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如何使用 Fedora IoT 點亮 LED 燈

2018-12-25 00:24:00

如果你喜歡 Fedora、容器，而且有一塊樹莓派，那麼這三者結合操控 LED 會怎麼樣？本文介紹的是 Fedora IoT，將展示如何在樹莓派上安裝預覽映象。還將學習如何與 GPIO 互動以點亮 LED。

什麼是 Fedora IoT?

Fedora IoT 是當前 Fedora 專案的目標之一，計劃成為一個完整的 Fedora 版本。Fedora IoT 將是一個在 ARM（目前僅限 aarch64）裝置上（例如樹莓派），以及 x86_64 架構上執行的系統。

Fedora IoT 基於 OSTree 開發，就像 Fedora Silverblue 和以往的 Atomic Host。

下載和安裝 Fedora IoT

官方 Fedora IoT 映象將和 Fedora 29 一起發布。但是在此期間你可以下載 基於 Fedora 28 的映象 來進行這個實驗。（LCTT 譯註：截止至本譯文發布，Fedora 29 已經發布了，但是 IoT 版本並未隨同發布，或許會在 Fedora 30 一同發布？）

你有兩種方法來安裝這個系統：要麼使用 dd 命令燒錄 SD 卡，或者使用 fedora-arm-installer 工具。Fedora 的 Wiki 裡面提供了為 IoT 設定物理裝置 的更多資訊。另外，你可能需要調整第三個分割區的大小。

把 SD 卡插入到裝置後，你需要建立一個使用者來完成安裝。這個步驟需要序列連線或一個 HDMI 顯示器和鍵盤來與裝置進行互動。

當系統安裝完成後，下一步就是要設定網路連線。使用你剛才建立的使用者登入系統，可以使用下列方式之一完成網路連線設定：

  • 如果你需要手動設定你的網路，可能需要執行類似如下命令，需要保證設定正確的網路地址：

    $ nmcli connection add con-name cable ipv4.addresses \192.168.0.10/24 ipv4.gateway 192.168.0.1 \connection.autoconnect true ipv4.dns "8.8.8.8,1.1.1.1" \type ethernet ifname eth0 ipv4.method manual

  • 如果你網路上執行著 DHCP 服務，可能需要類似如下命令：

    $ nmcli con add type ethernet con-name cable ifname eth0

Fedora 中的 GPIO 介面

許多關於 Linux 上 GPIO 的教學都關注傳統的 GPIO sysfis 介面。這個介面已經不推薦使用了，並且上游 Linux 核心社群由於安全和其他問題的緣故打算完全刪除它。

Fedora 已經不將這個傳統的介面編譯到核心了，因此在系統上沒有 /sys/class/gpio 這個檔案。此教學使用一個上游核心提供的一個新的字元裝置 /dev/gpiochipN 。這是目前和 GPIO 互動的方式。

為了和這個新裝置進行互動，你需要使用一個庫和一系列命令列介面的工具。常用的命令列工具比如說 echo 和 cat 在此裝置上無法正常工作。

你可以通過安裝 libgpiod-utils 包來安裝命令列介面工具。python3-libgpiod 包提供了相應的 Python 庫。

使用 Podman 來建立一個容器

Podman 是一個容器執行環境，其命令列介面類似於 Docker。Podman 的一大優勢是它不會在後台執行任何守護行程。這對於資源有限的裝置尤其有用。Podman 還允許您使用 systemd 單元檔案啟動容器化服務。此外，它還有許多其他功能。

我們使用如下兩步來建立一個容器：

  1. 建立包含所需包的分層映象。
  2. 使用分層映象建立一個新容器。

首先建立一個 Dockerfile 檔案，內容如下。這些內容告訴 Podman 基於可使用的最新 Fedora 映象來構建我們的分層映象。然後就是更新系統和安裝一些軟體包：

FROM fedora:latestRUN  dnf -y updateRUN  dnf -y install libgpiod-utils python3-libgpiod

這樣你就完成了映象的生成前的設定工作，這個映象基於最新的 Fedora，而且包含了和 GPIO 互動的軟體包。

現在你就可以執行如下命令來構建你的基本映象了：

$ sudo podman build --tag fedora:gpiobase -f ./Dockerfile

你已經成功建立了你的自定義映象。這樣以後你就可以不用每次都重新搭建環境了，而是基於你建立的映象來完成工作。

使用 Podman 完成工作

為了確認當前的映象是否就緒，可以執行如下命令：

$ sudo podman imagesREPOSITORY                 TAG        IMAGE ID       CREATED          SIZElocalhost/fedora           gpiobase   67a2b2b93b4b   10 minutes ago  488MBdocker.io/library/fedora   latest     c18042d7fac6   2 days ago     300MB

現在，啟動容器並進行一些實際的實驗。容器通常是隔離的，無法存取主機系統，包括 GPIO 介面。因此需要在啟動容器時將其掛載在容器內。可以使用以下命令中的 -device 選項來解決：

$ sudo podman run -it --name gpioexperiment --device=/dev/gpiochip0 localhost/fedora:gpiobase /bin/bash

執行之後就進入了正在執行的容器中。在繼續之前，這裡有一些容器命令。輸入 exit 或者按下 Ctrl+D 來退出容器。

顯示所有存在的容器可以執行如下命令，這包括當前沒有執行的，比如你剛剛建立的那個：

$ sudo podman container ls -aCONTAINER ID   IMAGE             COMMAND     CREATED          STATUS                              PORTS   NAMES64e661d5d4e8   localhost/fedora:gpiobase   /bin/bash 37 seconds ago Exited (0) Less than a second ago           gpioexperiment

使用如下命令建立一個新的容器：

$ sudo podman run -it --name newexperiment --device=/dev/gpiochip0 localhost/fedora:gpiobase /bin/bash

如果想刪除容器可以使用如下命令：

$ sudo podman rm newexperiment

點亮 LED 燈

現在可以使用已建立的容器。如果已經從容器退出，請使用以下命令再次啟動它：

$ sudo podman start -ia gpioexperiment

如前所述，可以使用 Fedora 中 libgpiod-utils 包提供的命令列工具。要列出可用的 GPIO 晶片可以使用如下命令：

$ gpiodetectgpiochip0 [pinctrl-bcm2835] (54 lines)

要獲取特定晶片的連線列表，請執行：

$ gpioinfo gpiochip0

請注意，物理引腳數與前一個命令所列印的連線數之間沒有相關性。重要的是 BCM 編號，如 pinout.xyz 所示。建議不要使用沒有相應 BCM 編號的連線。

現在，將 LED 連線到物理引腳 40，也就是 BCM 21。請記住：LED 的短腿（負極，稱為陰極）必須連線到帶有 330 歐姆電阻的樹莓派的 GND 引腳， 並且長腿（陽極）到物理引腳 40。

執行以下命令點亮 LED，按下 Ctrl + C 關閉：

$ gpioset --mode=wait gpiochip0 21=1

要點亮一段時間，請新增 -b（在後台執行）和 -s NUM（多少秒）引數，如下所示。 例如，要點亮 LED 5 秒鐘，執行如下命令：

$ gpioset -b -s 5 --mode=time gpiochip0 21=1

另一個有用的命令是 gpioget。 它可以獲得引腳的狀態（高或低），可用於檢測按鈕和開關。

總結

你也可以使用 Python 操控 LED —— 這裡有一些例子。 也可以在容器內使用 i2c 裝置。 此外，Podman 與此 Fedora 版本並不嚴格相關。你可以在任何現有的 Fedora 版本上安裝它，或者在 Fedora 中使用兩個基於 OSTree 的新系統進行嘗試：Fedora Silverblue 和 Fedora CoreOS。