龙芯2K500开发板上实现的呼吸灯效果

kira

前言

本来这篇文章应该在上周就写完的，不过突然被安排出差，一直忙到了现在，终于可以静下心来做些其它事情。

之前和龙芯3A5000主机一起送过来的还有一块龙芯2K500的迷你开发板，整个板子不到巴掌大小。之前只是简单做了上电启动，这次拿到了比较完整的开发资料，可以尝试为开发板编写一些程序了。

由于暂时没有屏幕，只能先试着做一些其它的事情，如通信和IO控制，其中最简单，最基础的就是LED灯的控制。然后我就发现，这个板子居然有一颗可以调节亮度的LED灯！没错，之前做的LED控制都只能进行开关操作，而可以调节亮度，意味着可以做出更多的显示效果，这次我就做了一个呼吸灯的效果。

然后，我也简单了解了一下这种亮度调节的原理，实际上就是通过调节PWM输出的占空比，改变一个周期内输出的高低电平所占的比例，实现控制LED灯亮度的效果。由于引脚输出的电压是固定的，所以不能通过改变电平来控制亮度，而改变高低电平的占空比则是另一种思路，嵌入式设备的屏幕背光亮度调节也是基于同样的原理。

开发板上电启动、连接串口终端

由于暂时没有屏幕，想要和开发板进行交互就只能通过终端的方式，通常开发板都会有调试串口，我们先通过串口终端登录设备，配置好网口IP地址后，再通过网络连接登录设备。

串口的连接方式如下图：

将绿、白、黑三色线以图中方式接好（红线不用接），USB端插入到电脑，应该不需要装驱动，电脑可以直接识别出串口设备。

打开串口终端工具，比如Windows MobaXterm，linux minicom等，我比较喜欢用putty。

配置好端口，设置
波特率：115200
数据位：8位
停止位：1位
校验：无
硬件流控：无

然后给开发板接通电源，就可以看到调试输出信息了。

查看系统信息，可以看到运行的是安装了PREEMPT_RT补丁的实时操作系统。

1. [root@LS-GD ~]# uname -a
   
2. Linux LS-GD 5.10.0.lsgd-g434b00a6badf #1 PREEMPT Wed Sep 14 12:57:58 CST 2022 loongarch64 GNU/Linux
   
3. [root@LS-GD ~]#

复制代码

配置交叉编译环境

2K500开发板是loongarch64架构的嵌入式板卡。下载好对应的交叉编译工具链后，解压到系统/opt/目录下。按手册来就好~

1. $ sudo tar -xf toolchain-loongarch64-linux-gnu-gcc8-host-x86_64-2022-07-18.tar.xz -C /opt/

复制代码

然后我们需要将交叉编译器添加到系统路径，方便我们接下来使用。

这里我直接将配置写成脚本，方便下次使用。

1. $ cd /opt/toolchain-loongarch64-linux-gnu-gcc8-host-x86_64-2022-07-18
   
2. # 创建脚本
   
3. $ sudo touch environment-setup-loongarch64-linux-gnu
   
4. # 添加可执行权限
   
5. $ sudo chmod +x environment-setup-loongarch64-linux-gnu
   
6. # 修改脚本内容
   
7. $ sudo vi environment-setup-loongarch64-linux-gnu
   
8. # 内容如下~
   

复制代码

1. # environment-setup-loongarch64-linux-gnu
   
2. CC_PREFIX=/opt/toolchain-loongarch64-linux-gnu-gcc8-host-x86_64-2022-07-18
   
3. export PATH=$CC_PREFIX/bin:$PATH
   
4. export LD_LIBRARY_PATH=$CC_PREFIX/lib:$LD_LIBRARY_PATH
   
5. export LD_LIBRARY_PATH=$CC_PREFIX/loongarch64-linux-gnu/lib64:$LD_LIBRARY_PATH
   
6. 
   
7. export ARCH=loongarch
   
8. export CROSS_COMPILE=loongarch64-linux-gnu-
   

复制代码

接下来测试一下交叉编译环境

1. $ cd ~
   
2. $ . /opt/toolchain-loongarch64-linux-gnu-gcc8-host-x86_64-2022-07-18/environment-setup-loongarch64-linux-gnu
   
3. $ loongarch64-linux-gnu-gcc -v
   
4. Using built-in specs.
   
5. COLLECT_GCC=loongarch64-linux-gnu-gcc
   
6. COLLECT_LTO_WRAPPER=/opt/toolchain-loongarch64-linux-gnu-gcc8-host-x86_64-2022-07-18/bin/../libexec/gcc/loongarch64-linux-gnu/8.3.0/lto-wrapper
   
7. Target: loongarch64-linux-gnu
   
8. Configured with: /dev/shm/build_loongarch64_gcc8-host-x86_64_2022-07-18/src/gcc/configure --build=x86_64-redhat-linux --host=x86_64-redhat-linux --target=loongarch64-linux-gnu --program-prefix=loongarch64-linux-gnu- --prefix=/dev/shm/build_loongarch64_gcc8-host-x86_64_2022-07-18/cross --libdir=/dev/shm/build_loongarch64_gcc8-host-x86_64_2022-07-18/cross/lib --with-gxx-include-dir=/dev/shm/build_loongarch64_gcc8-host-x86_64_2022-07-18/cross/sysroot/usr/include/c++ --with-sysroot=/dev/shm/build_loongarch64_gcc8-host-x86_64_2022-07-18/cross/sysroot --with-native-system-header-dir=/usr/include --with-arch=loongarch64 --with-abi=lp64 --with-multilib-list=lp64d,lp64s --with-pkgversion='LoongArch\ GNU\ toolchain\ vec.32-rc2' --disable-linker-build-id --with-newlib --without-headers --disable-shared --enable-threads=posix --enable-tls --enable-languages=c,c++,fortran --enable-__cxa_atexit --enable-libquadmath-support --disable-gcov --disable-libcc1 --enable-initfini-array --disable-nls --disable-bootstrap --with-glibc-version=2.28
   
9. Thread model: posix
   
10. gcc version 8.3.0 (LoongArch GNU toolchain vec.32-rc2)
    

复制代码

可以看到loongarch交叉编译器的版本信息，配置交叉编译环境完成。

编写程序

控制LED灯的亮度，Linux系统已经有驱动实现了，我们要做的操作就是向相应的文件中写入数值即可，剩下的都是系统的事情。

对于一般的LED灯，只有开关两个选项，写入0为关闭，写入非0值打开。

而对于PWM控制的LED灯，需要写入具体数值来控制灯的亮度，同样，0为关闭，写入数值越大LED灯就越亮，当然，这是有上限的。这里经过测试，写入255后，LED灯达到最亮。

而这次写的呼吸灯程序，则是逐渐改变LED灯的亮度，实现LED灯缓慢闪烁的效果。
这里我将亮度分为10个级别，从0到255（2^8 - 1），每100ms改变一下LED灯的亮度，一个周期刚好为2秒（从灭到最亮，然后从最亮到灭）。

至于为什么是分为这10个级别，而不是从0~255变化，大家可以自己试试，看一下效果。

以下是完整程序：

1. /**
   
2. * file: led-pwm.c
   
3. */
   
4. 
   
5. #include <fcntl.h>
   
6. #include <stdio.h>
   
7. #include <stdlib.h>
   
8. #include <unistd.h>
   
9. 
   
10. /**
    
11. * @brief 呼吸灯效果
    
12. * @param fd 设备文件
    
13. */
    
14. void breath(int fd);
    
15. 
    
16. int main(int argc, char *argv[])
    
17. {
    
18.   if (argc < 2)
    
19.   {
    
20.     printf("Please input LED device.\n");
    
21.     return -1;
    
22.   }
    
23. 
    
24.   int fd;
    
25.   char file[64];
    
26.   sprintf(file, "%s/brightness", argv[1]);
    
27. 
    
28.   /* 打开设备文件 */
    
29.   fd = open(file, O_WRONLY);
    
30.   if (fd < 0)
    
31.   {
    
32.     printf("Error open file: %s\n", file);
    
33.     return fd;
    
34.   }
    
35. 
    
36.   breath(fd);
    
37.   /* 关闭设备文件 */
    
38.   close(fd);
    
39.   return 0;
    
40. }
    
41. 
    
42. void breath(int fd)
    
43. {
    
44.   const int values[10] = {0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255};
    
45.   char buf[5];
    
46. 
    
47.   while (1)
    
48.   {
    
49.     /* 从暗到亮 */
    
50.     for (int i = 0; i < 10; i++)
    
51.     {
    
52.       sprintf(buf, "%d", values[i]);
    
53.       write(fd, buf, sizeof(buf));
    
54.       usleep(100000);  // 休眠100ms
    
55.     }
    
56.     /* 从亮到暗 */
    
57.     for (int i = 9; i >= 0; i--)
    
58.     {
    
59.       sprintf(buf, "%d", values[i]);
    
60.       write(fd, buf, sizeof(buf));
    
61.       usleep(100000);  // 休眠100ms
    
62.     }
    
63.   }
    
64. }
    

复制代码

然后编译，得到在开发板上运行可执行程序。

1. $ loongarch64-linux-gnu-gcc led-pwm.c -o led-pwm
   

复制代码

下载程序到开发板

运行前的最后一步，需要将编译好可执行程序复制到开发板上，我通常是使用scp命令将文件复制到开发板。

需要先在串口终端通过ifconfig设置开发板的网口IP，第一次使用scp前，需要先用ssh登录到开发板。

系统默认账户为root，默认密码为123

由于之前不知道默认密码是什么，所以先用passwd命令改了密码。

1. # 例：将可执行程序复制到开发板
   
2. $ scp ./led-pwm root@192.168.0.10:~/
   
3. # 使用 ssh 登录开发板
   
4. $ ssh root@192.168.0.10
   
5. # 为程序添加可执行权限（在开发板操作）
   
6. ~ $ chmod +x ./led-pwm
   
7. # 运行程序
   
8. ~ $ ./led-pwm /sys/class/leds/led1-pwm
   

复制代码

实际运行效果

由于开发板的LED2默认是心跳模式[heartbeat]，所以会一直一闪一闪的，在运行呼吸灯程序前，可以先把LED2改为[none]模式。

1. ~ $ echo none > /sys/class/leds/led2/trigger
   

复制代码

执行编写的呼吸灯程序

1. ~ $ ./led-pwm /sys/class/leds/led1-pwm
   

复制代码

实际运行效果如下：

视频链接：龙芯2K0500开发板实现呼吸灯效果

为了更好的阅读体验，请您查看原文。

HanLF

很厉害啊

sn2015ol

非常 好！