Questo documento fornisce una guida dettagliata alla programmazione del Raspberry Pi, descrivendo le diverse distribuzioni Linux disponibili e i protocolli GPIO come UART, SPI e I2C. Vengono presentati esempi pratici di codice Python e C per controllare i GPIO, gestire eventi e creare un server web per interagire con il hardware. Inoltre, il documento include informazioni su strumenti utili e altre librerie di programmazione per il Raspberry Pi.

1. RASPBERRY PI
PROGRAMMAZIONE
19 maggio 2015 - TechBar presso Cowo42 - Osimo

2. Chi sono
Gabriele Guizzardi
http://www.brainandbytes.com
guizzardi@brainandbytes.com

3. NOTA
Questo incontro e queste slide possono essere considerate
il naturale continuo del Workshop fatto presso il Warehouse
Coworking di Pesaro.
Consiglio quindi di visualizzare prima tali slide ench’esse
presenti sul mio account SlideShare.
http://www.slideshare.net/guizzardigabriele

4. Quali SO sono disponibili
- Raspbian (porting di Debian Wheezy 7)
- Ubuntu Mate (RPi 2)
- Windows 10 IoT (RPi 2)
- Arch
- Debian
- Pidora (Fedora)
- RISC OS (non è Linux)
- OpenElec e altri (media center)
- ...e altri...

5. GPIO della RPi B+ e della 2
I2C
UART

6. I protocolli del GPIO
Il RPi ha tre protocolli seriali: UART, SPI e I2C
UART (Universal Asynchronous Receiver-Trasmitter) trasmetti flussi di dati
in modo seriale. Asincrono significa che usa i dati stessi per sincronizzare la
trasmissione.
SPI (Serial Peripheral Interface) è una trasmissione seriale sincrona che
opera in modalità Full Duplex cioè permette la comunicazione bidirezionale
simultaneamente.
I2C (I quadro C, Inter-Integrated Circuit) bus di tipo sincrono, si basa su due
linee, una per i dati (sda) e una per il clock di sincronizzazione (scl).

7. Pulse Width Modular (PWM)
La modulazione di larghezza di impulso, è un tipo
dimodulazione digitale che permette di ottenere una
tensione media variabile dipendente dal rapporto tra la
durata dell'impulso positivo e di quello negativo (duty-
cycle), allo stesso modo è utilizzato per protocolli di
comunicazione in cui l'informazione è codificata sotto forma
di durata nel tempo di ciascun impulso. Grazie ai moderni
microcontrollori è possibile attivare o inattivare un
interruttore ad alta frequenza e allo stesso modo rilevare lo
stato e il periodo di un impulso. (wikipedia)

8. Pulse Width Modular

9. Pulse Width Modular GPIO
p = GPIO.PWM(channel, frequency) #istanzia PWM
p.start(dc) #avvia PWM dove dc è il duty cycle (0.0 <= dc <= 100.0)
p.ChangeFrequency(freq) #cambiare frequenza dove freq è la nuova frequenza in Hz
p.ChangeDutyCycle(dc) #cambiare il duty cycle dove 0.0 <= dc <= 100.0
p.stop() #ferma PWM
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
p = GPIO.PWM(12, 0.5)
p.start(1)
input('Premi un tasto per fermare')
p.stop()
GPIO.cleanup()

10. Come funziona I2C
Usando 7 bit per gli indirizzi si possono collegare fino a 128 Slave (alcuni riservati quindi sono meno)

11. Come funziona i2c

12. Abilitiamo I2C
disabilitato ma presente:
nano /etc/modules

13. Abilitiamo I2C
nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf
(aggiungere il carattere sharp alla riga i2c-bcm2708 per abilitarlo)

14. Abilitiamo I2C
- apt-get install i2c-tools
- reboot
- modprobe i2c-dev
- ls /dev/i2c* (vedremo le porte)
- chmod o+rw /dev/i2c*
(ora possiamo usare le porte, dovremo rilanciare modprobe
e chmod ad ogni avvio. Se vogliamo automatizzare il
processo inseriamo i due comandi in /etc/rc.local)

15. Controlliamo I2C
- i2cdetect -y 0 oppure - i2cdetect -y 1

16. Installare una dash board
apt-get install curl php5-curl php-json
(andare nella cartella /var/www)
git clone https://github.com/afaqurk/linux-dash.git
(oppure scaricare lo script)
sul browser digitare: 192.168.n.n/linux-dash

17. Utility utili
apt-get install mc (il vecchio Norton Commander)
apt-get install jed (editor)
apt-get install tree
apt-get install epiphani-browser (browser)
apt-get install fbi (visualizza immagini da shell)
apt-get install iptraf (analizza il traffico di rete)
apt-get install nmon (monitorare Linux da riga di comando)

18. Pulsante + LED

19. Versione della GPIO
Python è il linguaggio principale e ufficiale della Raspberry Pi
pertanto troviamo già presente una libreria per usare la GPIO:
RPi.GPIO
Per sapere quale versione è installata eseguire:
- find /usr | grep -i gpio

20. Python
import RPi.GPIO as GPIO # carica la libreria per gestire la PGIO
from time import sleep # importa sleep da time per gestire la pausa
GPIO.setmode(GPIO.BCM) # settiamo BCM come numerico
GPIO.setwarnings(0) # sopprimo i messaggi di errore
GPIO.setup(17, GPIO.IN) # settiamo GPIO17 come input (pulsante)
GPIO.setup(18, GPIO.OUT) # settiamo GPIO18 come output (LED)
print "Lampeggio LED con GPIO 18"
try:
while True: # eseguiamo fino a che non si preme CTRL+C
if GPIO.input(17): # se NON premo il pulsante, stato = 1 (alto)
print "LED SPENTO"
GPIO.output(18, 0) # settiamo la porta a 0
else:
print "LED ACCESO"
GPIO.output(18, 1) # settiamo la porta a 1
sleep(0.5) # attende mezzo secondo
finally: # * vedi testo
GPIO.cleanup() # pulisce gli stati

21. Accendiamolo usando il C
Possiamo usare una libreria inizialmente scritta per Arduino
e adattata per RPi: WiringPi.
La libreria può essere usata anche per Python, Ruby e
Perl.
- git clone git://git.dragon.net/wiringPi
- cd wiringPi
- ./build

22. C
#include <stdio.h> //libreria standard IO
#include <wiringPi.h> //libreria WiringPi
//vedi tabella pin della GPIO, colonna wiringPi
#define LED12 1 //alla variabile LED12 assegno il pin 0
#define PULSANTE11 0 //alla variabile PULSANTE11 assegno il pin 1
int main(void)
{
printf("Lampeggio LED su GPIO 18n");
wiringPiSetup(); //inizializzo la libreria
pinMode(LED12,OUTPUT); //essendo un LED lo imposto come "output"
pinMode(PULSANTE11,INPUT); //essendo un pulsante lo imposto come "input"

23. C
for (;;) //ciclo infinito
{
if (digitalRead(PULSANTE11)==LOW) //premuto il pulsante
{
printf("LED ACCESOn");
digitalWrite(LED12,HIGH); //accendo il LED
delay(1000); //acceso per 1 sec.
}
printf("LED spenton");
digitalWrite(LED12,LOW); //spengo il LED
delay(1000); //rallento un po'
}
return 0; //chiudo main
}
gcc -o PulsanteLed PulsanteLed.c -lwiringPi

24. Setup di wiringPi
wiringPiSetup();
(usa la numerazione semplificata, 11 = 0)
wiringPiSetupGpio();
(usa la numerazione Broadcom, 11 = 17)
… ce ne sono altre meno importanti (vedi sito).

25. Tabella pin di wiringPi

26. Utilizziamo MONO e C#
apt-get install mono-complete
apt-get install monodevelop
apt-get install gtk-sharp2

27. Utilizzare Java
http://pi4j.com
(utilizza http://wiringpi.com)
- curl -s get.pi4j.com | sudo bash

28. Java
import com.pi4j.io.gpio.GpioController;
import com.pi4j.io.gpio.GpioFactory;
import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalOutput;
import com.pi4j.io.gpio.PinState;
import com.pi4j.io.gpio.RaspiPin;
import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalInput;
import com.pi4j.io.gpio.PinPullResistance;
import com.pi4j.io.gpio.event.GpioPinDigitalStateChangeEvent;
import com.pi4j.io.gpio.event.GpioPinListenerDigital;
public class PulsanteLed {
public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
System.out.println("Lampeggio LED alla pressione di un pulsante");
//creo il controller
final GpioController gpio = GpioFactory.getInstance();

29. Java
//imposto myButton come input dal pin 0 (GPIO17) e imposto pin come output
sul pin 1 (GPIO18)
final GpioPinDigitalInput myButton = gpio.provisionDigitalInputPin
(RaspiPin.GPIO_00, PinPullResistance.PULL_DOWN);
final GpioPinDigitalOutput pin = gpio.provisionDigitalOutputPin
(RaspiPin.GPIO_01, "MyLED", PinState.LOW);
//mi metto in ascolto dello stato del pin in input (listener)
myButton.addListener(new GpioPinListenerDigital() {
@Override
public void handleGpioPinDigitalStateChangeEvent
(GpioPinDigitalStateChangeEvent event) {

30. Java
System.out.println("PULSANTE: " + event.getState());
pin.toggle(); //cambio di stato il LED
System.out.println("LED ACCESO");
try {
Thread.sleep(1000); //attendo 1 sec.
}
catch (InterruptedException ie) {
//gestisci eccezzione
}
}
});
//creo un loop infinito solo per attendere l'evento (pulsante
premuto)
for (;;) {
Thread.sleep(500);
}
}
}

31. Java
javac -classpath .:classes:/opt/pi4j/lib’*’ -d . PulsanteLed.java
java -classpath .:classes:/opt/pi4j/lib’*’ PulsanteLed

32. Web Server LAMP
- apt-get install apache2 (collegandosi a localhost si può
vedere che funziona)
- apt-get install mysql-server mysql-client
(durante l’installazione chiede di cambiare la password)
- apt-get install php5 libapache2-mod-php5 php5-mysql
(andare in /var/www e creare un file .php)
<?php phpinfo(); ?>
Ricollegarsi a localhost, lanciare il file .php creato e se tutto ok
viene visualizzato un elenco delle funzionalità di php

33. Web Server Python
python -m CGIHTTPServer
Da un altro PC collegarsi a
http://[indirizzo ip]:8000

34. PHP
<?php
/* l'istruzione exec esegue un comando da shell */
exec("gpio read 0", $stato);
$led = '<img src="spento.png">';
if (isset($_POST['accendi']))
{
exec("gpio mode 1 out");
exec("gpio write 1 1");
$led = '<img src="acceso.png">';
}
if (isset($_POST['spegni']))
{
exec("gpio mode 1 out");
exec("gpio write 1 0");
$led = '<img src="spento.png"';
}

35. PHP
if (isset($_POST['lettura']))
{
exec("gpio read 0", $stato);
}
?>
<html>
<head>
<title> EMCelettronica - by Gabriele Guizzardi </title>
</head>
<body>
<H2 align=center> Accensione LED tramite pulsante web </H2>
<form method="post" action="">
<p align=center>

36. PHP
LED : <button name="accendi">Accendi</button>
<button name="spegni">Spegni</button>
<?php echo $led; ?>
</p>
</form>
<form method="post" action="">
<p align=center>
Valore Pulsante : <button name="lettura"> Leggi stato </button>
<input type="text" name="valor" value= "<?php echo $stato[0]; ?>" >
</p>
<p align=center>Tenete premuto il pulsante del circuito e cliccate Leggi
Stato.</p>
</form>
</body>
</html>

37. Lazarus (Free Pascal)
- apt-get install fpc
- apt-get install lazarus

38. Windows 10 IoT

39. Visual Studio 2015

40. ...l’avventura inizia adesso...
CIAO