在使用樹莓派時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)Python和Scratch是許多任務(wù)（包括GPIO編程）中最常用的編程語(yǔ)言。但你知道嗎，你也可以使用C++進(jìn)行GPIO編程，而且這樣做還有不少好處。

借助WiringPi和PiGPIO等庫(kù)，C++可用于編程控制樹莓派的GPIO引腳。它提供了更好的性能和控制能力，非常適合對(duì)速度和精度要求較高的硬件項(xiàng)目。

在樹莓派社區(qū)中，關(guān)于“Python與C++哪個(gè)更適合樹莓派”的討論十分熱烈。Python因其簡(jiǎn)單易用和龐大的生態(tài)系統(tǒng)而備受青睞，而C++則在性能和精確的硬件控制方面表現(xiàn)出色。這一特性使C++成為某些項(xiàng)目的可靠選擇。

目錄

先決條件

了解C/C++的不同GPIO庫(kù)

搭建開發(fā)環(huán)境

搭建電路

編寫GPIO程序以使LED閃爍

常見問(wèn)題解答（FAQ）

先決條件

以下是使用C++進(jìn)行GPIO編程所需的一些條件：

樹莓派開發(fā)板：你可以使用任何符合項(xiàng)目資源需求的樹莓派型號(hào)。本教程中，我將使用配備2GB內(nèi)存的樹莓派4B。

操作系統(tǒng)要求：任何受樹莓派支持的操作系統(tǒng)均可。但如果你是初學(xué)者，我建議先使用樹莓派操作系統(tǒng)（Raspberry Pi OS）。等你熟練掌握了在樹莓派上使用C++編程后，再切換其他系統(tǒng)也不遲。

C++編譯器（g++）：這是C++的命令行編譯器，預(yù)裝在樹莓派操作系統(tǒng)中。

所需庫(kù)（WiringPi、PiGPIO）：這些C++庫(kù)用于與樹莓派的GPIO引腳進(jìn)行交互。

一個(gè)LED燈：本教程至少需要一個(gè)LED燈。

了解C/C++的不同GPIO庫(kù)

在深入探討各種可用庫(kù)之前，我們先來(lái)了解一下為什么在使用GPIO引腳時(shí)需要庫(kù)。

主要原因在于簡(jiǎn)化操作。庫(kù)讓我們無(wú)需處理復(fù)雜的底層硬件控制，就能輕松與GPIO引腳進(jìn)行交互，既節(jié)省時(shí)間又降低了難度。

例如，如果我想打開/關(guān)閉一個(gè)GPIO引腳，只需使用以下這行代碼：

digitalWrite(pin,HIGH);// Turn on an LED

但如果沒(méi)有庫(kù)，我就得直接操作內(nèi)存寄存器，這要復(fù)雜得多。

WiringPi

WiringPi是樹莓派上與GPIO引腳交互最受歡迎的庫(kù)之一。我曾用它完成過(guò)搭建循線機(jī)器人等復(fù)雜項(xiàng)目，從未遇到過(guò)任何問(wèn)題。

不過(guò)，在使用WiringPi之前，你應(yīng)該知道它的引腳編號(hào)系統(tǒng)可能會(huì)讓人困惑。

WiringPi并不遵循標(biāo)準(zhǔn)的BCM（GPIO）編號(hào)或樹莓派的物理引腳布局。當(dāng)?shù)谝豢顦漭砂l(fā)布時(shí)，它只有少數(shù)幾個(gè)可用的GPIO引腳，WiringPi以自己的方式將這些引腳編號(hào)為0到7。隨著新款樹莓派型號(hào)引入了更多GPIO引腳，WiringPi為了保持向后兼容性，保留了原有的編號(hào)方式。

這意味著WiringPi的引腳編號(hào)并不總是與實(shí)際的GPIO編號(hào)或電路板上的物理引腳位置相對(duì)應(yīng)。不過(guò)別擔(dān)心！你可以參考下表，查看每個(gè)樹莓派引腳在WiringPi中的映射關(guān)系。

pigpio是另一個(gè)用于控制樹莓派GPIO引腳的C++庫(kù)。在撰寫本文時(shí)，我雖未廣泛使用過(guò)它，但從有限的幾次使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，我發(fā)現(xiàn)它比WiringPi更強(qiáng)大，但我強(qiáng)烈建議僅將其用于高級(jí)任務(wù)。

與WiringPi不同，pigpio作為后臺(tái)服務(wù)（守護(hù)進(jìn)程）運(yùn)行，非常適合精確的GPIO控制。如果你正在進(jìn)行一個(gè)需要平穩(wěn)精確控制電機(jī)或伺服器的項(xiàng)目，那么pigpio值得考慮。

然而，這一關(guān)鍵特性也是它的最大缺點(diǎn)。由于pigpio依賴于其守護(hù)進(jìn)程，在資源（CPU和內(nèi)存）有限的老款樹莓派型號(hào)上，它可能無(wú)法很好地工作，尤其是在運(yùn)行繁重的GPIO操作時(shí)。此外，你不能將其與WiringPi等其他庫(kù)同時(shí)使用，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)產(chǎn)生沖突。

注意：在本教程中，我將使用WiringPi，因?yàn)槲抑痪帉懸粋€(gè)點(diǎn)亮LED的小程序。WiringPi對(duì)初學(xué)者友好，是開始在樹莓派上進(jìn)行GPIO編程的最簡(jiǎn)單方法之一。

搭建開發(fā)環(huán)境

現(xiàn)在，你已經(jīng)掌握了使用C++控制GPIO引腳所需的所有信息。接下來(lái)，讓我們深入探討設(shè)置過(guò)程。

安裝必要的開發(fā)包

如果你使用的是樹莓派操作系統(tǒng)完整版，它已經(jīng)預(yù)裝了許多開發(fā)包。但如果你使用的是樹莓派操作系統(tǒng)精簡(jiǎn)版（Lite）或其他基于Debian的發(fā)行版，則需要手動(dòng)安裝C++編譯器和其他依賴項(xiàng)。

你可以通過(guò)運(yùn)行以下命令來(lái)完成安裝：

sudoapt updatesudo apt install g++ build-essential

安裝并設(shè)置WiringPi

你必須在樹莓派上安裝WiringPi才能將其用于GPIO項(xiàng)目。首先，通過(guò)運(yùn)行以下命令更新系統(tǒng)：

sudoapt update

以前，你可以輕松地使用apt命令從樹莓派軟件源中安裝WiringPi。然而，由于WiringPi已停止支持，你需要從WiringPi的GitHub倉(cāng)庫(kù)克隆它：

gitclonehttps://github.com/WiringPi/WiringPi.gitcdWiringPi./build debiancddebian-templatesudo apt install ./wiringpi_3.14_arm64.deb

文件名可能有所不同，請(qǐng)根據(jù)設(shè)備生成的文件調(diào)整最后一條命令。

完成后，你可以通過(guò)運(yùn)行以下命令驗(yàn)證安裝是否成功：

gpio-v

現(xiàn)在，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了軟件需求，接下來(lái)進(jìn)入設(shè)置電路的步驟。

搭建電路

下一步是搭建電路。這一步需要你親自動(dòng)手，將LED燈連接到樹莓派的GPIO引腳上。

了解樹莓派GPIO布局

在繼續(xù)之前，你需要明白不能將LED燈連接到樹莓派的任意引腳上。每個(gè)引腳都有特定的功能，且只能用于該功能。有些引腳用于輸入/輸出，有些用于供電（3.3V或5V），還有些用于接地。

如果你之前沒(méi)有做過(guò)涉及GPIO引腳的項(xiàng)目，我建議你快速瀏覽一下我們關(guān)于樹莓派GPIO引腳入門的全面文章。它將幫助你更好地理解本教程的內(nèi)容。

將LED燈連接到樹莓派

現(xiàn)在，我將直接連接LED燈到樹莓派，不使用電阻。我知道這不是理想的方法，但我之前這樣做過(guò)，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)任何問(wèn)題。而且，我知道我的LED燈額定電壓為3V，處于安全范圍，不會(huì)損壞樹莓派。

我將使用一個(gè)擴(kuò)展板，因?yàn)樗麧?、更方便，但你也可以直接將LED燈連接到樹莓派的引腳上，如果你覺(jué)得這樣更方便的話。我將把LED燈連接到GPIO 26和接地（GND）引腳上。

編寫GPIO程序以使LED閃爍

設(shè)置好電路后，我們就可以編寫代碼了。你可以使用許多編輯器在樹莓派上編寫程序。你可以選擇基于命令行的編輯器（如Nano）或基于圖形界面的編輯器（如Geany）。在本教程中，我將使用nano編輯器。

首先，打開終端，使用以下命令導(dǎo)航到“文檔”目錄并創(chuàng)建一個(gè)程序文件：

cdDocumentsmkdirBlinkLEDProgramtouchblink_led.cpp

創(chuàng)建文件后，我們可以使用nano編輯器打開它：

nanoblink_led.cpp

編寫代碼

這將打開一個(gè)空文本編輯器，你可以在其中開始編寫代碼。我將把這段代碼分成幾個(gè)部分，以便你更好地理解。

#include#include#include#include

#include ：這行代碼包含了WiringPi庫(kù)，使你能夠控制樹莓派的GPIO引腳。這是與LED等硬件交互所必需的。

#include ：這用于輸入輸出操作。在本例中，我們將使用它來(lái)向終端打印文本。

#include ：這提供了時(shí)間工具。在我們的程序中，我們將使用毫秒等工具來(lái)控制延遲。

#include ：我們將使用它來(lái)暫停程序執(zhí)行指定的時(shí)間。它與Python中的sleep()函數(shù)類似。

constexprintLED_PIN =25;

在這里，我們定義了一個(gè)常量LED引腳，它將與樹莓派上的引腳進(jìn)行交互。你會(huì)注意到，我將其設(shè)置為25，但在搭建電路時(shí)，我明確表示將把LED燈連接到GPIO 26。

這是因?yàn)閃iringPi使用了不同的GPIO編號(hào)方式。如果你參考上面的表格，你會(huì)發(fā)現(xiàn)樹莓派上的GPIO 26在WiringPi庫(kù)中被映射為引腳25。

usingnamespacestd;usingnamespacestd::chrono;usingnamespacestd::this_thread;

using namespace std;：這意味著我們可以使用標(biāo)準(zhǔn)的C++特性（如cout、cerr、endl等），而無(wú)需總是使用std::前綴。

std::

using namespace std::chrono;和using namespace std::this_thread;：這些使我們能夠直接使用時(shí)間相關(guān)函數(shù)（如milliseconds和sleep_for），而無(wú)需每次都寫出std::milliseconds或std::sleep_for。

intmain(intargc,char* argv[])

這是程序的入口點(diǎn)，程序從這里開始執(zhí)行。

if(wiringPiSetup() == -1){ cerr<

wiringPiSetup()：這個(gè)函數(shù)初始化WiringPi庫(kù)。如果它返回-1，說(shuō)明出現(xiàn)了問(wèn)題，庫(kù)無(wú)法初始化。

cerr << "Failed to initialize wiringPi" << endl;：如果WiringPi設(shè)置失敗，這將在終端打印一條錯(cuò)誤信息。

return 1;：如果設(shè)置失敗，這將結(jié)束程序。1表示發(fā)生了錯(cuò)誤。

pinMode(LED_PIN, OUTPUT); //Setthe LED pinasoutput

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);：這告訴樹莓派，GPIO引腳25（連接LED燈的引腳）將用于輸出。這很重要，因?yàn)橐_可以設(shè)置為輸入（讀取數(shù)據(jù)）或輸出（發(fā)送數(shù)據(jù)）。

cout <

cout：這將在終端打印一條信息，告訴你程序正在運(yùn)行，并且正在GPIO引腳25上使LED燈閃爍。這就像是對(duì)用戶的一個(gè)快速狀態(tài)更新。

while(true){ digitalWrite(LED_PIN,HIGH); sleep_for(milliseconds(500)); digitalWrite(LED_PIN,LOW); //Correctedfrom'Low'to'LOW' sleep_for(milliseconds(500));}

while (true)：這開始一個(gè)無(wú)限循環(huán)。循環(huán)內(nèi)的代碼將一直運(yùn)行，直到你手動(dòng)停止程序。這用于使LED燈持續(xù)閃爍。

digitalWrite(LED_PIN, HIGH);：這通過(guò)向GPIO引腳25發(fā)送高電平信號(hào)來(lái)打開LED燈。HIGH是一個(gè)常量，表示“開”。

sleep_for(milliseconds(500));：這暫停程序執(zhí)行500毫秒（0.5秒），因此LED燈將保持亮起半秒鐘。

digitalWrite(LED_PIN, LOW);：這通過(guò)向GPIO引腳25發(fā)送低電平信號(hào)來(lái)關(guān)閉LED燈。LOW表示“關(guān)”。

sleep_for(milliseconds(500));：這再次暫停程序執(zhí)行500毫秒，因此LED燈將保持熄滅半秒鐘。

這個(gè)循環(huán)使LED燈每半秒閃爍一次。

return0;

這行代碼標(biāo)志著程序的結(jié)束，并返回0表示一切運(yùn)行正常。然而，由于我們有一個(gè)無(wú)限的while (true)循環(huán)，除非你手動(dòng)通過(guò)鍵盤按下Ctrl + C停止程序，否則這行代碼永遠(yuǎn)不會(huì)被執(zhí)行。

最終的代碼看起來(lái)與下圖類似。

完成后，使用Ctrl + S保存代碼并退出（Ctrl + X）。

編譯并運(yùn)行代碼

要編譯這個(gè)程序，請(qǐng)執(zhí)行以下命令：

g++ -std=c++17-o blink_led blink_led.cpp -lwiringPi

g++：這是GNU C++編譯器。

-std=c++17：指定代碼應(yīng)使用C++17標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編譯。

-o blink_led：這告訴編譯器創(chuàng)建一個(gè)名為blink_led的輸出文件（可執(zhí)行文件）。

blink_led.cpp：這是我們編寫代碼的源文件。

-lwiringPi：鏈接WiringPi庫(kù)，這是控制樹莓派GPIO引腳所必需的。

成功執(zhí)行后，你可以使用以下命令運(yùn)行程序：

./blink_led

下面的視頻展示了我這邊的輸出結(jié)果。一切都很順利，我的LED燈按預(yù)期閃爍。

排查錯(cuò)誤

代碼中的大多數(shù)錯(cuò)誤將在編譯過(guò)程中被捕獲并顯示在屏幕上。然而，還有其他一些問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致程序無(wú)法運(yùn)行或LED燈無(wú)法閃爍。

如果你嘗試運(yùn)行程序時(shí)遇到類似以下錯(cuò)誤：

wiringPiSetup:commandnot found

這意味著WiringPi沒(méi)有正確安裝。你可以按照上面“安裝并設(shè)置WiringPi”部分中的說(shuō)明重新安裝它。

另一種排查問(wèn)題的先進(jìn)方法是使用gpio readall命令：

gpioreadall

它顯示一個(gè)表格，展示所有GPIO引腳的當(dāng)前引腳狀態(tài)、模式和編號(hào)。你可以使用這些信息來(lái)解決LED燈不閃爍的多個(gè)問(wèn)題。

檢查引腳編號(hào)：由于不同的庫(kù)（BCM、WiringPi和物理編號(hào)）使用不同的編號(hào)方式，gpio readall幫助你確認(rèn)程序應(yīng)該使用哪種編號(hào)方式。

驗(yàn)證引腳模式：你可以檢查引腳是設(shè)置為輸入、輸出還是ALT模式。

檢查引腳狀態(tài)：該命令顯示引腳當(dāng)前是高電平（1）還是低電平（0）。因此，如果你的LED燈應(yīng)該亮起但引腳仍然是低電平（0），那么你可能存在接線或軟件問(wèn)題。

檢測(cè)沖突：你還可以使用這些信息來(lái)檢查引腳是否被另一個(gè)進(jìn)程或庫(kù)使用。

就這樣！你現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)了解了如何在樹莓派上使用C++控制GPIO引腳。在本教程中，我只使用了WiringPi庫(kù)使LED燈閃爍的一個(gè)小例子。你可以通過(guò)使用更多組件和參與更復(fù)雜的項(xiàng)目來(lái)進(jìn)一步探索。

FAQ

能否不使用任何庫(kù)來(lái)編程GPIO？

是的，但難度要大得多。你將需要直接與內(nèi)存寄存器或系統(tǒng)文件（如/sys/class/gpio/）進(jìn)行交互。像WiringPi和PiGPIO這樣的庫(kù)使這一過(guò)程變得簡(jiǎn)單得多。

在C++中控制GPIO是否需要root權(quán)限？

這取決于你使用的庫(kù)。WiringPi需要root權(quán)限（sudo）來(lái)訪問(wèn)GPIO引腳，因?yàn)樗苯优c硬件交互。PiGPIO作為后臺(tái)服務(wù)（守護(hù)進(jìn)程）運(yùn)行，因此并不總是需要sudo，但這取決于守護(hù)進(jìn)程的設(shè)置方式。

原文地址：

https://raspberrytips.com/control-gpio-with-c-on-raspberry-pi/