 8 14
16 RXD 10 15

如何使用Raspberry Pi测量室内温度和湿度并绘制曲线 2013-03-17

硬件准备

需要以下硬件:

  1. 可以工作的树莓派一个
  2. 面包板公对母杜邦线
  3. 10K 电位器一个
  4. DHT11温度和湿度传感器一个或DHT22

传感器电路及原理

DHT11传感器外观

参数