Lazarus on Raspberry Pi/de

From Lazarus wiki
Jump to navigationJump to search

Deutsch (de) English (en) español (es) suomi (fi) 中文(中国大陆)‎ (zh_CN)

Lazarus on Raspbian Wheezy.
Lazarus unter Raspbian Wheezy

Der Raspberry Pi ist ein kreditkartengroßer Einplatinenrechner. Er wurde in Großbritannien von der Raspberry Pi Foundation ursprünglich entwickelt, um den grundlegenden Informatikunterricht in Schulen zu fördern. Raspberry Pis können aber nicht nur für die Ausbildung, sondern für die unterschiedlichsten Zwecke, z. B. als Medienserver, Robotersteuerungen und für die Regelungstechnik eingesetzt werden.

Die Raspberry Pi Foundation empfiehlt als Standard-Betriebssystem Raspbian Wheezy. Alternative Betriebssysteme für den RPI sind z. B. RISC OS und verschiedene Linux-Distributionen, einschließlich Android.

Lazarus läuft nativ unter dem Betriebssystem Raspbian.

Lazarus installieren und/oder compilieren

Einfache Installation unter Raspbian

Lazarus und Free Pascal können unter Raspbian OS schnell und einfach installiert werden. Es ist dafür nur nötig, ein Terminal-Fenster zu öffnen und die folgenden Kommandos einzugeben:

  sudo apt-get update
  sudo apt-get upgrade
  sudo apt-get install fpc
  sudo apt-get install lazarus

Damit wird, natürlich unter der Voraussetzung einer funktionierenden Netzwerkverbindung, eine vorkompilierte Lazarus-Version auf dem Raspberry Pi installiert. Die Installation kann, je nach Version und Netzwerkgeschwindigkeit, etwa 30 Minuten erfordern, sie läuft aber überwiegend automatisch ab. Nach der Installation kann Lazarus direkt über das "Programming"-Untermenü des LXDE Startmenüs gestartet werden.

Übersetzen aus den Quelltexten

Alternativ kann Lazarus auch aus den Subversion-Quelltexten übersetzt werden. Einzelheiten sind unter Michell Computing: Lazarus on the Raspberry Pi beschrieben.

Zugriff auf externe Hardware

Raspberry Pi pinout
Belegung der externen Anschlüsse des Raspberry Pi

Eines der Ziele bei der Entwicklung des Raspberry Pi bestand darin, einfachen und schnellen Zugriff auf esterne Geräte wie Sensoren und Aktuatoren zu ermöglichen. Es gibt drei Möglichkeiten, die E/A-Optionen unter Lazarus und Free Pascal zu nutzen:

  1. Direktzugriff über die BaseUnix-Unit
  2. Zugriff über gekapselte Shell-Aufrufe
  3. Zugriff über die wiringPi library.

1. Nativer Hardware-Zugriff

Einfaches Testprogramm für den Zugriff auf den GPIO-Port des Raspberry Pi
Testschaltung für den GPIO-Zugriff mit dem beschriebenen Programm
Einfache Demo-Umsetzung der Schaltung auf einer Steckplatine

Diese Methode bietet Zugriff auf externe Hardware, ohne zusätzliche Bibliotheken oder Packages zu benötigen. Die einzige Voraussetzung ist die BaseUnix-Bibliothek, die zur RTL gehört und mit Free Pascal automatisch mitinstalliert wird.

Schalten eines Gerätes über den GPIO-Port

Im folgenden Beispiel ist ein einfaches Programm aufgelistet, das den GPIO-Pin 17 als Ausgang zum Schalten einer LED, eines Transistors oder eines Relais benutzt. Es enthält eine ToggleBox mit dem Namen GPIO17ToggleBox und zur Aufzeichnung von Return-Codes ein TMemo-Feld mit der Bezeichnung LogMemo.

Hardwareseitig wurde die Anode einer LED mit Pin 11 des Anschlusses auf dem Pi (entsprechend GPIO-Pin 17 des BCM2835 SOC) und ihre Kathode über einen 68-Ohm-Schutzwiderstand mit Pin 6 des Pi-Anschlusses (GND = Masse) verbunden (s. auch die Beschreibung bei Upton and Halfacree). Damit kann die LED durch die ToggleBox des Programms ein- und ausgeschaltet werden.

Das Programm muss mit Root-Rechten ausgeführt werden, d. h. entweder von einem Root-Account aus (aus Sicherheitsgründen weniger zu empfehlen) oder über das Shell-Kommando su.

Steuerungs-Unit:

unit Unit1;

{Demo application for GPIO on Raspberry Pi}
{Inspired by the Python input/output demo application by Gareth Halfacree}
{written for the Raspberry Pi User Guide, ISBN 978-1-118-46446-5}

{$mode objfpc}{$H+}

interface

uses
  Classes, SysUtils, FileUtil, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, StdCtrls,
  Unix, BaseUnix;

type

  { TForm1 }

  TForm1 = class(TForm)
    LogMemo: TMemo;
    GPIO17ToggleBox: TToggleBox;
    procedure FormActivate(Sender: TObject);
    procedure FormClose(Sender: TObject; var CloseAction: TCloseAction);
    procedure GPIO17ToggleBoxChange(Sender: TObject);
  private
    { private declarations }
  public
    { public declarations }
  end;

const
  PIN_17: PChar = '17';
  PIN_ON: PChar = '1';
  PIN_OFF: PChar = '0';
  OUT_DIRECTION: PChar = 'out';

var
  Form1: TForm1;
  gReturnCode: longint; {stores the result of the IO operation}

implementation

{$R *.lfm}

{ TForm1 }

procedure TForm1.FormActivate(Sender: TObject);
var
  fileDesc: integer;
begin
  { Prepare SoC pin 17 (pin 11 on GPIO port) for access: }
  try
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/export', O_WrOnly);
    gReturnCode := fpwrite(fileDesc, PIN_17[0], 2);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  finally
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
  { Set SoC pin 17 as output: }
  try
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/gpio17/direction', O_WrOnly);
    gReturnCode := fpwrite(fileDesc, OUT_DIRECTION[0], 3);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  finally
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
end;

procedure TForm1.FormClose(Sender: TObject; var CloseAction: TCloseAction);
var
  fileDesc: integer;
begin
  { Free SoC pin 17: }
  try
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/unexport', O_WrOnly);
    gReturnCode := fpwrite(fileDesc, PIN_17[0], 2);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  finally
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
end;

procedure TForm1.GPIO17ToggleBoxChange(Sender: TObject);
var
  fileDesc: integer;
begin
  if GPIO17ToggleBox.Checked then
  begin
    { Swith SoC pin 17 on: }
    try
      fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/gpio17/value', O_WrOnly);
      gReturnCode := fpwrite(fileDesc, PIN_ON[0], 1);
      LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
    finally
      gReturnCode := fpclose(fileDesc);
      LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
    end;
  end
  else
  begin
    { Switch SoC pin 17 off: }
    try
      fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/gpio17/value', O_WrOnly);
      gReturnCode := fpwrite(fileDesc, PIN_OFF[0], 1);
      LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
    finally
      gReturnCode := fpclose(fileDesc);
      LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
    end;
  end;
end;

end.

Hauptprogramm:

program io_test;

{$mode objfpc}{$H+}

uses
  {$IFDEF UNIX}{$IFDEF UseCThreads}
  cthreads,
  {$ENDIF}{$ENDIF}
  Interfaces, // this includes the LCL widgetset
  Forms, Unit1
  { you can add units after this };

{$R *.res}

begin
  Application.Initialize;
  Application.CreateForm(TForm1, Form1);
  Application.Run;
end.

Den Status eines Anschlusses lesen

Demo-Programm, das den Status eines GPIO-Pins ausliest
Testschaltung für das o. a. Programm
Beispiel für diese Testschaltung auf einer Steckplatine

Umgekehrt ist es natürlich auch möglich, den Status z. B. eines Schalters abzufragen, der mit dem GPIO-Port verbunden ist.

Das folgende einfache Beispiel ist dem vorherigen sehr ähnlich. Es benutzt den GPIO-Pin 18 als Eingang für ein binäres Gerät, z. B. einen Schalter, einen Transistor oder ein Relais. Das Programm enthält eine CheckBox mit der Bezeichnung GPIO18CheckBox und zur Aufzeichnung von Return-Codes ein TMemo-Feld mit dem Namen LogMemo.

Im Beispiel wurde ein Pol eines Tasters mit Pin 12 an der Anschlussleiste des Pi (entsprechend GPIO-Pin 18 des BCM2835 SOCs) und über einen 10-kOhm Pull-Up-Widerstand mit Pin 1 (+3.3V, siehe Schaltplan) verbunden. Der andere Pols wurde mit Pin 6 der Anschlussleiste (GND = Masse) verdrahtet. Das Programm liest den Status des Tasters aus und schaltet dementsprechend die CheckBox an oder aus.

Das Potential des Pins 18 ist hoch, wenn der Taster nicht gedrückt wird (wegen der Verbindung mit Pin 1 über den Pull-Up-Widerstand) und niedrig, wenn er gedrückt wird (da in dieser Situation Pin 18 über den Taster mit Masse verbunden wird). Der GPIO-Pin meldet daher 0, wenn der Taster gedrück wird und 1, wenn er losgelassen wird.

Auch dieses Programm ist mit Root-Rechten auszuführen.

Steuerung-Unit:

unit Unit1;

{Demo application for GPIO on Raspberry Pi}
{Inspired by the Python input/output demo application by Gareth Halfacree}
{written for the Raspberry Pi User Guide, ISBN 978-1-118-46446-5}

{This application reads the status of a push-button}

{$mode objfpc}{$H+}

interface

uses
  Classes, SysUtils, FileUtil, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, StdCtrls,
  ButtonPanel, Unix, BaseUnix;

type

  { TForm1 }

  TForm1 = class(TForm)
    ApplicationProperties1: TApplicationProperties;
    GPIO18CheckBox: TCheckBox;
    LogMemo: TMemo;
    procedure ApplicationProperties1Idle(Sender: TObject; var Done: Boolean);
    procedure FormActivate(Sender: TObject);
    procedure FormClose(Sender: TObject; var CloseAction: TCloseAction);
  private
    { private declarations }
  public
    { public declarations }
  end;

const
  PIN_18: PChar = '18';
  IN_DIRECTION: PChar = 'in';

var
  Form1: TForm1;
  gReturnCode: longint; {stores the result of the IO operation}

implementation

{$R *.lfm}

{ TForm1 }

procedure TForm1.FormActivate(Sender: TObject);
var
  fileDesc: integer;
begin
  { Prepare SoC pin 18 (pin 12 on GPIO port) for access: }
  try
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/export', O_WrOnly);
    gReturnCode := fpwrite(fileDesc, PIN_18[0], 2);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  finally
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
  { Set SoC pin 18 as input: }
  try
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/gpio18/direction', O_WrOnly);
    gReturnCode := fpwrite(fileDesc, IN_DIRECTION[0], 2);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  finally
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
end;

procedure TForm1.ApplicationProperties1Idle(Sender: TObject; var Done: Boolean);
var
  fileDesc: integer;
  buttonStatus: string[1] = '1';
begin
  try
    { Open SoC pin 18 (pin 12 on GPIO port) in read-only mode: }
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/gpio18/value', O_RdOnly);
    if fileDesc > 0 then
    begin
      { Read status of this pin (0: button pressed, 1: button released): }
      gReturnCode := fpread(fileDesc, buttonStatus[1], 1);
      LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode) + ': ' + buttonStatus);
      LogMemo.SelStart := Length(LogMemo.Lines.Text) - 1;
      if buttonStatus = '0' then
        GPIO18CheckBox.Checked := true
      else
        GPIO18CheckBox.Checked := false;
    end;
  finally
    { Close SoC pin 18 (pin 12 on GPIO port) }
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
    LogMemo.SelStart := Length(LogMemo.Lines.Text) - 1;
  end;
end;

procedure TForm1.FormClose(Sender: TObject; var CloseAction: TCloseAction);
var
  fileDesc: integer;
begin
  { Free SoC pin 18: }
  try
    fileDesc := fpopen('/sys/class/gpio/unexport', O_WrOnly);
    gReturnCode := fpwrite(fileDesc, PIN_18[0], 2);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  finally
    gReturnCode := fpclose(fileDesc);
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
end;

end.

Das Hauptprogramm ist identisch zu dem des obigen Beispiels.

2. Hardware-Zugriff über gekapselte Shell-Aufrufe

Eine andere Möglichkeit, auf Hardware zuzugreifen, besteht in der Nutzung gekapselter Shell-Aufrufe. Dies geschieht mit Hilfe der fpsystem-Funktion. Auf diese Weise ist es möglich, auf Funktionen zuzugreifen, die von der BaseUnix-Unit nicht unterstützt werden. Der folgende Code hat die selbe Funktionalität wie das Programms des ersten Listings oben.

Steuerungs-Unit:

unit Unit1;

{Demo application for GPIO on Raspberry Pi}
{Inspired by the Python input/output demo application by Gareth Halfacree}
{written for the Raspberry Pi User Guide, ISBN 978-1-118-46446-5}

{$mode objfpc}{$H+}

interface

uses
  Classes, SysUtils, FileUtil, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, StdCtrls, Unix;

type

  { TForm1 }

  TForm1 = class(TForm)
    LogMemo: TMemo;
    GPIO17ToggleBox: TToggleBox;
    procedure FormActivate(Sender: TObject);
    procedure FormClose(Sender: TObject; var CloseAction: TCloseAction);
    procedure GPIO17ToggleBoxChange(Sender: TObject);
  private
    { private declarations }
  public
    { public declarations }
  end;

var
  Form1: TForm1;
  gReturnCode: longint; {stores the result of the IO operation}

implementation

{$R *.lfm}

{ TForm1 }

procedure TForm1.FormActivate(Sender: TObject);
begin
  { Prepare SoC pin 17 (pin 11 on GPIO port) for access: }
  gReturnCode := fpsystem('echo "17" > /sys/class/gpio/export');
  LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  { Set SoC pin 17 as output: }
  gReturnCode := fpsystem('echo "out" > /sys/class/gpio/gpio17/direction');
  LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
end;

procedure TForm1.FormClose(Sender: TObject; var CloseAction: TCloseAction);
begin
  { Free SoC pin 17: }
  gReturnCode := fpsystem('echo "17" > /sys/class/gpio/unexport');
  LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
end;

procedure TForm1.GPIO17ToggleBoxChange(Sender: TObject);
begin
  if GPIO17ToggleBox.Checked then
  begin
    { Swith SoC pin 17 on: }
    gReturnCode := fpsystem('echo "1" > /sys/class/gpio/gpio17/value');
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end
  else
  begin
    { Switch SoC pin 17 off: }
    gReturnCode := fpsystem('echo "0" > /sys/class/gpio/gpio17/value');
    LogMemo.Lines.Add(IntToStr(gReturnCode));
  end;
end;

end.

Das Hauptprogramm ist identisch zu dem der obigen Beispiele. Es erfordert wieder Root-Rechte.

3. wiringPi-Prozeduren und Funktionen

Mit Hilfe von Alex Schallers Wrapper-Unit für Gordon Hendersons Arduino-kompatible wiringPi-Bibliothek kann ein Nummerierungs-Schema verwendet werden, das dem der Arduino-Boards entspricht.

Function wiringPiSetup:longint: Initializes wiringPi system using the wiringPi pin numbering scheme.

Procedure wiringPiGpioMode(mode:longint): Initializes wiringPi system with the Broadcom GPIO pin numbering shceme.

Procedure pullUpDnControl(pin:longint; pud:longint): controls the internal pull-up/down resistors on a GPIO pin.

Procedure pinMode(pin:longint; mode:longint): sets the mode of a pin to either INPUT, OUTPUT, or PWM_OUTPUT.

Procedure digitalWrite(pin:longint; value:longint): sets an output bit.

Procedure pwmWrite(pin:longint; value:longint): sets an output PWM value between 0 and 1024.

Function digitalRead(pin:longint):longint: reads the value of a given Pin, returning 1 or 0.

Procedure delay(howLong:dword): waits for at least howLong milliseconds

Procedure delayMicroseconds(howLong:dword): waits for at least howLong microseconds

Function millis:dword: returns the number of milliseconds since the program called one of the wiringPiSetup functions

Literatur

  • Eben Upton and Gareth Halfacree. Raspberry Pi User Guide. John Wiley and Sons, Chichester 2012, ISBN 111846446X

Externe Links