Raspberry Pi: GPIO Schnittstelle – Teil 3

Arbeiten mit der Schnittstelle

Das Arbeiten mit der Schnittstelle ist dank unseres Linux Betriebssystem sehr einfach. Der Kernel unterstützt die GPIO Schnittstelle und somit kann man sowohl mit einer Programmiersprache als auch über eine einfache Shell die Schnittstelle verwenden. Alles was wir dafür benötigen ist das /sys Dateisystem von Linux. Bevor wir uns im Detail die Programmierung bzw. das Arbeiten mit der Schnittstelle brauchen wir eine Versuchsanordnung.

Vorbereitung

Als Basis dient uns das Setup, welches ich schon im 2. Teil dieser Artikelserie vorgestellt habe. Wieder verwenden wir folgende Komponenten:

• 1 Steckboard
• 2 Steckdrähte
• 1 Leuchtdiode
• 1 270 Ohm Widerstand
• und unseren Raspberry Pi

Hat das vorgestellte Setup mit der leuchtenden Diode funktioniert, so brauchen wir nur eine kleine Änderung an der Anordnung zu machen. Statt an einen Anschluss mit fixer Spannung schließen wir den Draht für die Energieversorgung an einen unserer frei konfigurierbaren GPIO Pins. Dafür ziehen wir wieder die Übersicht über die einzelnen Pins aus dem 1. Teil der Artikelserie zu rate.

Auf dem Bild ist es etwas schwer zu erkennen, ich habe den gelben Draht an den GPIO Pin mit der Nummer 17 angeschlossen (das ist der 6. auf der linken Seite). Das hat aber keinen speziellen Grund. Genau so gut hätte ich ihn an den GPIO 4 Pin oder GPIO 27 Pin oder einen anderen freien Pin anschließen können. Wichtig ist nur, dass man genau schaut und sich die Nummer merkt. Nichts ist frustrierender als den Fehler zu suchen warum das Programm nicht funktioniert um dann festzustellen, man hat den Draht am falschen Pin angesteckt.

Haben wir diese Anordnung aufgebaut, dann sollten wir feststellen, dass die Diode nicht leuchtet. Das liegt daran, dass der GPIO Pin noch nicht aktiviert wurde. Das müssen wir nun mit einem Skript auf dem laufenden Raspberry Pi Linux ändern. Für dieses Beispiel wollen wir ein kleines Shell Skript schreiben, welches den GPIO 17 Pin abwechselnd mit Strom versorgt und dann wieder nicht. Die Leuchtdiode sollte somit in periodischen Abständen leuchten.

GPIO Skript

Bevor ich hier näher auf die Theorie eingehe einfach mal das GPIO Skript abtippen und ausprobieren!

#!/bin/bash

trap "echo \"17\" >/sys/class/gpio/unexport" EXIT

echo "17" >/sys/class/gpio/export
echo "out" >/sys/class/gpio/gpio17/direction

while true
do
    echo "1" >/sys/class/gpio/gpio17/value
    sleep 1
    echo "0" >/sys/class/gpio/gpio17/value
    sleep 1
done

Wie bereits erwähnt kann man über das sys Dateisystem mit der GPIO Schnittstelle kommunizieren. Die ersten 3 Kommandos unseres Skripts benötigt man um die Schnittstelle zu konfigurieren. Dabei wird eine Leitung zum GPIO Pin reserviert. Es wird vom Kernel ein neues Verzeichnis mit der Nummer des reservierten Pins angelegt, bei GPIO Pin 17 also das Verzeichnis /sys/class/gpio/gpio17. In diesem Verzeichnis gibt es eine Datei direction in der wir festlegen, ob wir etwas Senden (out) oder Empfangen (in) wollen. In unseren Fall wollen wir auf den Pin schreiben, also eine Spannung senden. Das eigentliche senden unseres Signals ist sehr einfach. Wir schreiben einfach eine 1 für Spannung und eine 0 für keine Spannung mit dem echo Kommando in die /sys/class/gpio/gpio17/value Datei des Pins. Fertig!

Das GPIO Skript sollte mit root Rechten ausgeführt werden. Bei einem normalen User also mit sudo.

In diesem Beispiel GPIO Skript senden wir abwechselnd Spannung und keine Spannung in einer Endlosschleife und warten zwischenzeitlich immer eine Sekunde. Die Ausgabe mit der Leuchtdiode ist ein periodisches Ein- und Ausschalten.

Über das Dateisystem ist die Kommunikation mit der Schnittstelle möglich und zum Testen ideal, jedoch ist das sehr langsam. Will man wirklich sinnvoll Daten senden, so können wir auch mit einer Programmiersprache mit der Schnittstelle kommunizieren und Daten mehrere 100 Mal schneller senden. Wie das geht zeig ich im nächsten Teil.

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