内容介绍

一、开发板介绍：

BeagleBone Black 是一款面向开发人员和业余爱好者的低成本、高扩展、社区支持的开发平台，板卡处理器选用的是 TI 公司 AM3358 芯片，处理器集成了高达 1GHz 的 ARM Cortex™ A8 内核，具有强大的处理能力并提供了丰富的外设接口。BeagleBone® Black面向开源社区用户、开源硬件爱好者和任何对Arm Cortex-A8低成本处理器感兴趣的人而设计，配备精简，旨在为不需要搭建完整开发平台并想体验Arm处理器功能的用户提供入门的捷径。它配备了最低限度的外设，使用户能够体验处理器的强大功能，还提供了许多接口，用户还可以开发自己的电路板或添加自己的电路。

二、设计思路：在系统中建立了一个网页，实时显示板载LED状态与操作按键。板卡通过网线与PC通信与供电，可从网页中控制LED的开关与闪烁。

三、外部硬件介绍：

直流电源是接受 5V 电源的主要直流输入。
Power Button 提醒处理器启动 Power Down 序列，并用于关闭电路板的电源。
10/100 以太网是到 LAN 的连接。
Serial Debug 是串行调试端口。
USB 客户端是与 PC 的 miniUSB 连接，也可以为板供电。
如果板上的电源循环，可以使用BOOT开关从microSD卡强制启动，断开电源并重新为板子供电。
用户可以使用四个蓝色 LED。
Reset Button 允许用户重置处理器。
microSD 插槽是可以安装 microSD 卡的地方。
microHDMI 连接器是显示器连接的地方。
USB Host 可以连接不同的 USB 接口，如 Wi-Fi、BT、键盘等

硬件设计的程序框图：

四、代码区域：

下面几行代是一个使用Python的Flask框架和gpiod库来控制GPIO（通用输入/输出）引脚的示例。代码的目的是通过GPIO引脚控制一个LED灯的开关状态。

from flask import Flask, render_template
import gpiod
import time


app = Flask(__name__)


LED_CHIP = "gpiochip1"
LED_LINE_OFFSET = [24]  # USR0 run: gpioinfo | grep -i -e chip -e usr


chip = gpiod.Chip(LED_CHIP)
lines = chip.get_lines(LED_LINE_OFFSET)
lines.request(consumer="main.py", type=gpiod.LINE_REQ_DIR_OUT)


state = 0  # Start with LED off
lines.set_values([0])

下面是对上面代码的详细解释：

from flask import Flask, render_template
import gpiod
import time

这行代码从`flask`模块导入了`Flask`类和`render_template`函数。Flask是一个用于创建Web应用的微框架，`render_template`函数用于渲染HTML模板。并且导入了`gpiod`模块，它是一个用于访问Linux GPIO接口的Python库，同时导入了`time`模块，该模块提供了与时间相关的函数。

app = Flask(__name__)

接着创建了一个FLask的应用实例

LED_CHIP = "gpiochip1"
LED_LINE_OFFSET = [24]  # USR0 run: gpioinfo | grep -i -e chip -e usr

这里定义了两个变量，`LED_CHIP`是一个字符串，表示要使用的GPIO芯片的名称。`LED_LINE_OFFSET`是一个列表，包含了一个整数24，这通常表示芯片上特定的引脚编号。注释中提到的命令gpioinfo | grep -i -e chip -e usr是用来在系统上查找GPIO芯片和特定的用户LED引脚的。

lines.request(consumer="main.py", type=gpiod.LINE_REQ_DIR_OUT)

这行代码对获取的引脚请求GPIO输出权限。`consumer`参数是一个字符串，用于标识使用这些引脚的应用或脚本（在这里是"main.py"），`type`参数设置为`gpiod.LINE_REQ_DIR_OUT`，表示请求将这些引脚作为使用。

lines.set_values([0])

最后，这行代码设置了引脚的值。set_values方法接受一个列表，列表中的每个值对应一个引脚的状态。在这里，我们只设置了一个引脚，其值为0，这意味着该引脚会被设置为低电平，LED灯会保持关闭状态。

def blink_led():
    """
    这个函数将使LED灯闪烁5次。
    """
    i = 5
    """
    初始化一个变量i，其值设置为5。这个变量用作计数器，表示LED灯将闪烁的次数。
    """
    while i:
        """
        开始一个while循环，它将重复执行直到i的值变为0。
        """
        state = lines.get_values()[0]
        """
        调用lines对象的get_values()方法，获取当前所有引脚的状态。由于lines只包含一个引脚，
        所以我们通过索引[0]获取第一个引脚的状态，并将其存储在变量state中。
        """
        lines.set_values([1 - state])
        """
        调用lines对象的set_values()方法，将当前引脚状态取反（如果之前是0，就设置为1；
        如果之前是1，就设置为0）。这样LED灯的状态就会切换。
        """
        time.sleep(0.5)
        """
        调用time模块的sleep()函数，使程序暂停0.5秒。这是为了让LED灯保持当前状态一段时间，
        从而能够看到LED灯的闪烁效果。
        """
        i -= 1
        """
        将计数器i减1。这行代码执行完毕后，while循环的条件将再次检查i的值，直到i减到0，
        循环才会结束。
        """

函数blink_led()的工作流程如下：

初始化一个计数器i为5

开始一个循环，循环条件是i不等于0。

在循环内部，首先获取LED的当前状态并存储在变量state中。

将LED的状态取反，即如果之前是关闭的，现在就打开；如果之前是打开的，现在就关闭。

等待0.5秒，以便LED状态的改变可以被观察到。

计数器i减1。

重复步骤3到6，直到i变为0。

@app.route("/")
def index():
    """
    定义一个视图函数index()，它将被映射到网站的根URL上。
    """
    # Read Sensors Status
    state = lines.get_values()[0]
    """
    获取当前GPIO引脚的状态。这里假设`lines`是一个已经配置好的gpiod.Line对象，
    调用`get_values()`方法返回一个包含所有引脚状态的列表，并取列表的第一个元素（索引为0），
    这表示第一个引脚的状态，通常也就是连接LED的引脚状态。
    """
    templateData = {
        "title": "LED Status",
        "led": state,
    }
    """
    创建一个字典templateData，它将用于存储传递给HTML模板的数据。
    在这里，添加了两个键值对，"title"和"led"。"title"的值设置为"LED Status"，而"led"的值设置为LED的当前状态。
    """
    return render_template("index.html", **templateData)
    """
    最后，使用Flask的`render_template`函数来渲染一个名为"index.html"的HTML模板，
    并将templateData字典中的数据作为关键字参数传递给模板。
    """

这个index函数的作用如下：

当用户访问网站的根路由（即“/”）时，Flask会调用index函数。

函数首先读取LED的状态（这里假定LED连接到了GPIO引脚上）。

函数创建一个字典templateData，包含将要在网页上显示的数据。这些数据包括页面的标题（LED的状态）和LED当前的布尔状态。

函数使用render_template方法来渲染index.html模板，并传入templateData字典中的数据。在HTML模板中，可以使用这些变量来显示LED的状态。

@app.route("/<action>")
def action(action):
    """
    定义一个视图函数action()，它接受一个动态部分<action>作为URL的一部分。
    这个<action>部分可以由用户通过URL指定，比如 "/on", "/off", "/blink"。
    """
    if action "on":
        lines.set_values([1])
        """
        如果action的值是'on'，则将LED引脚的状态设置为高电平(1)，打开LED。
        """
    if action == "off":
        lines.set_values([0])
        """
        如果action的值是'off'，则将LED引脚的状态设置为低电平(0)，关闭LED。
        """
    if action == "blink":
        blink_led()
        """
        如果action的值是'blink'，则调用blink_led()函数，使LED闪烁。
        需要注意的是，blink_led函数应该已经在代码中定义。
        """
    if action == "breath":  # 新增 breathe 路由
        breath_led()
        """
        如果action的值是'breath'，则调用breath_led()函数，假设这个函数会使LED像呼吸一样渐亮渐暗。
        breath_led函数也应该已经在代码中定义。
        """

    state = lines.get_values()[0]
    """
    获取当前LED的状态，无论之前的操作是什么。
    """
    templateData = {
        "led": state,
    }
    """
    创建一个字典templateData，包含LED的当前状态，这个数据将被传递给HTML模板。
    """
    return render_template("index.html", **templateData)
    """
    使用render_template()函数渲染"index.html"模板，并将templateData字典作为参数传递给模板。
    """

这个action函数流程如下：

用户通过访问形如/on、/off、/blink或/breath的URL来触发函数。

action函数接收URL中的action参数，并根据该参数的值来决定对LED执行哪种操作。

根据操作类型，函数通过调用lines.set_values()方法或者blink_led()和breath_led()函数来控制的状态。

执行完指定的操作后，函数读取LED的当前状态并存储在state变量中。

然后，函数准备了一个templateData字典，其中包含了要传递给模板的LED状态数据。

最后，函数通过调用render_template()方法来渲染index.html模板，并传入templateData字典。

五、设计思路：

我们可以参考下面这个博客的链接：BeagleBone Black使用（二）：连接狗板与系统更新_狗板如何远程链接-CSDN博客（在这个过程中所遇到的问题：ssh时一直连接不上，解决办法就是重新安装环境）

然后当连接上以后就要先将系统控制LED的代码进行禁止了，我们好自己去调用LED，然后拉高LED，和拉低LED，然后使用FLASK和板卡进行互通，就能使用网页去控制LED了。

六、功能展示：

打开网路端口就会跳转到如下页面：

这四个按键分别可以控制LED的四种不同的状态

USR0 LED 位于靠近板卡边缘的那一个

七、心得体会：

本次项目基于 BeagleBoard Black、gpiod 与 Flask 实现了在系统中建立网页界面，与用户进行交互与数据显示，学习了 Linux 开发板上控制 GPIO 的库 gpiod 的使用方法，实现了从网页中控制板载 LED 的开关与闪烁。