Blinkt!でみる*BSDのGPIO: または、翼よあれがaarch64の灯だ

https://gyazo.com/f5abd954c71bb4eee7c41f21d4885b86

はじめに

ここでは、64bit ARMを使った各種ボードのNetBSD(とFreeBSD)で、Blinkt!と呼ばれる8連LEDを使う方法について説明します。

参考文献

Blinkt!ってなあに?

Blinkt!は、Raspberry Piの40ピンGPIOに刺してつかえる、8連のフルカラーLEDです。

2つのGPIOだけを使って、フルカラーLEDの操作が可能です。

https://gyazo.com/c2d0b9273f0977a33beba637edcd7370

Blinkt!=ラズベリーパイ40pin GPIO用8連フルカラーLED(APA102)

販売

table:PIN配置

役割 RPIピン番号 RPI BCM

DATA 16 23

CLOCK 18 24

Vcc(5V) 4 -

GND 6 -

GPIO 23と24だけで、フルカラーLED 8つを制御する

Blinkt!の制御信号

Blinkt!で使われる2つのGPIOは、DATA(16pin)とCLOCK(18pin)で、それぞれLEDに送るデータと、データを送るタイミングを指定するクロックになります。

クロック(青)の立ち下がりのデータ(オレンジ)の値を送ることになっています。

以下の順で1つのLEDあたり8bit x 4のデータを送信

blightness(有効5bit/8bit)

b

g

r

https://gyazo.com/ebb3b30d0bd5eedaa1cda52c04421fc0

Raspbian用Blinkt!ライブラリの構成

これは、RPi.GPIO pythonライブラリを使って、Blinkt!を操作するための機能を提供します。

table: Blinkt!ライブラリ階層

記述言語

アプリケーション python

blinkt.py Blinkt!用のpythonライブラリ

RPi.GPIO Raspberry PiでGPIOを使うための、C言語で記述されたpythonライブラリ

OS GPIO layer C言語やユーザランドコマンドで実装する

*BSD GPIO ユーザランドコマンド

table:各BSDのユーザランドコマンド

FreeBSD NetBSD/OpenBSD

コマンド gpioctl(1,8) gpioctl(8)

デバイス指定 -f /dev/gpioc0 gpio0 (or /dev/gpio0)

入力 <pin> <pin>

pin名を設定する -n {pin} pin_name set <mode> {pin} pin_name

<pin>は、整数のピン番号もしくは文字列のピン名、{pin}はピン番号。

NetBSD/OpenBSDでのGPIO利用時の注意事項(GPIOの初期化)

NetBSD/OpenBSDで、GPIOを利用する時は、以下の点に注意してください。

GPIOの設定は、securelevel<=0 の時にしか変えられない

→ブート終了後は、GPIO設定は変えられない

code:/etc/rc.conf

gpio=YES

code:/etc/gpio.conf

# GPIO setting for Blinkt! (pin 23 and 24)

gpio0 23 set out dat

gpio0 24 set out clk

gpio0 25 set in sw

*BSD GPIO C言語プログラムインタフェース

*BSDでは、C言語でGPIOを操作するためのAPIが提供されています。

しかし、FreeBSDとNetBSD/OpenBSDでは、APIが異なっています。

以下にAPIの概要を示します。

table:*BSDのC言語API

FreeBSD NetBSD/OpenBSD

header sys/types.h, libgpio.h sys/types.h, sys/gpio.h, sys/ioctl.h

library -lgpio

init gpio_open(0) open("/dev/gpio0",O_RDWR)

setup gpio_pin_set_flags(handle,config) ioctl(fd,GPIOSET,gpio_set)

output gpio_pin_set(handle,pin,value) ioctl(fd,GPIOWRITE,gpio_req)

input gpio_pin_input(handle,pin) ioctl(fd,GPIOREAD,gpio_req)

で、とりあえず*BSDでBlinkt!だけ動くRPi.GPIOをでっち上げてみました

*BSD(正確にはNetBSDとFreeBSD)で、C言語APIを使ってRPi.GPIOでBlinkt!が動作する最低限のライブラリを作成しました。

FreeBSDとNetBSDの両対応になってます (OpenBSDは試してません)

Raspberry Pi以外のボードで使う例

ここでは、Raspberry Pi以外のボードで、Blinkt!を使う場合の例を紹介します。

GPIOピン番号はむとうが接続した例になっていますので、適宜自分が接続したピンに対応する番号に変更してください。

ここでは、以下のボードについて、説明を行います。

NanoPi NEO2

Jetson TX1

NanoPi NEO2 de Blinkt!

https://gyazo.com/0983498f9e933eff264f8d60d1750b24

使っているGPIOポートの番号が違うので、使っているものに変更します。

table:NanoPi NEO2 pin

NanoPi NEO2でのピン表示 NetBSD GPIOデバイス NetBSDピン番号

DATA GPIO1-5 gpio0 11

CLK GPIO1-11 gpio0 0

code:blinkt.py.patch

--- blinkt.py.org 2018-10-18 16:47:27.732733560 +0900

+++ blinkt.py 2018-10-23 14:12:37.499090099 +0900

@@ -2,13 +2,13 @@

import atexit

import time

-import RPi.GPIO as GPIO

+import GPIO as GPIO

__version__ = '0.1.2'

-DAT = 23

-CLK = 24

+DAT = 11

+CLK = 0

NUM_PIXELS = 8

BRIGHTNESS = 7

Jetson TX1 de Blinkt!

https://gyazo.com/3a593d49eafb1c3d42e6e2f48ac7c5cc

NVIDIA Jetson TX1は、NVIDIAが提供しているGPUが使えるARMボードです。

割り当てるGPIOポートのGPIOデバイスが違うので変更します。

table:Jetson TX1 pin

Jetson TX1 J21ピン番号 NetBSD GPIOデバイス NetBSDピン番号

DATA 16 gpio4 5

CLK 13 gpio4 6

code:GPIO.c.patch

--- GPIO.c.org 2018-10-30 00:53:20.690389084 +0000

+++ GPIO.c 2018-10-27 06:52:45.558201090 +0000

@@ -25,7 +25,7 @@

gpio_handle_t gpio_handle=(gpio_handle_t)NULL;

-#define DEV "/dev/gpio0"

+#define DEV "/dev/gpio4"

int fd;

code:blinkt.py.patch

--- ../library/blinkt.py 2018-10-27 06:47:04.978619602 +0000

+++ blinkt.py 2018-10-27 08:06:22.269554853 +0000

@@ -2,13 +2,13 @@

import atexit

import time

-import RPi.GPIO as GPIO

+import GPIO as GPIO

__version__ = '0.1.2'

-DAT = 23

-CLK = 24

+DAT = 5

+CLK = 6

NUM_PIXELS = 8

BRIGHTNESS = 7

おわりに

とりあえず、aarch64のご贈答箱全部を光らせることができました

NetBSD on Jetson TX1

NetBSD on NanoPi NEO2

(FreeBSD on Raspberry Pi 3B+)

物理的なGPIOと、OSでのGPIOデバイスピン番号の対応を探すのは大変です

Jetson TX1の power button, network interface(cdce0), SD(sdhc0)は、GPIOに繋がっている

みなさんもピカピカしてみませんか?