Eingangsspannung #

• Bereich von 0 ... 3.3V einhalten (bei gewisser HW max 1.8V)
• Für HW-Zugriff sind immer Kerneltreiber für HW und für Subsystem nötig
  • z.B. Accellerometer: adxl345 Industrial IO sowie I2C oder SPI
• make menuconfig
  • GPIO_SYSFS
  • I2C_CHARDEV
  • SPI_SPIDEV
  • ...
• Compile > Deploy > Load

SysFS #

• einfacher Zugriff auf (meist) einfache Schnittstellen (mit nur wenigen Parametern)
• z.B. auf GPIOs, LEDs, PWM, Temperatursensoren, CPU-Powermodi, ...
• über Pseudodateien unter
  • /sys/class/{gpio, leds, pwm, ...}
  • theoretisch beliebige GPIOs aktivierbar über /sys/class/gpio/export
  • export ändert jedoch das Pinmultiplexing nicht! (wenn falsch via DTS/DTB umdefinieren)
  • Zugriff via Shell (echo) oder File-Systemcalls (wie open(), read(), write(), lseek()...)
  • auch Asynchron Notification über gpio/value und poll()

Devicenode #

• Zugriff via /dev/ auf einen Device-Driver
• z.B. Anwendungsspezifische Subsysteme
  • HID
  • TTY
  • Industrial IO (IIO)
  • Sound
  • Video4Linux
• Zugriff via FS-Calls und ioctl
• Für USB: libusb

/dev/mem #

• Direktes Mapping der Hardware via Memorymap
• Sehr unsicher!
• Quick and Dirty
• Falls für HW keine Treiber existieren

GPIO #

• Input: Pollen
  • via read() call
  • erzeugt aber unnötig viel CPU Last
  • unproblematisch falls das Interval tief ist
• Input: ISR
  • emöglicht schnelles reagieren ohne CPU-Last
  • reagiert auf hw interrupt
  • bei aktivierung aus dem Userspace mit /sys/class/gpio/event
• Doku: https://www.kernel.org/doc/Documentation/gpio/sysfs.txt

I2C #

• Auch IIC, I2C oder TWI genannt
• Benötigt nur 2 Signalleitungen
  • SDA: Serial Data
  • SCL: Serial Clock
• Busfähig (7 Bit Adresse)
• rel. langsam (max 3.2 Mbps)
• Halbduplex (gleichzeitig nur eine Datenrichtung)
• Single Master

Beispiel: adxl345 #

• i2c-tools (Konfigurieren in Buildroot)
• Für Accellerometer auf DE1-SoC

i2cdetect -y 0
# Adresse 0x53
i2cget -y 0 0x53 0x2D
i2cget -y 0 0x53 0x2D 0x08
i2cget -y 0 0x53 0x32
i2cget -y 0 0x53 0x33
i2cget -y 0 0x53 0x34
# siehe datasheet

Sense Hat I2C Devices #

• https://pinout.xyz/pinout/sense_hat

SPI Bus #

• schneller als I2C (bei 50MHz)
• Vollduplex
• Mehrere Devices am selben Bus
  • mit Chipselect (keine Adressen)

SPI Mutliple Chips #

SPI Clock Modes #

• Clock Polarity
• Clock Phase (Rising / Falling Edge)

USB #

• Sehr hohe Datenraten möglich

USB #

• Netto Transferrate nur ca. 2/3 der theoretischen
• USB 3.x immer noch relativ selten bei SoCs
• Single Master, mehrere Slaves (via Hubs)
• OTG: Hybrider Modus möglich
• Tranfertypes (Control, Bulk, Isochron, Interrupt)

USB im Userspace #

• Mit libusb-1.0

Asynchron Serielle Schnittstelle #

• Unter Linux TTY / unter Windows COM
• ... resp. unter /deV/tty*
• Typische Bezeichnung
  • /dev/ttyUSB0 für FTDI / Profilic
  • /dev/ttyACM0 für USB CDC Serial Device Class (konformes USB Serial Interface)
  • /dev/ttyS0 für Schnittstelle direkt auf dem SoC

UART / USART #

• Praktisch und einfach für Zeilenorientierte Kommunikation (canonical input)
• Kompliziert für Blockorientierten oder binären (non-ascii) Transfer - am besten für non-canonical libftdi verwenden - ... oder direkt libusb verwenden

Linux I/O für Sensoren #

• Input Subsystem
  • HID für Keyboard / Mouse
  • Zugriff via /sys/class/input
  • Android verwendet dieses Interface auch für Sensoren
• HWMON
  • Überwachung des Mainboards
  • /sys/class/hwmon
  • Temparatur, Feuchtigkeit, Voltage
  • Im Kernel unter Hardware Monitoring Support

mmap #

• Per Systemcall auf mmap()
• Erlaubt beliebiges Pagen auf Physical Memory in den Userspace
• ... sowie DRAM als auch Memory Mapped IO
• Nachteile
  • muss mit "root" ausgeführt werden
  • Portierbarkeit nicht gewährleistet

Industrial I/O (IIO) #

• Für komplexere Chips
• /sys/class/iio/ + Char Device via /dev/
• Derzeit > 300 Chips unterstützt
• Programmierung meist im Kernel Space wegen HW-Triggerung

GPIO: Interrupts #

gpio example

USB: mit libusb #

USB example

mmap GPIO beim Raspi #

mmap GPIO example