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树莓派提高实时性的新思路[原创]

Tue, 17 Jan 2017 11:15:00 +0800

树莓派提高实时性的新思路 by yafeng 转载请注明树莓派是一台应用linux系统的ARM电脑，由于linux是非实时性系统，所以各个任务之间会不停的切换，时间片20ms-100ms不等，所以很难获得实时的输出，这里先贴个小例子，内容很简单，把一个IO点置为高电平，等待1000us（1ms）然后置为低电平，并记录需要的时间，记录10000次（2ms*10000=20秒）。 #include "stdio.h" #include "wiringPi.h" #define rec_num 10000 int main(){ int time_arry[rec_num]; int current_time=0; wiringPiSetup(); pinMode(0,OUTPUT); for(int i=0;i10us: 282 >20us: 49 >30us: 19 >40us: 7 >50us: 4 >60us: 2 >70us: 2 >80us: 2 >90us: 2 >100us: 2 >110us: 2 >120us: [2488, 2346] 可以看出，现在结果还是不错的，只有2个结果误差超过均值60us，但是平均时间是2.132ms，跟预计时间有132us的误差。下边是该程序在CPU满载的情况下的测试结果（我写了个多进程程序，把所有CPU撑到100%）：平均时间: 2128 <10us: 73 >10us: 9902 >20us: 175 >30us: 153 >40us: 71 >50us: 24 >60us: 15 >70us: 15 >80us: 15 >90us: 15 >100us: 15 >110us: 15 >120us: [12448, 5813, 9480, 13708, 7936, 11588, 14554, 10433, 13771, 14565, 12347, 5887, 9486, 13725, 2955] 这时，出现了非常差的情况，15次误差大于120us，并且有多次10-15ms误差的！

树莓派高级GPIO库，wiringpi2 for python使用笔记（五）i2c读取测试

Wed, 06 Jan 2016 22:52:00 +0800

wiringpi2显然也把i2c驱动带给了Python，手头上正巧有一个DS3231的模块，上边带了一个DS3231 RTC（实时时钟），与一片24C32，两个芯片均为iic总线设备，与树莓派接线如下：也就是VCC GND SDA SCL四个脚分别接到树莓派的1（3.3v）、9（0v）、3（SDA.1）、5（SCL.1）上，因为树莓派的I2C接口默认是关闭的，需要先编辑一下/boot/config.txt,去掉 device_tree_param=i2c_arm=on上的注释（ArchlinuxARM RasperryPi2），然后重启（注：Raspbian可以用raspi-config打开）然后重启，重启完成后，运行 modprobe i2c-dev 若想这个模块自动装载，请把它写到 /etc/modules-load.d/raspberrypi.conf 安装i2c-tools，Archlinux下为： pacman –S i2c-tools 安装后，运行i2cdetect –y 1结果如下：嗯，发现了57，68两个设备，哪个是DS3231，哪个又是24C32呢，我们把里边的数据dump出来看看：可以看到0x57设备里边是空的，应该就是24C32了，0x68里边读出来20个字节，就是DS3231了。我先解释下这几个命令： i2cdetect顾名思义就是搜索i2c总线的设备，树莓派有2条i2c总线，咱们接的SDA.1,SCL.1，当然就是搜索1这条总线了（另外一条是SDA.0 SCL.0） -y参数没啥意义，就是自己帮你按下y(yes). i2cdump也很容易理解，就是dump出指定总线，指定设备的数据这里是1总线0x57 0x68两个设备。-y参数跟上个命令是一样的。这样，我们的i2c设备就都通讯上了，下边就是用wiringpi2库读写之。 wringpi中操作i2c设备的函数主要有一下几个：

树莓派高级GPIO库，wiringpi2 for python使用笔记（四）实战DHT11解码

Tue, 05 Jan 2016 00:12:00 +0800

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，量程湿度20-90%RH，温度0~50℃。我买的封装好的模块，上边自带了上拉电阻，直接查到树莓派上即可灰、紫、蓝分别代表数据、3.3V、0V,接到树莓派的3，1，10脚，分别对应PIN8，3.3V，0V。 DHT11与单片机通讯协议为单线协议（1-wire），其实单线协议蛮厉害的，一个GPIO就能实现数据的读取，但是这个协议没有同步脉冲，所以对时序要求比较高，比如DHT11对高低电平定义如下：低电平50us，然后一个26-28us的高电平，代表0 低电平50us，然后一个70us的高电平，代表1 也就是说，需要能分辨出40us以下的时间才能准确的测出，下边看看具体的时序：总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。数字0表示如下图：数字1表示如下图：可以看出，每一位包括一开始的响应信号，都是由一个低电平跟一个高电平组成，其中响应信号为80us+80us=160us 数字0为50+26=76us 数字1为50+70=120us 为读到DHT11的状态，我编写了以下的程序： import wiringpi2 as gpio owpin=8 #第8脚为1-wire脚 tl=[] #存放每个数据位的时间 gpio.wiringPiSetup() #初始化wiringpi库 gpio.pinMode(owpin,1) #设置针脚为输出状态 gpio.digitalWrite(owpin,1) #输出高电平 gpio.delay(1) ###发开始指令，要求DHT11传输数据 gpio.digitalWrite(owpin,0) #拉低25ms开始指令 gpio.delay(25) gpio.digitalWrite(owpin,1) #输出高电平，开始指令结束 gpio.pinMode(owpin,0) #设针脚为输入状态 ###开始指令发送完毕，把管脚设置为高电平，并等待DHT11拉低管脚。传输数据 while(gpio.digitalRead(owpin)==1): pass #如果管脚一直是1，则一直等待。 ###若被拉低，说明传输开始，应答信号+40位数据+结束标志共42位 ###下边共循环45次，故意多循环几次看结果。 for i in range(45): #测试每个数据周期的时间（包括40bit数据加一个发送开始标志 tc=gpio.micros() #记下当前us数（从初始化开始算起，必要时重新初始化） ''' 一个数据周期，包括一个低电平，一个高电平，从DHT11第一次拉低信号线开始到DHT11发送最后一个50us的低电平结束（然后被拉高，一直维持高电平，所以最后的完成标志是一直为高，超过500ms） ''' while(gpio.digitalRead(owpin)==0):pass #一位数据由一个低电平 while(gpio.digitalRead(owpin)==1): #加一个高电平组成 if gpio.micros()-tc>500: #如果超过500us就结束了本次循环,传输结束后 break #会被上拉电阻拉成高电平，防止进入死循环 tl.append(gpio.micros()-tc) #记录每个周期时间的us数，存到tl这个列表 print(tl) #打印结果程序里有详细的解释，我就不再赘述，这里贴出我这里的执行结果：

树莓派高级GPIO库，wiringpi2 for python使用笔记（三）GPIO操作

Sun, 03 Jan 2016 16:57:00 +0800

GPIO库的核心功能，当然就是操作GPIO了，GPIO就是“通用输入/输出”接口，比如点亮一个LED、继电器等，或者通过iic spi 1-wire等协议，读取、写入数据，这都是GPIO的用处，可以说没有GPIO，树莓派只能当小电脑用，有了GPIO，就升级成一个控制器了。先来说说怎么操作一个数字量（高低电平）。先看代码： import wiringpi2 as gpio from wiringpi2 import GPIO gpio.wiringPiSetup() #初始化 gpio.pinMode(25,GPIO.OUTPUT) # 把pin25设置为输出模式 gpio.digitalWrite(25,GPIO.HIGH) #pin25输出为高电平 print(gpio.digitalRead(25)) #打印pin25的状态值的注意的是，GPIO在输出模式时，也可以读取GPIO状态。 wiringpi对树莓派2的GPIO定义如下： [root@RasPi ~/testcode]# gpio readall +-----+-----+---------+------+---+---Pi 2---+---+------+---------+-----+-----+ | BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM | +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+ | | | 3.3v | | | 1 || 2 | | | 5v | | | | 2 | 8 | SDA.1 | IN | 1 | 3 || 4 | | | 5V | | | | 3 | 9 | SCL.1 | IN | 1 | 5 || 6 | | | 0v | | | | 4 | 7 | GPIO. 7 | IN | 1 | 7 || 8 | 1 | ALT0 | TxD | 15 | 14 | | | | 0v | | | 9 || 10 | 1 | ALT0 | RxD | 16 | 15 | | 17 | 0 | GPIO. 0 | IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN | GPIO. 1 | 1 | 18 | | 27 | 2 | GPIO. 2 | IN | 0 | 13 || 14 | | | 0v | | | | 22 | 3 | GPIO. 3 | IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN | GPIO. 4 | 4 | 23 | | | | 3.3v | | | 17 || 18 | 0 | IN | GPIO. 5 | 5 | 24 | | 10 | 12 | MOSI | IN | 0 | 19 || 20 | | | 0v | | | | 9 | 13 | MISO | IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN | GPIO. 6 | 6 | 25 | | 11 | 14 | SCLK | IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN | CE0 | 10 | 8 | | | | 0v | | | 25 || 26 | 1 | IN | CE1 | 11 | 7 | | 0 | 30 | SDA.0 | IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN | SCL.0 | 31 | 1 | | 5 | 21 | GPIO.21 | IN | 1 | 29 || 30 | | | 0v | | | | 6 | 22 | GPIO.22 | IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN | GPIO.26 | 26 | 12 | | 13 | 23 | GPIO.23 | IN | 0 | 33 || 34 | | | 0v | | | | 19 | 24 | GPIO.24 | IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN | GPIO.27 | 27 | 16 | | 26 | 25 | GPIO.25 | IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN | GPIO.28 | 28 | 20 | | | | 0v | | | 39 || 40 | 0 | IN | GPIO.29 | 29 | 21 | +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+ | BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM | +-----+-----+---------+------+---+---Pi 2---+---+------+---------+-----+-----+ 我们看到，wringpi对针脚有三种定义方式，BCM代表GPIO模式，wPi代表pin模式，Physical代表物理针脚模式。

树莓派高级GPIO库，wiringpi2 for python使用笔记（二）高精度计时、延时函数

Sun, 03 Jan 2016 15:11:00 +0800

学过单片机的同学应该清楚，我们在编写传感器驱动时，需要用到高精度的定时器、延时等功能，wiringpi提供了一组函数来实现这些功能，这些函数分别是： micros() #返回当前的微秒数，这个数在调用wiringPiSetup()后被清零并重新计时 millis() #返回当前的毫秒数，同上，这个数在调用wiringPiSetup()后被清零并重新计时 delayMicroseconds() #高精度微秒延时 delay() #毫秒延时。 python相对于C，一个很大的问题就是执行速度慢，所以指令执行速度不可忽视，我们可以用micos函数来检测指令执行时间，用来避免实际使用中遇到的坑，请看以下代码： import wiringpi2 as gpio for i in range(5): t1=gpio.micros() t2=gpio.micros() print(t2-t1) 连续调用两次micros，然后打印出差值，运行结果如下： [root@RasPi ~/testcode]# python testus.py 12 4 4 5 5 我们看到第一次的结果明显比以后的结果要大，多了接近10微秒，一般的程序来说，这无关紧要，要是要求更高，可以把代码改成这个样子: import wiringpi2 as gpio for i in range(5): t1=gpio.micros() t1=gpio.micros() t2=gpio.micros() print(t2-t1) 运行结果如下： [root@RasPi ~/testcode]# python testus.py 3 3 3 3 2 基本一致了再看以下代码： import wiringpi2 as gpio for i in range(5): t1=gpio.micros() t1=gpio.micros() gpio.delayMicroseconds(10) t2=gpio.micros() print(t2-t1) 延时10us，结果如下： [root@RasPi ~/testcode]# python testus.py 21 21 18 18 18 减去两次调用micros()之间的5us左右的延时，实际延时10us会有5us左右的延时。

树莓派高级GPIO库，wiringpi2 for python使用笔记（一）安装

Sun, 03 Jan 2016 14:06:00 +0800

网上的教程，一般Python用RPi.GPIO来控制树莓派的GPIO，而C/C++一般用wringpi库来操作GPIO，RPi.GPIO过于简单，很多高级功能不支持，比如i2c/SPI库等，也缺乏高精度定时等高级特性。相比之下，wiringpi则功能丰富的多，其实wringpi已经有了python绑定，可以非常简单的在python中使用这个库。鉴于网上基本没有这个库的中文说明，我一边学习，一边以做笔记的形式，写几篇关于这个库的基本使用的文章。安装：首先安装python-pip：我用的Archlinux，python3，安装命令为： pacman -S python-pip 如果用python2，安装命令为： pacman -S python2-pip Raspbian下则为： apt-get install python3-pip apt-get install python-pip 安装完后，就可以用pip install来安装python库了。为避免繁琐，我下边的命令都以pip命令安装，Archlinux下默认为python3的pip3，如果使用个python2则用pip2来代替pip，debian下pip默认为pip2，若使用python3，则使用pip3来代替。 pip install wiringpi2 pip库里除了wiringpi2外，还有老版本的wiringpi库，大家按需安装。安装完后，运行pip list，可以看到列表中包含了新装的wringpi2库了：在终端中敲入python，进入python控制台，导入一下，如果不报错，说明安装成功：

树莓派读取DHT11传感器的源代码

Sun, 03 Jan 2016 13:27:00 +0800

import wiringpi2 as gpio owpin=8 #第8脚为1-wire脚 def getval(owpin): tl=[] #存放每个数据位的时间 tb=[] #存放数据位 gpio.wiringPiSetup() #初始化wiringpi库 gpio.pinMode(owpin,1) #设置针脚为输出状态 gpio.digitalWrite(owpin,1) #输出高电平 gpio.delay(1) gpio.digitalWrite(owpin,0) #拉低20ms开始指令 gpio.delay(25) gpio.digitalWrite(owpin,1) #抬高20-40us gpio.delayMicroseconds(20) gpio.pinMode(owpin,0) #设针脚为输入状态 while(gpio.digitalRead(owpin)==1): pass #等待DHT11拉低管脚 for i in range(45): #测试每个数据周期的时间（包括40bit数据加一个发送开始标志 tc=gpio.micros() #记下当前us数（从初始化开始算起，必要时重新初始化） ''' 一个数据周期，包括一个低电平，一个高电平，从DHT11第一次拉低信号线开始到DHT11发送最后一个50us的低电平结束（然后被拉高，一直维持高电平，所以最后的完成标志是一直为高，超过500ms） ''' while(gpio.digitalRead(owpin)==0):pass while(gpio.digitalRead(owpin)==1): if gpio.micros()-tc>500: #如果超过500ms就结束了 break if gpio.micros()-tc>500: #跳出整个循环 break tl.append(gpio.micros()-tc) #记录每个周期时间的us数，存到tl这个列表 # print(tl) #反注释后可打印时间列表 tl=tl[1:] #去掉第一项，剩下40个数据位 for i in tl: if i>100: #若数据位为1，时间为50us低电平+70us高电平=120us tb.append(1) else: tb.append(0) #若数据位为0，时间为50us低电平+25us高电平=75us #这里取大于100us就为1 # print(tb) #反注释可查看每一位状态 return tb def GetResult(owpin): for i in range(10): SH=0;SL=0;TH=0;TL=0;C=0 result=getval(owpin) # print(len(result)) if len(result)==40: for i in range(8): #计算每一位的状态，每个字8位，以此为湿度整数，湿度小数，温度整数，温度小数，校验和 SH*=2;SH+=result[i] SL*=2;SL+=result[i+8] TH*=2;TH+=result[i+16] TL*=2;TL+=result[i+24] C*=2;C+=result[i+32] if ((SH+SL+TH+TL)%256)==C and C!=0: break else: print("Read Sucess,But checksum error! retrying") else: print("Read failer! Retrying") gpio.delay(200) return SH,SL,TH,TL SH,SL,TH,TL=GetResult(owpin) print("湿度:",SH,SL,"温度:",TH,TL)