第1章 项目描述
1.1 项目介绍
本项目完成电子森林网站“Funpack3-5”活动板卡1 BeagleBone® Black的任务二。在系统中建立一个网页，并且与LED联动，使用网线连接到设备上时，可以从网页中控制LED的开关与闪烁。本项目在网页中实现了PRU点灯的效果。
1.2 设计思路
首先借助于官方文档与例程，以及官方在gitlab的代码仓库，C语言实现PRU编译后点灯。然后借助于python 的paramiko 库实现上位机网络登陆 linux 开发板，然后使用 gradio 库，构建一个网页前端，包含一个点灯按钮及其他功能，实现对开发板的控制，最后退出开发板，关灯。另外，基于gradio自带的内网穿透功能，暴露这一网页到公网，实现了全球任意位置对该板卡的硬件进行控制。
1.3 硬件介绍
BeagleBone® Black 是一款面向开发人员和业余爱好者的低成本、高扩展、并有社区支持的开发平台。处理器选用了TI AM3358芯片，基于ARM Cortex-A8架构处理器。还配备了丰富的扩展资源，包括HDMI接口、以太网、SD 卡槽、并预留了足够多的管脚用于AD转换、LCD显示屏、PWM输出、I2C、串口等等。板卡可运行完整的 Linux 系统，且支持多种编程语言。
采用内存512 MB DDR 3 L，CPU为Sitara AM3358BZCZ100, 1GHZ。有一个USB接口，一个micro HDMI 接口可以连接显示器，该系统也可以使用2.4 GHz 无线接收器实现键鼠操控。
存储：内置4GB的eMMC闪存，用于存储操作系统和用户数据。
I/O接口：
2x 46-pin双排扩展头，提供GPIO、I2C、SPI、UART等多种接口。
1x 2x20-pin P8/P9扩展头，提供额外的GPIO和PWM接口。
1x microSD卡槽，用于扩展存储。
视频输出：支持HDMI输出，分辨率可达1080p。
电源：通过micro USB接口供电，支持5V DC。
尺寸：尺寸为82mm x 50mm，便于嵌入式项目集成。
其他特性：
支持Linux操作系统，如Debian和Ubuntu。
支持多种编程语言和开发工具，如Python、Java、C/C++等。
支持多种通信协议，如I2C、SPI、UART、CAN等。
该板卡出厂系统内置了cloud9 ，这是亚马逊开源的网页。
该板卡作为近十年来的国际热门 linux 开发板，拥有非常强大的官方文档支持与社区资源：
代码仓库：https://git.beagleboard.org/docs/docs.beagleboard.io/-/tree/main
文档：
https://docs.beagleboard.io/latest/boards/beaglebone/black/index.html#beagleboneblack-home
https://docs.beagleboard.org/beaglebone-black.pdf
支持外设：https://elinux.org/Beagleboard:BeagleBone_Black_Accessories
官方镜像更新：https://beagleboard.org/latest-images
综上，BeagleBone Black是一款功能强大、性价比高的单板计算机，适合用于各种嵌入式系统和物联网项目。它的硬件配置和丰富的接口使其成为教育、研究和工业应用的理想选择。
1.3.1 PRU基础概念
PRU 是 AM335x SoC 上的双核微控制器系统。它旨在用于高速无抖动 IO 控制。PRU 独立于 linux 调度程序，可以直接访问 BeagleBone Black 的 IO 引脚，是 IO 密集型任务的理想选择。
为 PRU 编写固件，编写加载程序。
在 PRU C 之上实现一种语言来实现。它将直接编译为 PRU C。这也可以通过在 PRU 上实现字节码引擎来解决，但这将导致 PRU 上本已有限的资源的浪费。使用这种方法，两个 PRU 内核可以彼此独立运行。
simpPRU 是一种过程编程语言
simpPRU 代码的扩展名为 `.sim`。
simpPRU 提供了一个控制台应用程序来使用 Remoteproc 功能。
1.3.2 连接
注意，上电开机，关机需要按一下S3电源键。
通过 USB 连接和 Web 访问，插上官方 USB（板卡附赠，可以同时供电与交换网络数据），接入PC端，打开本地服务器。在 BeagleBone 的板载存储中其实已经存放了文档和驱动，它们可以帮助你更容易地连接 BeagleBone。注意修改以太网硬件的IP 地址（固定IP）， `192.168.7.1`。
大约 20 秒后，一个可移动存储设备会出现在你的磁盘列表中，双击其中的 START.htm 。
输入http://192.168.7.2/ide.html 即可联网。
其他连接方式：VSCode远程连接ssh；mobaxterm连接。
使用mobaxterm软件输入 `192.168.7.2` 和 `debian`，输入密码
1.3.3 点灯所关联的硬件与命令行
BeagleBone black wireles 上有4个可以闪的用户灯，名字为 USR 0-3。
cd /sys/devices/platform/leds/leds/
# 可以看到三个灯
ls
cd beaglebone\:green\:usr1
# 可以看到设备
ls
brightness device max_brightness power subsystem trigger uevent
trigger：工作模式。有很多模式可以选。因为我们要手动使用，需要将其配置为 none。
max_brightness : 最大亮度，因为我们的灯只有开和关两个状态，所以1为最亮，0为灭。不用配置。
brightness：亮度。输入1为亮，0为灭。
echo none >trigger #配置
cat trigger #打印
echo 1 > brightness # 点亮1
echo 0 > brightness # 关闭0
第2章 软件流程图
第3章 各功能对应的主要代码片段及说明
3.1 上位机部分
创建 SSH 客户端。
ssh = paramiko.SSHClient()
ssh.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())
尝试SSH连接板卡：
def connect_to_board():
try:
ssh.connect(ssh_host, ssh_port, ssh_username, ssh_password)
return "Connected to the development board."
except Exception as e:
return f"Failed to connect: {e}"
驱动点灯程序：
执行 hello.pru0 ，只需要：
cd /opt/source/pru-cookbook-code/02start && make TARGET=hello.pru0
3.2 板卡PRU编译
在 https://github.com/VedantParanjape/simpPRU.git 下载代码库。拉入单片机即可。
如果常规PRU点灯启停：
cd /opt/source/pru-cookbook-code/06io
source setup.sh
make
bone$ make stop
- Stopping PRU 0
stop
bone$ make start
- Starting PRU 0
start
另外PRU还可以参考：
https://docs.beagleboard.org/latest/books/pru-cookbook/02start/start.html#blinking-an-led 。
3.3 PRU代码解读
本文使用“hello.pru0.C”。
GPIO控制：
uint32_t *gpio1 = (uint32_t *)GPIO1;
循环控制：
for(i=0; i<10; i++) {
gpio1[GPIO_SETDATAOUT] = USR3; // The the USR3 LED on
__delay_cycles(500000000/5); // Wait 1/2 second
gpio1[GPIO_CLEARDATAOUT] = USR3;
__delay_cycles(500000000/5);
}
第4章 功能展示及说明
程序启动，Gradio 自动创建一个免费内网穿透远程服务器。
然后会自动打开网页，具备部分功能，点击make可以直接让USER3的LED灯实现点灯。
还有output区域显示当前状态。
第5章 对本活动的心得体会
本次活动接触了BeagleBone® Black 板卡，不同于常规的linux板卡，其支持PRU特性让需要工业应用成为可能，另外也是第一次了解到这个系列板卡以及非常丰富的社区支持，非常适合自学的开发板。
本次活动也设计了一版上位机SSH通讯的代码，并且完成了板卡控制任务，积累了一定的经验。
最后，感谢电子森林提供的活动与支持。
天地孤影任我行Jahghenry