GPIO基础

概述

GPIO（通用输入输出）是嵌入式开发最基础的外设。本章以 01 - LED闪烁 例程为例，展示如何使用 LuatOS 控制板载 LED，同时学习 LuatOS 的核心编程模式：协程任务 和 面向对象模块封装。

技术栈

• 运行环境：LuatOS（合宙 Air8000W 模组）
• 核心 API：gpio.setup() / gpio.set() / sys.taskInit() / sys.wait()
• LED 引脚：GPIO153（黄色/通信灯）、GPIO147（绿色/用户灯）

程序流程

main.lua
  │
  ├─ 1. require("Led")  → 加载 LED 驱动模块
  │
  ├─ 2. wdt.init(9000)  → 初始化看门狗（9秒超时，3秒喂狗）
  │
  ├─ 3. Led:new() ×2    → 创建通信灯 + 用户灯实例
  ├─ 4. Led:init(pin,0)  → 初始化 GPIO 为输出
  │
  ├─ 5. sys.taskInit()   → 启动协程1：通信灯慢闪（亮500ms / 灭1500ms）
  ├─ 6. sys.taskInit()   → 启动协程2：用户灯快闪（亮200ms / 灭200ms）
  │
  └─ 7. sys.run()        → 启动系统调度，协程开始并发执行

项目结构

01 - LED闪烁/
├── main.lua        # 主程序入口
└── Led.lua         # LED 驱动模块

---

核心代码详解

1. LuatOS 协程任务

LuatOS 使用协程实现并发，每个 sys.taskInit() 启动一个独立任务，通过 sys.wait() 让出 CPU 实现非阻塞延时：

-- 协程任务：LED 慢闪循环
sys.taskInit(function()
    comm_led:set_status(2)       -- 设置状态为慢闪
    while true do
        comm_led:control()       -- 执行一次闪烁周期（亮500ms → 灭1500ms）
    end
end)

sys.run()  -- 启动系统调度器，所有协程开始执行

2. GPIO 控制 API

LuatOS 提供简洁的 GPIO 操作接口：

-- 初始化 GPIO 为输出，初始值为低电平
gpio.setup(pin, 0)

-- 设置 GPIO 高/低电平
gpio.set(pin, 1)   -- 高电平（LED 亮）
gpio.set(pin, 0)   -- 低电平（LED 灭）

3. LED 模块封装（面向对象）

Led.lua 通过 Lua 的元表机制实现轻量级面向对象，封装了四种 LED 模式：

状态值	模式	时序	典型场景
0	熄灭	-	正常待机
1	常亮	-	配网中 / 连接中
2	慢闪	亮 500ms → 灭 1500ms	网络正常
3	快闪	亮 200ms → 灭 200ms	网络异常 / 告警

-- 创建并初始化 LED
local led = Led:new()
led:init(pin, 0, "名称")          -- init(引脚, 初值, 名称)
led:set_status(2)                   -- 设置为慢闪模式
led:control()                       -- 执行一次闪烁周期（需在循环中调用）

4. 看门狗

if wdt then
    wdt.init(9000)                -- 初始化看门狗，超时 9 秒
    sys.timerLoopStart(wdt.feed, 3000)  -- 每 3 秒喂狗
end

---

全部代码

Led.lua

Led.lua

-- 红灯（GPIOxx）: 电源灯，上电常亮
-- 黄灯（GPIO153）: 通信灯，指示网络通信状态
-- 绿灯（GPIO147）: 用户灯，用户自定义状态

Led = {}

-- 创建LED实例对象
function Led:new()
    -- 对象属性初始化
    local obj = {
        gpio_pin = nil,   -- GPIO引脚编号
        led_status = 0,   -- LED当前状态（0-3）
        led_name = "LED"  -- LED名称标识
    }
    -- 设置元表，实现面向对象继承
    setmetatable(obj, self)
    self.__index = self
    return obj
end

-- 初始化LED引脚
function Led:init(gpio_pin, initial_value, name)
    self.gpio_pin = gpio_pin                    -- 保存GPIO引脚
    self.led_status = initial_value or 0        -- 设置初始状态，默认为0（熄灭）
    self.led_name = name or "LED"               -- 设置LED名称，便于调试和识别
    gpio.setup(self.gpio_pin, self.led_status)  -- 配置GPIO为输出模式
end

-- 设置LED状态   0: 熄灭    1: 常亮    2: 慢闪    3: 快闪
function Led:set_status(status)
    self.led_status = status
end

-- 控制LED执行对应状态动作
function Led:control()
    if self.led_status == 0 then
        -- 状态0：熄灭LED
        gpio.set(self.gpio_pin, 0)
    elseif self.led_status == 1 then
        -- 状态1：LED常亮
        gpio.set(self.gpio_pin, 1)
    elseif self.led_status == 2 then
        -- 状态2：慢闪模式（亮500ms，熄灭1500ms）
        gpio.set(self.gpio_pin, 1)   -- LED点亮
        sys.wait(500)                -- 保持亮500毫秒
        gpio.set(self.gpio_pin, 0)   -- LED熄灭
        sys.wait(1500)               -- 保持熄灭1500毫秒
    elseif self.led_status == 3 then
        -- 状态3：快闪模式（亮200ms，灭200ms）
        gpio.set(self.gpio_pin, 1)   -- LED点亮
        sys.wait(200)                -- 保持亮200毫秒
        gpio.set(self.gpio_pin, 0)   -- LED熄灭
        sys.wait(200)                -- 保持熄灭200毫秒
    end
end

return Led

main.lua

main.lua

PROJECT = "LED"
VERSION = "1.0.0"

Led = require("Led")

if wdt then
    wdt.init(9000)
    sys.timerLoopStart(wdt.feed, 3000)
end

-- LED分配说明
-- 黄色灯（GPIO153）：通信灯 - 用于指示网络通信状态
-- 绿色灯（GPIO147）：用户灯 - 用于指示用户自定义状态

local comm_led = Led:new()
local user_led = Led:new()

comm_led:init(153, 0, "通信灯")
user_led:init(147, 0, "用户灯")

-- 通信灯任务（慢闪：亮500ms，熄灭1500ms）
sys.taskInit(function()
    log.info("LED", "通信灯开始慢闪模式")
    comm_led:set_status(2)
    while true do
        comm_led:control()
    end
end)

-- 用户灯任务（快闪：亮200ms，灭200ms）
sys.taskInit(function()
    log.info("LED", "用户灯开始快闪模式")
    user_led:set_status(3)
    while true do
        user_led:control()
    end
end)

sys.run()