BCM2835ライブラリ その6

BCM2835ライブラリの日本語解説の最終回。サンプルコードをまとめておしまいにする。せっかくなので、今回の記事をまとめてLaTeXで整形したpdfをここに置いておく。BCM2835ライブラリを使おうという人のために。

4  サンプルコード

僕が使ったコードを入れようと思ったけど、いろいろなことをやるせいで回りくどくて長いので、もともとbcm2835の配布についているexamplesを解説することにする。

examplesには

• blink
• event
• gpio
• i2c
• input
• pwm
• spi
• spin

のやっつがあって、どれもmain()関数だけの簡単なものである。

examplesのコードはどれも

% cc example.c -o example -l bcm2835
% sudo ./example

で実行できる。もちろんライブラリ本体とヘッダが読めるパスの上にインストールされていることが前提である。

4.1  blink

Raspberry PiのP1コネクタの11番ピンを0.5秒ごとにオン/オフするサンプルコード。

#include <bcm2835.h>
#define PIN RPI_GPIO_P1_11

int main(int argc, char **argv)
{
    // これを実行してGPIOにアクセスできていなかったら
    // これを読んでテストする
    //    bcm2835_set_debug(1);
    
    if (!bcm2835_init())
        return 1;
    
    // ピンを出力に設定する
    bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    
    // Blink
    while (1)
    {
        // オン
        bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH);
        // ちょっと待って
        bcm2835_delay(500);
        // オフ
        bcm2835_gpio_write(PIN, LOW);
        // また待って
        bcm2835_delay(500);
    }
    bcm2835_close();
    return 0;
}

解説不要のコードである。本体は無限ループでプロセスを殺さないと止まらないので、とうぜんソースにあるclose()関数は呼ばれることはない。

4.2  input

これはRaspberry PiのP1コネクタの15番ピンを読み込む。

#include <bcm2835.h>
#include <stdio.h>

#define PIN RPI_GPIO_P1_15

int main(int argc, char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
        return 1;
    
    // P1の15ピンを入力にセットする
    bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_INPT);
    //  ついでにプルアップ
    bcm2835_gpio_set_pud(PIN, BCM2835_GPIO_PUD_UP);
    
    // Blink
    while (1)
    {
        // データを読む
        uint8_t value = bcm2835_gpio_lev(PIN);
        printf("read from pin 15: %d\n", value);
        // ちょっと待つ
        delay(500);
    }
    bcm2835_close();
    return 0;
}

4.3  event

このサンプルはGPIOのイベントの使い方。15ピンがLOWに落ちたらイベントが発生する。

#include <bcm2835.h>
#include <stdio.h>

#define PIN RPI_GPIO_P1_15

int main(int argc, char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
        return 1;
    
    // P1の15ピンを入力に設定
    bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_INPT);
    //  プルアップする
    bcm2835_gpio_set_pud(PIN, BCM2835_GPIO_PUD_UP);
    // LOWの検出ができるようにする
    bcm2835_gpio_len(PIN);
    
    while (1) {
        if (bcm2835_gpio_eds(PIN)) {
            // 次のイベントを待つためにフラグをセットしなおす
            bcm2835_gpio_set_eds(PIN);
            printf("low event detect for pin 15\n");
        }
        // ちょっと待つ
        delay(500);
    }
    bcm2835_close();
    return 0;
}

ちょっとだけ注意が必要なのは、イベントが検出された状態はeds関数でチェックしたあとも変化しないらしい。従ってedsでチェックしたあとはset_edsでイベント検出をセットしなおす（検出済みであることを知らせる）必要がある。

このイベントという機能はbcm2835ライブラリ特有の考え方らしく、結局ポーリングしないといけないので、ちょっと中途半端。できればコールバックのような仕組みにしてもらったらよかった。

でも想定している使い方はおそらく、いわゆるイベントドリブンな、例えば細いパルスが入るとそれを合図に何かの作業をする、というのではないのだろう。主となる作業中に、ある条件が満たされないと先に進めないというような、初めから淡々と手順を進めていく途中での段階制御に使う、みたいな感じに思える。

組み込みにはよくあるパターンなのかもしれない。

4.4  spi

spiを使って1バイト送って1バイト読み込む。このサンプルではRaspberry Piのspi入力（MISO）をspi出力（MOSI）にそのままつないで、ループバックさせることを想定している。

データ転送の前に幾つかの設定が必要だけど、それは実際に接続されるスレーブデバイスに合わせることになる。設定の詳細は英語版のWikipediaを参照するのが手っ取り早い（残念だけど日本語版に情報はない）。

#include <bcm2835.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
        return 1;
    
    bcm2835_spi_begin();
    bcm2835_spi_setBitOrder(BCM2835_SPI_BIT_ORDER_MSBFIRST);      // The default
    bcm2835_spi_setDataMode(BCM2835_SPI_MODE0);                   // The default
    bcm2835_spi_setClockDivider(BCM2835_SPI_CLOCK_DIVIDER_65536); // The default
    bcm2835_spi_chipSelect(BCM2835_SPI_CS0);                      // The default
    bcm2835_spi_setChipSelectPolarity(BCM2835_SPI_CS0, LOW);      // the default
    
    // 1バイトスレーブに送って同時にスレーブから返ってくる1バイトを読みこむ
    // MISOをMISOに接続してあったら、送ったものがそのまま読まれる
    uint8_t send_data = 0x23;
    uint8_t read_data = bcm2835_spi_transfer(send_data);
    printf("Sent to SPI: 0x%02X. Read back from SPI: 0x%02X.\n", send_data, read_data);
    if (send_data != read_data)
        printf("Do you have the loopback from MOSI to MISO connected?\n");
    bcm2835_spi_end();
    bcm2835_close();
    return 0;
}

4.5  spin

このサンプルはspiでマルチバイト転送する場合のもの。

1バイトとやりかたは同じだけど、バッファが使い回されてスレーブからのデータで上書きされることに注意を要する。

#include <bcm2835.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
        return 1;
    
    bcm2835_spi_begin();
    bcm2835_spi_setBitOrder(BCM2835_SPI_BIT_ORDER_MSBFIRST);      // The default
    bcm2835_spi_setDataMode(BCM2835_SPI_MODE0);                   // The default
    bcm2835_spi_setClockDivider(BCM2835_SPI_CLOCK_DIVIDER_65536); // The default
    bcm2835_spi_chipSelect(BCM2835_SPI_CS0);                      // The default
    bcm2835_spi_setChipSelectPolarity(BCM2835_SPI_CS0, LOW);      // the default
    
    // 複数バイトをスレーブに送って同時に読む
    // たいていのSPIデバイスは1、2バイトのコマンドに対してそのあとデータを送り返すようになっている
    // そのような場合は、バッファの先頭にコマンドを書いて、残りに送り返されるデータバイト数の分だけ0を埋めておく
    // 転送が終わったら、送り返されたバイトをバッファから読み出すことができる
    // MISOをMOSIに直接つないてあったら、書いたものがそのまま読み込まれるはずである
    char buf[] = { 0x01, 0x02, 0x11, 0x33 }; // 送り出すデータ
    bcm2835_spi_transfern(buf, sizeof(buf));
    // bufにはスレーブから読み込まれたデータで書き換えられる
    printf("Read from SPI: %02X  %02X  %02X  %02X \n", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3]);
    
    bcm2835_spi_end();
    bcm2835_close();
    return 0;
}

4.6  もうすこし実用的なサンプルコード

gpioとi2cのふたつのサンプルは、これまでとちがって実用的なコードになっている。長いのでここにはあげないけど、それほど難しいコードではない。

コマンドラインからgpio、あるいはi2cを読んだり書いたり設定したりできる。ハイフン（'-'）に続いてこれが顔文字みたいになったけどそうではなくて、コマンドキャラクタを続ける、というunixによくあるスタイルになっている。

引数無しでとりあえず動かしてみると、usageが表示されるので、それを参考に試してみればいい。

ソースは順に読んでいけばわかるようになっている。

i2cのほうには、ファイルの先頭のコメント部分にA/DコンバータのADC1015とD/AのMCP4725をi2cにつないだ場合に読み書きするためのコマンドラインシーケンスが書いてある。

5  まとめ

spiだけはもとからあるspidevモジュールを停止させないといけないけど、それ以外は他のモジュールと共存可能らしい（もちろん一つのピンを二つのプロセスから使ったりはできない）。

ライブラリそのものは見てきたように非常にシンプルなもので、自分で書いてもそれほど手間はかからないようなものだけど、他のライブラリを使っていないなら

• BCM2835のレジスタ配置を調べる手間がない
• ちゃんと動作確認がされてる
• 機種ごとに異なるレジスタアドレスやピン配置を隠蔽してくれる
• 整理されていて一貫している

のでこのライブラリを使わない手はない。C++を使う人なんかは、もっと使いやすいように自分専用のラッパを書くのがいいだろう。

僕はこのままでありがたく使わせてもらうことにする。

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