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通过网络远程控制ARM系统GPIO应用实例

供稿:韬睿(上海)计算机科技有限公司 2016/4/22 14:30:30

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  • 关键词: ARM Linux GPIO 远程控制
  • 摘要:本文着重展示基于Embedded Linux快速开发Web应用程序访问ARM系统以便于远程操控硬件GPIO或监控其状态.文中演示实例所采用的ARM系统硬件为Toradex 基于NXP Vybrid的产品级ARM核心板Colibri VF61配合其Colibri开发板;软件框架为使用Node代码通过filesystem来访问操控硬件GPIO,创建一个简单UI并使用Express开发框架搭建一个最简web服务器并通过AJAX呼叫和客户端进行通信,最后在客户端使用Javascript配合HTML+CSS/jQuery/AJAX开发一个客户端应用程序.

1). 简介

本文着重展示基于Embedded Linux快速开发Web应用程序访问ARM系统以便于远程操控硬件GPIO或监控其状态.文中演示实例所采用的ARM系统硬件为Toradex 基于NXP Vybrid的产品级ARM核心板ColibriVF61配合其Colibri开发板;软件框架为使用Node代码通过filesystem来访问操控硬件GPIO,创建一个简单UI并使用Express开发框架搭建一个最简web服务器并通过AJAX呼叫和客户端进行通信,最后在客户端使用Javascript配合HTML+CSS/jQuery/AJAX开发一个客户端应用程序.

Node.js是一个用于基于Javascript开发应用的服务器端的runtime环境,自带有管理文件系统模块,而Linux操作系统支持使用文件系统访问硬件设备的特性,因此可以基于Node开发应用来访问操控系统硬件GPIO设备.不过尽管Node也提供了如HTTP等模块可以用来搭建Web服务器,本文还是采用更为简单的利用Express开发框架来搭建.

客户端应用使用Javascript编程语言开发,通过浏览器执行.配合HTML和CSS,Javascript可以实现用户交互的网页开发,也就是响应式设计. 不过直接使用Javascrit进行开发需要一定周期,本文采用一个跨浏览器JavaScript库jQuery来快速实现如DOM操作,事件处理以及AJAX方法(和服务器异步通讯达到动态改变页面内容的一系列技术)使用等

2). 硬件准备

a). ColibriVF61核心板模块以及Colibri开发板载板

b). GPIO以及对应Button和LED设置如下所示, VF61最多支持99个GPIO管脚, 本文使用4个GPIO分别连接Colibri载板上面的两个Button和两个LED.

SW5, X21 Pin9 <->GPIO-63(SODIMM_106), X11 Pin39

SW6, X21 Pin11 <->GPIO-89(SODIMM_135), X11 Pin40

LED1, X21 Pin2 <->GPIO-88(SODIMM_133), X11 Pin41

LED2, X21 Pin4 <->GPIO-68(SODIMM_127), X11 Pin42

详细的关于管脚定义和GPIO号码请参考VF61手册,Colibri开发板手册以及GPIO号码映射.

3). 软件配置

a). Embedded Linux系统为Toradex官方发布imageV2.5, 也可以参考这里基于OpenEmbedded框架自己编译系统image.

b). 在VF61 Embedded Linux中安装node.js并验证运行正常

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root@colibri-vf:~# opkg update

root@colibri-vf:~# opkg install nodejs

root@colibri-vf:~# node                                                        

> process.exit ()                                                              

root@colibri-vf:~#

-------------------

c). 在VF61 Embedded Linux中安装nodemon,Express和body-parse

-------------------

root@colibri-vf:~# opkg install tar

root@colibri-vf:~# curl -Lhttps://www.npmjs.com/install.sh | sh

root@colibri-vf:~# npm install express

root@colibri-vf:~# npm install body-parser        

root@colibri-vf:~# npm install -g nodemon

-------------------

4). GPIO操作

详细Embedded Linux GPIO操作请见这里,下面只用一个GPIO-63举例

a). 初始化GPIO-63并设置为Input

-------------------

root@colibri-vf:/sys/class/gpio# echo 63> /sys/class/gpio/export              

root@colibri-vf:/sys/class/gpio# echo"in" > /sys/class/gpio/gpio63/direction

-------------------

b). 查看当前GPIO-63电平

-------------------

root@colibri-vf:/sys/class/gpio/gpio63# cat/sys/class/gpio/gpio63/value        

0

-------------------

c). 按下GPIO连接的Button同时查看电平

-------------------

root@colibri-vf:/sys/class/gpio/gpio63# cat/sys/class/gpio/gpio63/value        

1

-------------------

5). Nodedemo1  -使用Node.js操控GPIO

完整代码请见这里,需创建’server.js’文件, 核心部分列出如下:

a). Filesystem模块

-------------------

/* Modules */

var fs = require('fs'); //module to handlethe file system

var debug = require('debug')('myserver');//debug module

/* VF61 GPIO pins */

const         SW5= '63', // PTD31, 106(SODIMM)

        SW6= '89', // PTD10, 135(SODIMM)

      LED1 = '88', // PTD9, 133(SODIMM)

        LED2= '68', // PTD26, 127(SODIMM)

       

/* Constants */

const HIGH = 1, LOW = 0;

-------------------

b). GPIO配置和操作模块

-------------------

function cfGPIO(pin, direction){......}  //export pin if not exported and configurethe pin direction

function rdGPIO(pin){......}  //read GPIO value and return it

function wrGPIO(pin, value){......}  //write value to corresponding GPIO

-------------------

c). LED根据Button状态显示模块

-------------------

function copySwToLed(){......} //Copy theSW values into the LEDs

-------------------

主函数模块,使用setinterval循环函数,第二个参数为循环间隔

-------------------

setImmediate(function cfgOurPins(){

        cfGPIO(LED1,'out'); //call cfGPIO to configure pins

        cfGPIO(LED2,'out');

        cfGPIO(SW5,'in');

        cfGPIO(SW6,'in');

        setInterval(copySwToLed,50); //poll the GPIO and copy switches status to LEDs

});

-------------------

d). 在VF61上面执行’server.js’,并通过按键来验证LED显示

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node server.js

-------------------

6). Nodedemo2 - 创建webserver和最简web UI来远程操控GPIO

完整代码请见这里

a). 修改’server.js’, 创建Webserver

-------------------

/* Modules */

var express = require('express');//webserver module

var bodyParser = require('body-parser');//parse JSON encoded strings

var app = express();

/* Constants */

const HIGH = 1, LOW = 0, IP_ADDR ='10.20.1.108', PORT_ADDR = 3000;

//Using Express to create a server

app.use(express.static(__dirname));

var server = app.listen(PORT_ADDR, IP_ADDR,function () {

  var host = server.address().address;

  var port = server.address().port;

  var family = server.address().family;

  debug('Express server listening at http://%s:%s %s', host, port,family);

});

-------------------

b). 修改’server.js’, 增加HTTP POST接收并处理返回数据部分

-------------------

app.use(bodyParser.urlencoded({ //tosupport URL-encoded bodies, must come before routing

        extended:true

}));

app.route('/gpio') //used to unite all therequst types for the same route

.post(function (req, res) { //handlesincoming POST requests

      var serverResponse = {status:''};

      var btn = req.body.id, val = req.body.val; // get the button id andvalue

      if(val == 'on'){ //if button is clicked, turn on the leds

         wrGPIO(LED1, HIGH);

         wrGPIO(LED2, HIGH);

               debug('Client request to turnLEDs on');

         serverResponse.status = 'LEDsturned on.';

         res.send(serverResponse); //sendresponse to the server

      }

      else{ //if button is unclicked, turn off the leds

         wrGPIO(LED1, LOW);

          wrGPIO(LED2, LOW);

          debug('Client request to turn LEDs off');

          serverResponse.status = 'LEDs turned off.';

          res.send(serverResponse); //send response to the server

      }

});

setImmediate(function cfgOurPins(){

        ......

   setInterval(copySwToLed,50); //poll the GPIO and copy switches status to LEDs

});

-------------------

c). 在当前文件夹创建’index.html’

./ 请从这里下载jQuery库并放在同一文件夹

./ ‘index.html’代码如下

-------------------

        

Accessto the VF61 GPIO using Node.js and AJAX

  

                 OFF

       

-------------------

d). 在当前文件夹创建’client.js’, 用来处理客户端操作

-------------------

$(function(){

        $(".btn").click(functionclickHandling(){ //if element of class "btn" is clicked

                  varbtn_status = {id:"", val:""}; //data to be sent to theserver

                 

                  if(this.checked){//check whether button is pressed or not

                           $(this).siblings().html("ON").css("color","green");//changes label and color

                           btn_status.id= $(this).attr("id"); //get which button was clicked

                           btn_status.val= "on"; //tell the server the button is clicked

                  }

                 

                  else{//if button was unclicked

                           $(this).siblings().html("OFF").css("color","red");//changes label and color

                           btn_status.id= $(this).attr("id"); //get which button was clicked

                           btn_status.val= "off"; //tell the server the button is unclicked

                  }

                 

                  $.post("/gpio",btn_status, function (data, status){ //send data to the server via HTTP POST

                           if(status== "success"){ //if server responds ok

                                    console.log(data);//printserver response to the console

                           }

                  },"json");//server response shuld be in JSON encoded format

        });

});

-------------------

e). 在VF61运行’server.js’,启动服务

-------------------

root@colibri-vf:~# DEBUG=myserver nodeserver.js                                

-------------------

f). 在客户端浏览器查看

登录http://10.20.1.108:3000,在打开的页面操作checkbox来控制LED灯

7). Nodedemo3 - 升级友好界面客户端UI来远程操控GPIO

完整代码请见这里

a). 修改’index.html’, 使用Bootstrap框架修改显示效果适配移动设备

-------------------             

Accessto the VF61 GPIO using Node.js and AJAX

               

LEDs

         

Switches

               

       

-------------------

b). 相应修改‘server.js'和’client.js’, 详见完整代码

client.js 中SW按键操作SW1切换当前LED焦点, SW2改变当前LED状态


c). 在VF61上面同上运行server.js启动,在客户端浏览器登录http://10.20.1.108:3000查看


更多内容请访问 韬睿(上海)计算机科技有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=16879)

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