[[253418]]

如果你喜歡 Fedora、容器，而且有一塊樹莓派，那么這三者結(jié)合操控 LED 會怎么樣？本文介紹的是 Fedora IoT，將展示如何在樹莓派上安裝預(yù)覽鏡像。還將學(xué)習(xí)如何與 GPIO 交互以點亮 LED。

什么是 Fedora IoT?

Fedora IoT 是當(dāng)前 Fedora 項目的目標(biāo)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）設(shè)備上（例如樹莓派），以及 x86_64 架構(gòu)上運行的系統(tǒng)。

[[253419]]

Fedora IoT 基于 OSTree 開發(fā)，就像 Fedora Silverblue 和以往的 Atomic Host。

下載和安裝 Fedora IoT

官方 Fedora IoT 鏡像將和 Fedora 29 一起發(fā)布。但是在此期間你可以下載 基于 Fedora 28 的鏡像 來進(jìn)行這個實驗。（LCTT 譯注：截止至本譯文發(fā)布，Fedora 29 已經(jīng)發(fā)布了，但是 IoT 版本并未隨同發(fā)布，或許會在 Fedora 30 一同發(fā)布？）

你有兩種方法來安裝這個系統(tǒng)：要么使用 dd 命令燒錄 SD 卡，或者使用 fedora-arm-installer 工具。Fedora 的 Wiki 里面提供了為 IoT 設(shè)置物理設(shè)備 的更多信息。另外，你可能需要調(diào)整第三個分區(qū)的大小。

把 SD 卡插入到設(shè)備后，你需要創(chuàng)建一個用戶來完成安裝。這個步驟需要串行連接或一個 HDMI 顯示器和鍵盤來與設(shè)備進(jìn)行交互。

當(dāng)系統(tǒng)安裝完成后，下一步就是要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接。使用你剛才創(chuàng)建的用戶登錄系統(tǒng)，可以使用下列方式之一完成網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置：

• 如果你需要手動配置你的網(wǎng)絡(luò)，可能需要執(zhí)行類似如下命令，需要保證設(shè)置正確的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)上運行著 DHCP 服務(wù)，可能需要類似如下命令：

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

Fedora 中的 GPIO 接口

許多關(guān)于 Linux 上 GPIO 的教程都關(guān)注傳統(tǒng)的 GPIO sysfis 接口。這個接口已經(jīng)不推薦使用了，并且上游 Linux 內(nèi)核社區(qū)由于安全和其他問題的緣故打算完全刪除它。

Fedora 已經(jīng)不將這個傳統(tǒng)的接口編譯到內(nèi)核了，因此在系統(tǒng)上沒有 /sys/class/gpio 這個文件。此教程使用一個上游內(nèi)核提供的一個新的字符設(shè)備 /dev/gpiochipN 。這是目前和 GPIO 交互的方式。

為了和這個新設(shè)備進(jìn)行交互，你需要使用一個庫和一系列命令行界面的工具。常用的命令行工具比如說 echo 和 cat 在此設(shè)備上無法正常工作。

你可以通過安裝 libgpiod-utils 包來安裝命令行界面工具。python3-libgpiod 包提供了相應(yīng)的 Python 庫。

使用 Podman 來創(chuàng)建一個容器

Podman 是一個容器運行環(huán)境，其命令行界面類似于 Docker。Podman 的一大優(yōu)勢是它不會在后臺運行任何守護(hù)進(jìn)程。這對于資源有限的設(shè)備尤其有用。Podman 還允許您使用 systemd 單元文件啟動容器化服務(wù)。此外，它還有許多其他功能。

我們使用如下兩步來創(chuàng)建一個容器：

1. 創(chuàng)建包含所需包的分層鏡像。
2. 使用分層鏡像創(chuàng)建一個新容器。

首先創(chuàng)建一個 Dockerfile 文件，內(nèi)容如下。這些內(nèi)容告訴 Podman 基于可使用的*** Fedora 鏡像來構(gòu)建我們的分層鏡像。然后就是更新系統(tǒng)和安裝一些軟件包：

FROM fedora:latest
RUN  dnf -y update
RUN  dnf -y install libgpiod-utils python3-libgpiod

這樣你就完成了鏡像的生成前的配置工作，這個鏡像基于***的 Fedora，而且包含了和 GPIO 交互的軟件包。

現(xiàn)在你就可以運行如下命令來構(gòu)建你的基本鏡像了：

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

你已經(jīng)成功創(chuàng)建了你的自定義鏡像。這樣以后你就可以不用每次都重新搭建環(huán)境了，而是基于你創(chuàng)建的鏡像來完成工作。

使用 Podman 完成工作

為了確認(rèn)當(dāng)前的鏡像是否就緒，可以運行如下命令：

$ sudo podman images
REPOSITORY                 TAG        IMAGE ID       CREATED          SIZE
localhost/fedora           gpiobase   67a2b2b93b4b   10 minutes ago  488MB
docker.io/library/fedora   latest     c18042d7fac6   2 days ago     300MB

現(xiàn)在，啟動容器并進(jìn)行一些實際的實驗。容器通常是隔離的，無法訪問主機(jī)系統(tǒng)，包括 GPIO 接口。因此需要在啟動容器時將其掛載在容器內(nèi)?？梢允褂靡韵旅钪械?-device 選項來解決：

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

運行之后就進(jìn)入了正在運行的容器中。在繼續(xù)之前，這里有一些容器命令。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運行如下命令，這包括當(dāng)前沒有運行的，比如你剛剛創(chuàng)建的那個：

$ sudo podman container ls -a
CONTAINER ID   IMAGE             COMMAND     CREATED          STATUS                              PORTS   NAMES
64e661d5d4e8   localhost/fedora:gpiobase   /bin/bash 37 seconds ago Exited (0) Less than a second ago           gpioexperiment

使用如下命令創(chuàng)建一個新的容器：

$ 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(xiàn)在可以使用已創(chuàng)建的容器。如果已經(jīng)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 包提供的命令行工具。要列出可用的 GPIO 芯片可以使用如下命令：

$ gpiodetect
gpiochip0 [pinctrl-bcm2835] (54 lines)

要獲取特定芯片的連線列表，請運行：

$ gpioinfo gpiochip0

請注意，物理引腳數(shù)與前一個命令所打印的連線數(shù)之間沒有相關(guān)性。重要的是 BCM 編號，如 pinout.xyz 所示。建議不要使用沒有相應(yīng) BCM 編號的連線。

現(xiàn)在，將 LED 連接到物理引腳 40，也就是 BCM 21。請記?。篖ED 的短腿（負(fù)極，稱為陰極）必須連接到帶有 330 歐姆電阻的樹莓派的 GND 引腳， 并且長腿（陽極）到物理引腳 40。

運行以下命令點亮 LED，按下 Ctrl + C 關(guān)閉：

$ gpioset --mode=wait gpiochip0 21=1

要點亮一段時間，請?zhí)砑?-b（在后臺運行）和 -s NUM（多少秒）參數(shù)，如下所示。 例如，要點亮 LED 5 秒鐘，運行如下命令：

$ 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(tài)（高或低），可用于檢測按鈕和開關(guān)。

[[253420]]

總結(jié)

你也可以使用 Python 操控 LED —— 這里有一些例子。 也可以在容器內(nèi)使用 i2c 設(shè)備。 此外，Podman 與此 Fedora 版本并不嚴(yán)格相關(guān)。你可以在任何現(xiàn)有的 Fedora 版本上安裝它，或者在 Fedora 中使用兩個基于 OSTree 的新系統(tǒng)進(jìn)行嘗試：Fedora Silverblue 和 Fedora CoreOS。