38 C语言进阶到上手大纲 - 硬件接口编程

1. 硬件接口编程概述

• 硬件接口编程的定义
• 硬件接口的重要性
• 常见硬件接口类型：
  • GPIO（通用输入输出）
  • 串行通信（UART, SPI, I2C）
  • USB接口
  • 以太网接口

2. GPIO编程

2.1 GPIO的概念

• GPIO 是什么？
• 输入 和 输出 模式的区别

2.2 GPIO编程流程

1. 初始化：设置GPIO引脚为输入或输出
2. 读取/写入：进行数据读取或写入
3. 清理：释放GPIO资源

2.3 示例代码 - 控制LED灯

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 假设的GPIO库
#include "gpio.h"

// 定义LED连接的GPIO引脚
#define LED_PIN 21

int main() {
    // 初始化GPIO
    gpio_init(LED_PIN, GPIO_OUT);
    
    // 点亮LED
    gpio_write(LED_PIN, 1);
    printf("LED is ON\n");
    
    // 暂停一段时间
    sleep(1);
    
    // 熄灭LED
    gpio_write(LED_PIN, 0);
    printf("LED is OFF\n");
    
    // 清理GPIO
    gpio_cleanup(LED_PIN);
    
    return 0;
}

3. 串行通信（UART）

3.1 UART的概念

• 什么是UART？
• 波特率 和 数据位 的设置

3.2 UART编程基础

1. 打开串口：配置并打开串口
2. 发送数据：通过串口发送数据
3. 接收数据：读取收到的数据
4. 关闭串口：清理资源

3.3 示例代码 - 串口通信

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>

// 串口设备
#define SERIAL_PORT "/dev/serial0"

void setup_serial(int fd) {
    struct termios options;
    tcgetattr(fd, &options);
    cfsetispeed(&options, B9600);
    cfsetospeed(&options, B9600);
    options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
    options.c_cflag &= ~PARENB; // 无奇偶校验
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
}

int main() {
    int fd = open(SERIAL_PORT, O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1) {
        perror("Unable to open serial port");
        return -1;
    }
    
    setup_serial(fd);
    
    // 发送数据
    const char *msg = "Hello UART!";
    write(fd, msg, strlen(msg));
    
    // 接收数据
    char buffer[256];
    int n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    buffer[n] = '\0'; // 确保字符串正确结束
    printf("Received: %s\n", buffer);
    
    // 关闭串口
    close(fd);
    
    return 0;
}

4. SPI通信

4.1 SPI的概念

• SPI 和 全双工 的特性
• 主要信号线：MOSI, MISO, SCLK, SS

4.2 SPI编程流程

1. 设置SPI参数：波特率、极性、相位
2. 发送接收数据：通过SPI发送和接收数据

4.3 示例代码 - SPI通信

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiSPI.h>

#define SPI_CHANNEL 0 // SPI通道
#define SPEED 500000  // 波特率

int main() {
    wiringPiSetup(); // 初始化WiringPi库
    wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPEED);
    
    uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03}; // 要发送的数据
    uint8_t response[3];
    
    // 发送数据
    wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, data, sizeof(data));
    
    // 假设需要读取响应
    wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, response, sizeof(response));
    
    printf("Received: %02X %02X %02X\n", response[0], response[1], response[2]);
    
    return 0;
}

5. I2C通信

5.1 I2C的概念

• I2C 的结构和工作原理
• 主设备 和 从设备 的角色

5.2 I2C编程基础

1. 初始化I2C：设置I2C总线
2. 发送接收数据：通过I2C进行数据通信

5.3 示例代码 - I2C通信

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/ioctl.h>

#define I2C_DEVICE "/dev/i2c-1"
#define I2C_ADDRESS 0x48 // 示例I2C设备地址

int main() {
    int file = open(I2C_DEVICE, O_RDWR);
    if (file < 0) {
        perror("Failed to open I2C device");
        return -1;
    }

    if (ioctl(file, I2C_SLAVE, I2C_ADDRESS) < 0) {
        perror("Failed to connect to I2C device");
        return -1;
    }

    char writeBuffer[2] = {0x00, 0x01}; // 要写入的数据
    if (write(file, writeBuffer, 2) != 2) {
        perror("Failed to write to the I2C bus");
    }

    char readBuffer[1];
    if (read(file, readBuffer, 1) != 1) {
        perror("Failed to read from the I2C bus");
    }
    
    printf("Read from I2C device: %02X\n", readBuffer[0]);

    close(file);
    return 0;
}

6. 调试与测试

6.1 使用逻辑分析仪

• 如何使用逻辑分析仪监控信号
• 常见问题排查

6.2 使用调试工具

• 推荐的调试软件/工具
• 如何定位和解决问题

7.