BeagleBone® Black 是一款功能强大的开源硬件平台，采用了 ARM Cortex-A8 处理器，配备了丰富的 I/O 接口，适合用于嵌入式开发和快速原型设计。PRU（Programmable Real-time Unit）是 BeagleBone Black 上的一个特殊硬件模块，用于实现高效、低延迟的实时控制。通过 PRU 可以实现对外设的精确控制，尤其适用于要求实时响应的场景。
本项目的目标是利用 BeagleBone® Black 通过 PRU 控制一个 LED 实现呼吸灯效果，并且通过一个外部按键来调节 LED 的闪烁速度。呼吸灯效果是指 LED 的亮度逐渐增加、减小，模拟类似人体呼吸的渐变效果，而闪烁速度的调节则通过按键的按下与松开来实现。通过此项目，不仅可以熟悉 PRU 的基本使用，还能实践嵌入式开发中的硬件控制。
一、项目目标
- 实现呼吸灯效果：通过 PRU 来控制 LED 的亮度逐渐变化，模拟呼吸灯效果。
- 按键控制闪烁速度：使用一个按键的按下操作切换 LED 的闪烁速度，可以选择不同的闪烁间隔。
- 实现实时控制：通过 PRU 实现对 LED 的实时控制，保证效果的平滑性和响应的即时性。
二、硬件介绍
1.BeagleBone® Black
- 处理器：ARM Cortex-A8 处理器，主频为 1 GHz。
- 内存：512 MB DDR3 RAM。
- 存储：4 GB eMMC 存储，可扩展至 SD 卡。
- I/O 接口：GPIO、UART、I2C、SPI 等多种接口，支持丰富的外设连接。
- PRU（Programmable Real-time Unit）：BeagleBone Black 拥有两个 PRU 模块（PRU-0 和 PRU-1），可以在不干扰主处理器的情况下独立运行高效的实时任务。
2.LED 模块
- 采用普通的 5mm 或 3mm LED。
- 控制方式：通过 GPIO 接口来控制 LED 的开关。
3.按键模块
- 一般使用简单的机械按键模块。
- 控制方式：通过 GPIO 接口读取按键的状态，当按键被按下时切换闪烁速度。
三、设计思路
本项目的设计思路分为几个部分：硬件连接、PRU 控制 LED、按键状态读取以及程序的整体框架。
1. 硬件连接
- LED 控制：LED 的控制通过 BeagleBone Black 的一个 GPIO 引脚进行。具体来说，通过设置该引脚的电平来控制 LED 的开与关。为了实现呼吸灯效果，需要逐渐调整 GPIO 输出的 PWM 信号，从而控制 LED 的亮度。
- 按键输入：按键连接到 BeagleBone 的另一个 GPIO 引脚，通过该引脚的电平变化（按下与松开）来控制 LED 闪烁的速度。按下按键时，可以切换闪烁的频率。
2. PRU 控制 LED
PRU 的优势在于能够在不依赖主 CPU 的情况下，高效地控制硬件并执行实时任务。在本项目中，PRU 将负责生成 PWM 信号，用于控制 LED 的亮度。
PRU 中的程序将通过调整 PWM 信号的占空比来模拟 LED 的亮度变化。通过调整占空比，LED 的亮度会逐渐从暗到亮，再从亮到暗，形成呼吸灯效果。
具体来说，PRU 程序将按照以下步骤工作：
- PWM 生成：PRU 每隔一定的时间调整 GPIO 引脚的输出状态，从而改变 LED 的亮度。
- 周期性变化：通过不断增加和减少占空比，达到渐变的效果。一般来说，呼吸灯的亮度变化是平滑的，因此需要精确控制占空比的变化速度。
3. 按键切换闪烁速度
为了控制 LED 的闪烁速度，我们可以通过外部按键来实现。当按键按下时，程序将切换 LED 闪烁的周期，例如从较慢的闪烁变为较快的闪烁。具体实现方法如下：
- 按键扫描：使用 GPIO 引脚读取按键的状态，当按键按下时，切换 LED 闪烁的速度。
- 速度切换：当按键被按下时，程序记录当前的闪烁周期，并根据当前周期选择下一个周期。例如，可以设置三种速度：慢速、中速、快速，分别对应不同的闪烁频率。
4. 软件框架
在软件方面，BeagleBone Black 主要运行 Linux 操作系统，而 PRU 运行的是专门的固件程序。软件流程图可参考下图，项目的软件框架分为以下几部分：
- PRU 程序：用于控制 LED 的 PWM 输出，产生呼吸灯效果。
- 主程序：运行在 BeagleBone Black 的 Linux 上，负责读取按键状态，切换闪烁速度，并通过通信接口与 PRU 交互。
- GPIO 控制：Linux 程序将通过 BeagleBone Black 的 GPIO 引脚来控制 LED 和读取按键输入。
while里面的函数
// 循环执行
while (1)
{
// 切换P9_30 GPIO的状态（假设P9_30用于控制LED等输出）
__R30 ^= P9_30;
// 调用延时函数，传入当前的延时时间
delay(delay_time);
if(!Flag)
{
// 如果按钮被按下，读取按钮状态并检查是否按下
if (!read_button_state()) {
// 按钮按下时，增加延时
delay_time += step;
Key = 1; // 标记按钮按下
// 限制最大延时时间，防止超出最大值
if (delay_time > max_delay) {
delay_time = min_delay;
}
}
}
else // （Flag = 1）
{
// 如果按钮已释放，恢复按钮状态
if(read_button_state())
{
Flag = 0; // 标记按钮已释放
}
}
}
// 读取按钮状态函数
uint32_t read_button_state(void)
{
// 读取按钮的状态，假设按钮按下时GPIO的值为0
return (__R31 & BUTTON_GPIO) == 0;
}
// 延时函数，输入参数为延时计数
void delay(uint32_t count)
{
int i;
// 延时计数，简单的循环来消耗时间
for (i = 0; i < count; i++)
{
__R31 = i; // 使用 __R31 寄存器来创建延时
}
}
这是整个的项目工程图
希望电子森林能多出类似活动。
TetraPaktaotie安先生