OpenHarmony智能开发套件[驱动开发篇（上）-51CTO.COM

前言

下面我们继续跟着架构图去学习另一个板块——驱动，本片将介绍。

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驱动开发简介

什么是驱动开发呢，回想我们之前介绍内核的时候，内核的作用是帮助我们完成对硬件的操控的，我们已经通过KAL内核抽象层提供的规范接口，实现了对内核的一些基本控制，但是并没有涉及到硬件设备，那么驱动开发的含意就呼之欲出了。

驱动开发是指为操作系统或硬件设备编写软件驱动程序的过程。驱动程序是一种特殊的软件，它与操作系统或硬件设备进行交互，以使它们能够有效地通信和协同工作。通俗点讲就是IO控制硬件设备。IO流在读写文件时大家都会用到，我们的驱动也像IO流，只不过操作的对象不在是虚拟的文件，而是你手中的开发板，实实在在摸得到的硬件设备。

硬件设备介绍

硬件总览

笔者使用的是智能家居开发套件：Hi3861

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硬件详细介绍

底板

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核心板

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oled屏幕

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交通灯

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RGB灯板

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环境检测板

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NFC

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驱动开发

GPIO

GPIO可以理解为数字I/O，是一种电平控制，由0和1表示，0表示低电平，1表示高电平。Hi3861芯片一共有15各个GPIO引脚，芯片内部集成了GPIO模块，方便我们去使用。

Hi3861 GPIO 引脚分布

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IoT接口

OprnHarmony提供了操作物联网各种外接设备的一组API，方便我们去控制与外接设备的交互。一共有三类IoT接口。

HAL硬件抽象层接口。
HDF硬件驱动框架接口。
海思SDK接口。

其中HDF接口是主推接口，在上面的架构图中也能看到，海思的SDK是原厂商提供的底层接口。

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GPIO控制流程

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IoT编程工作环境补充

在源码目录生成的 .vscode的目录下的 c_cpp_properties.json 文件中做出如下添加。

[注：目录可能因为源码版本不同而不一致，这里可以手动搜索文件来确定库的存放位置]。

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打开 usr_config.mk 文件修改如下配置，防止后续的操作中出现编译错误，笔者报错时，也是在这卡了很久。这个配置项默认是关闭的，就会导致某些库中的方法无法被识别，编译就会出问题，主要是pwm模块的使用，这里提前说一下。

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GPIO-API

GPIO初始化。

unsigned int IoTGpioInit(unsigned int id);

参数解释：

id: GPIO的引脚编号。

返回值:

IOT_SUCCESS：如果GPIO设备成功初始化，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果GPIO设备初始化失败，则返回该值。

GPIO参数设置。

unsigned int IoTGpioSetDir(unsigned int id, IotGpioDir dir);

参数解释：

id: GPIO的引脚编号。
dir: 设置GPIO为输入/输出。

返回值：

IOT_SUCCESS：如果GPIO设备成功设置，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果GPIO设备设置失败，则返回该值。

其中，IotGPIODir 的定义如下的枚举类型：

typedef enum {
    /** Input */
    IOT_GPIO_DIR_IN = 0,
    /** Output */
    IOT_GPIO_DIR_OUT
} IotGpioDir;

设置GPIO输出状态。

unsigned int IoTGpioSetOutputVal(unsigned int id, IotGpioValue val);

参数解释：

id: GPIO的引脚编号。
val: 输出的电平值。

返回值：

IOT_SUCCESS：如果GPIO设备成功设置，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果GPIO设备设置失败，则返回该值。

其中，IotGPIOValue的定义如下的枚举类型：

typedef enum {
    /** Low GPIO level */
    IOT_GPIO_VALUE0 = 0,
    /** High GPIO level */
    IOT_GPIO_VALUE1
} IotGpioValue;

解除GPIO。

unsigned int IoTGpioDeinit(unsigned int id);

参数解释：

id: GPIO的引脚编号

返回值:

IOT_SUCCESS：如果GPIO设备成功解除，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果GPIO设备解除失败，则返回该值。

获取GPIO引脚状态。

unsigned int IoTGpioGetOutputVal(unsigned int id, IotGpioValue *val);

参数解释：

id: GPIO的引脚编号
*val: 获取输出的电平值的指针

返回值：

IOT_SUCCESS：如果GPIO设备成功获取，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果GPIO设备获取失败，则返回该值。

这个API和设置GPIO引脚的API很像，只不过val属性变成了个指针，也就通过这个指针帮我们获取到GPIO的引脚状态的。

引脚中断函数注册。

unsigned int IoTGpioRegisterIsrFunc(unsigned int id, IotGpioIntType intType, IotGpioIntPolarity intPolarity,
                                    GpioIsrCallbackFunc func, char *arg);

参数解释：

id：GPIO引脚的编号。
intType：中断类型。
intPolarity：中断极性。
func：中断回调函数。
arg：中断回调函数中使用的参数的指针。

返回值：

IOT_SUCCESS：如果成功启用GPIO引脚的中断功能，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果启用GPIO引脚的中断功能失败，则返回该值。

其中 IotGpioIntType 定义如下的枚举类型。

typedef enum {
    /** Level-sensitive interrupt */
    IOT_INT_TYPE_LEVEL = 0,
    /** Edge-sensitive interrupt */
    IOT_INT_TYPE_EDGE
} IotGpioIntType;

IOT_INT_TYPE_LEVEL：表示电平触发的中断类型。这种中断类型基于GPIO引脚的电平状态进行触发，即当引脚的电平为特定的电平（例如高电平或低电平）时触发中断。

IOT_INT_TYPE_EDGE：表示边沿触发的中断类型。这种中断类型基于GPIO引脚的电平变化进行触发，即当引脚的电平从一个状态变化到另一个状态（例如从低电平到高电平或从高电平到低电平）时触发中断。

IotGpioIntPolarity 定义如下的枚举类型。

typedef enum {
    /** Interrupt at a low level or falling edge */
    IOT_GPIO_EDGE_FALL_LEVEL_LOW = 0,
    /** Interrupt at a high level or rising edge */
    IOT_GPIO_EDGE_RISE_LEVEL_HIGH
} IotGpioIntPolarity;

IOT_GPIO_EDGE_FALL_LEVEL_LOW：表示在低电平或下降沿触发中断。这意味着当GPIO引脚的电平为低电平时或引脚的电平从高电平变为低电平时，触发中断。

IOT_GPIO_EDGE_RISE_LEVEL_HIGH：表示在高电平或上升沿触发中断。这意味着当GPIO引脚的电平为高电平时或引脚的电平从低电平变为高电平时，触发中断。

当我们向外界设备进行输入流操作时，需要处理一些业务逻辑，在中断函数中完成，后面会后案例让大家体会。

引脚中断函数解除。

unsigned int IoTGpioUnregisterIsrFunc(unsigned int id);

参数解释：

id：GPIO引脚的编号。

返回值：

IOT_SUCCESS：如果成功解除GPIO引脚的中断功能，则返回该值。
IOT_FAILURE：如果解除GPIO引脚的中断功能失败，则返回该值。

解除类型的API都比较简单。

设置引脚的功能复用。

hi_u32 hi_io_set_func(hi_io_name id, hi_u8 val);

参数解释：

id：硬件管脚的枚举类型 hi_io_name，表示要设置复用功能的IO索引。
val：复用功能的枚举类型 hi_u8，表示要设置的复用功能。根据待设置的硬件管脚，从给定的枚举值中选择相应的功能。

返回值：

0：成功设置复用功能。
HI_ERR_GPIO_INVALID_PARAMETER：设置复用功能失败，输入参数无效或不支持的功能。

其中 hi_io_name 的美剧类型定义如下：

typedef enum {
    HI_IO_NAME_GPIO_0,     /**< GPIO0 */
    HI_IO_NAME_GPIO_1,     /**< GPIO1 */
    HI_IO_NAME_GPIO_2,     /**< GPIO2 */
    HI_IO_NAME_GPIO_3,     /**< GPIO3 */
    HI_IO_NAME_GPIO_4,     /**< GPIO4 */
    HI_IO_NAME_GPIO_5,     /**< GPIO5 */
    HI_IO_NAME_GPIO_6,     /**< GPIO6 */
    HI_IO_NAME_GPIO_7,     /**< GPIO7 */
    HI_IO_NAME_GPIO_8,     /**< GPIO8 */
    HI_IO_NAME_GPIO_9,     /**< GPIO9 */
    HI_IO_NAME_GPIO_10,    /**< GPIO10 */
    HI_IO_NAME_GPIO_11,    /**< GPIO11 */
    HI_IO_NAME_GPIO_12,    /**< GPIO12 */
    HI_IO_NAME_GPIO_13,    /**< GPIO13 */
    HI_IO_NAME_GPIO_14,    /**< GPIO14 */
    HI_IO_NAME_SFC_CSN,    /**< SFC_CSN */
    HI_IO_NAME_SFC_IO1,    /**< SFC_IO1 */
    HI_IO_NAME_SFC_IO2,    /**< SFC_IO2 */
    HI_IO_NAME_SFC_IO0,    /**< SFC_IO0 */
    HI_IO_NAME_SFC_CLK,    /**< SFC_CLK */
    HI_IO_NAME_SFC_IO3,    /**< SFC_IO3 */
    HI_IO_NAME_MAX,
} hi_io_name;

hi_u8 的定义如下：

typedef unsigned char           hi_u8;

Hi3861的引脚数量少，很多功能都是被集成在同一个引脚上的，因此需要我们去选择引脚配置。

启用某个IO引脚的上下拉功能。

hi_u32 hi_io_set_pull(hi_io_name id, hi_io_pull val);

参数解释：

id：硬件管脚的枚举类型 hi_io_name，表示要设置上下拉功能的IO引脚的索引。
val：上下拉状态的枚举类型 hi_io_pull，表示要设置的上下拉状态。

返回值：

0：成功设置上下拉功能。
HI_ERR_GPIO_INVALID_PARAMETER：设置上下拉功能失败，输入参数无效或不支持的功能。

其中 hi_io_pull 的定义如下的枚举类型：

typedef enum {
    HI_IO_PULL_NONE,    /**< Disabled.CNcomment:无拉CNend */
    HI_IO_PULL_UP,      /**< Pull-up enabled.CNcomment:上拉CNend */
    HI_IO_PULL_DOWN,    /**< Pull-down enabled.CNcomment:下拉CNend */
    HI_IO_PULL_MAX,     /**< Invalid.CNcomment:无效值CNend */
} hi_io_pull;

上下拉功能可用于确定GPIO引脚的输入电平状态。例如，通过启用上拉功能，可以将引脚的输入电平拉高，使其在未连接外部设备时保持为高电平状态。这样，在检测外部设备连接时，可以通过读取引脚的输入电平状态来确定设备的连接状态。

GPIO控制LED案例

能够使用我们的user按键控制可编程led灯的熄灭与点亮。

思路：通过读取按键的电平状态，触发中断回调函数，修改led的电平。

新建样例目录。
applications/sample/wifi-iot/app/led_gpio_demo
新建源文件和gn文件。
applications/sample/wifi-iot/app/led_gpio_demo/ledGpio.c
applications/sample/wifi-iot/app/led_gpio_demo/BUILD.gn
编写源文件，ledGpio.c [笔者加了详细的注释，就直接上代码了]。

// C语言标准库
#include <stdio.h>
// 初始化库
#include "ohos_init.h"
// 内核编程标准接口
#include "cmsis_os2.h"
// IoT接口 GPIO
#include "iot_gpio.h"
// 海思SDK IO
#include "hi_io.h"

// 定义引脚的编号
#define LED_GPIO 9
#define BUTTON_GPIO 5

// 定义ledPin（电平）低电平led点亮，高电平led熄灭，高低电平的定义在之前的api中已经介绍过了，是一个枚举类型。
static IotGpioValue ledPin = IOT_GPIO_VALUE0;

//GPIO5的中断处理函数，当我们点击user按钮时，系统的内核就会暂停手头的工作来执行我们这里的中断函数。
static void ButtonPressed(char* atgs){
    // 我们的业务逻辑是让led熄灭点亮熄灭点亮，因此只需要修改上方我们定义的ledPin值即可
    if(ledPin == IOT_GPIO_VALUE0){
        ledPin = IOT_GPIO_VALUE1;
    } else {
        ledPin = IOT_GPIO_VALUE0;
    }
    /**
     * 当然看过源码的你也可以简写成：
     * ledPin = !ledPin;
    */
}

// 主函数
static void GpioInitMain(void){
    // 在主函数中我们通常完成一些GPIO的注册和设置，主要就是用一些介绍给大家的API即可

    // GPIO初始化 ——> IoTGpioInit 接口
    IoTGpioInit(LED_GPIO);
    IoTGpioInit(BUTTON_GPIO);

    // 设置引脚的功能，因为hi3861的引脚数少，一个引脚上集成了很多功能，需要我们手动设置，选择其中的一项功能
    hi_io_set_func(LED_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_9_GPIO);
    hi_io_set_func(BUTTON_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_5_GPIO);

    // 设置GPIO的输入输出模式 led为输出模式，button为输入模式
    IoTGpioSetDir(LED_GPIO, IOT_GPIO_DIR_OUT);
    IoTGpioSetDir(BUTTON_GPIO, IOT_GPIO_DIR_IN);

    // 设置GPIO5为上拉模式
    hi_io_set_pull(BUTTON_GPIO, HI_IO_PULL_UP);

    // 注册中断函数
    IoTGpioRegisterIsrFunc(BUTTON_GPIO, IOT_INT_TYPE_EDGE, IOT_GPIO_EDGE_FALL_LEVEL_LOW, ButtonPressed, NULL);

    // 循环设置led的电平
    while(1){
        IoTGpioSetOutputVal(LED_GPIO, ledPin);
        osDelay(10);
    }
}

// 测试入口
static void GpioTest(void){
    // 创建线程，大家还记得怎么创建的吗
    osThreadAttr_t attr = {"GpioInitMain", 0, NULL, 0, NULL, 1024, osPriorityNormal, 0, 0};
    osThreadNew((osThreadFunc_t)GpioInitMain, NULL, &attr);
}

APP_FEATURE_INIT(GpioTest);

编写BIULD.gn文件。

static_library("led_gpio_demo"){
    sources = [
        "ledGpio.c"
    ]
    include_dirs = [
        "//commonlibrary/utils_lite/include/",
        "//device/soc/hisilicon/hi3861v100/hi3861_adapter/kal/cmsis",
        "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
        "//device/soc/hisilicon/hi3861v100/sdk_liteos/include/"
    ]
}

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编译，烧录。
重启开发板，点击user按钮，观察可编程led的状态。

PWM

除了GPIO外，我们还可以通过PWM进行外部设备的控制，PWM是一种脉冲调制技术，用于控制数字系统中的模拟信号。通过改变信号的占空比，PWM可以模拟出不同的电压或电流值。在PWM信号中，周期固定，但高电平和低电平的持续时间可以不同。例如，一个50%的占空比意味着高电平和低电平各占一个周期的一半时间。当占空比增加时，高电平的持续时间增加，低电平的持续时间减少，平均输出功率也相应增加。因此，我们还可以用PWM控制led的亮度，因为占空比会直接影响输出的功率，功率会影响灯的亮度，算是中学物理了。广泛应用于电机控制、LED调光、音频生成等。

占空比与灯泡亮度

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总结

PWM有两个重要的参数，第一个是输出频率，频率越高，则模拟的效果越好；第二个是占空比，占空比就是改变输出模拟效果的电压大小，占空比越大则模拟出的电压越大。

PWM-API

很多基础的IoT接口都已经在GPIO-API上讲到了，这里的介绍就相对简单一点。

初始化PWM。

unsigned int IoTPwmInit(unsigned int port);

通过参数port，指定PWM的端口号。

启用PWM。

unsigned int IoTPwmStart(unsigned int port, unsigned short duty, unsigned int freq);

参数解释：

port：PWM的端口号
duty：PWM输出的占空比
freq：PWM输出的频率

停止PWM。

unsigned int IoTPwmStop(unsigned int port);

通过参数port，停止PWM的输出。

结合GPIO和PWM我们已经可以去控制一些板子了，就不单独设计PWM的案例了。

交通灯板的控制

交通灯板上一共有3个小板块，红绿灯，蜂鸣器，按钮。下面逐个为大家讲解如何使用对应的API去控制他们。（涉及 GPIO控制设备和中断函数处理）

按钮控制蜂鸣器

按一下按钮，蜂鸣器鸣叫3秒。

新建样例目录。
applications/sample/wifi-iot/app/pwm_out_demo
新建源文件和gn文件。
applications/sample/wifi-iot/app/pwm_out_demo/pwm.c
applications/sample/wifi-iot/app/pwm_out_demo/BUILD.gn
编写源文件，pwm.c。

#include <stdio.h>
#include "ohos_init.h"
#include "cmsis_os2.h"
#include "hi_io.h"
#include "iot_gpio.h"
// pwm接口
#include "iot_pwm.h"
#include "hi_pwm.h"

#define BUTTON_GPIO 8
#define BEE_GPIO 9

static int flag = 0;

// GPIO8中断函数
static void ButtonPressed(char* atgs){
    // 业务逻辑是让蜂鸣器响三秒
    if(flag == 0){
        flag = 1;
    }
}

// 主线程函数
static void PwmInitMain(void){
    // 初始化GPIO模块
    IoTGpioInit(BUTTON_GPIO);
    IoTGpioInit(BEE_GPIO);

    // 设置引脚功能
    hi_io_set_func(BEE_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_9_PWM0_OUT);
    hi_io_set_func(BUTTON_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_8_GPIO);

    // 设置GPIO输出模式
    IoTGpioSetDir(BEE_GPIO, IOT_GPIO_DIR_OUT);
    IoTGpioSetDir(BUTTON_GPIO, IOT_GPIO_DIR_IN);

    // 设置引脚上拉
    hi_io_set_pull(BUTTON_GPIO, HI_IO_PULL_UP);

    // 注册中断函数
    IoTGpioRegisterIsrFunc(BUTTON_GPIO, IOT_INT_TYPE_EDGE, IOT_GPIO_EDGE_FALL_LEVEL_LOW, ButtonPressed, NULL);

    // 循环监听flag，当按钮被按下时，flag会置为1，蜂鸣器工作3秒
    while(1){

        if(flag){
            // 初始化PWM模块
            IoTPwmInit(HI_PWM_PORT_PWM0);

            // 设置信号输出， 端口，占空比，频率
            IoTPwmStart(HI_PWM_PORT_PWM0, 50, 4000);

            // 鸣3秒
            osDelay(300);

            // 停止信号输出
            IoTPwmStop(HI_PWM_PORT_PWM0);
            flag = 0;
        }
        osDelay(100);
    }
}

// 测试入口
static void PwmTest(void){
    osThreadAttr_t attr = {"GpioInitMain", 0, NULL, 0, NULL, 1024, osPriorityNormal, 0, 0};
    osThreadNew((osThreadFunc_t)PwmInitMain, NULL, &attr);
}

APP_FEATURE_INIT(PwmTest);

编写BIULD.gn文件。

static_library("pwm_out_demo"){
    sources = [
        "pwm.c"
    ]
    include_dirs = [
        "//commonlibrary/utils_lite/include/",
        "//device/soc/hisilicon/hi3861v100/hi3861_adapter/kal/cmsis",
        "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
        "//device/soc/hisilicon/hi3861v100/sdk_liteos/include/"
    ]
}

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编译，烧录。
重启开发板，点击s1按钮，可以听到蜂鸣器鸣叫。

按钮切换红绿灯

按一下按钮，红绿灯顺次切换。

新建样例目录。
applications/sample/wifi-iot/app/traffic_demo
新建源文件和gn文件。
applications/sample/wifi-iot/app/traffic_demo/traffic.c
applications/sample/wifi-iot/app/traffic_demo/BUILD.gn
编写源文件，traffic.c。

#include <stdio.h>
#include "ohos_init.h"
#include "cmsis_os2.h"
#include "hi_io.h"
#include "iot_gpio.h"

#define BUTTON_GPIO 8
#define RED_GPIO 10
#define GREEN_GPIO 11
#define YELLOW_GPIO 12

// 每个灯的引脚编号
static int lights[3] = {RED_GPIO, GREEN_GPIO, YELLOW_GPIO};
// 每个灯的状态
static int lightsStauts[3] = {0, 0, 0};
// 灯的索引
static int lightsIndex = 0;

// 中断函数
static void ButtonPress(char *args){
    // 点击按钮，要能够切换红绿灯，修改灯的状态数组即可
    for(unsigned int i = 0; i < 3; i++){
        if(i == lightsIndex){
            lightsStauts[i] = 1;
        } else {
            lightsStauts[i] = 0;
        }
    }
    lightsIndex++;
    if(lightsIndex >= 3){
        lightsIndex = 0;
    }
}

// 主函数
static void TrafficInitMain(void){
    // GPIO初始化
    IoTGpioInit(BUTTON_GPIO);
    IoTGpioInit(RED_GPIO);
    IoTGpioInit(GREEN_GPIO);
    IoTGpioInit(YELLOW_GPIO);

    // GPIO功能设置
    hi_io_set_func(BUTTON_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_8_GPIO);
    hi_io_set_func(RED_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_10_GPIO);
    hi_io_set_func(GREEN_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_11_GPIO);
    hi_io_set_func(YELLOW_GPIO, HI_IO_FUNC_GPIO_12_GPIO);
    
    // PGPIO输入输出设置
    IoTGpioSetDir(BUTTON_GPIO, IOT_GPIO_DIR_IN);
    IoTGpioSetDir(RED_GPIO, IOT_GPIO_DIR_OUT);
    IoTGpioSetDir(GREEN_GPIO, IOT_GPIO_DIR_OUT);
    IoTGpioSetDir(YELLOW_GPIO, IOT_GPIO_DIR_OUT);

    // 引脚上拉
    hi_io_set_pull(BUTTON_GPIO, HI_IO_PULL_UP);

    // 中断回调函数注册
    IoTGpioRegisterIsrFunc(BUTTON_GPIO, IOT_INT_TYPE_EDGE, IOT_GPIO_EDGE_FALL_LEVEL_LOW, ButtonPress, NULL);
   
   while(1){
        // 设置输出电平，即可控制灯的点亮熄灭，其实和之前控制led一样，只不过这次一下控制3个，用数组而已
        for(unsigned int i = 0; i < 3; i++){
            IoTGpioSetOutputVal(lights[i], lightsStauts[i]);
        }
        osDelay(100);
   }
}

// 测试入口
static void TrafficTest(void){
    osThreadAttr_t attr = {"TrafficInitMain", 0, NULL, 0, NULL, 1024, osPriorityNormal, 0, 0};
    osThreadNew((osThreadFunc_t)TrafficInitMain, NULL, &attr);
}

APP_FEATURE_INIT(TrafficTest);

编写BIULD.gn文件。

static_library("traffic_demo"){
    sources = [
        "traffic.c"
    ]
    include_dirs = [
        "//commonlibrary/utils_lite/include/",
        "//device/soc/hisilicon/hi3861v100/hi3861_adapter/kal/cmsis",
        "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
        "//device/soc/hisilicon/hi3861v100/sdk_liteos/include/"
    ]
}

OpenHarmony智能开发套件[驱动开发篇·上]-开源基础软件社区

编译，烧录。
重启开发板，点击s1按钮，可以看到红绿灯正在切换。大家也可以修改代码，实现有红黄绿，绿黄红那样变化。

至此，交通灯板的三个小模块就给大家介绍到这里，这些都是基本操作，仅在如何控制设备，与设备交互，大家可以根据自己的想法，创新一些业务逻辑，使用该功能板完成相应的场景业务。

结束语

本片主要介绍了GPIO，PWM控制驱动的方案，并在交通灯板上进行了实际演示，以及三色灯的使用。后续的开发板硬件设备会在OpenHarmony智能开发套件[驱动开发篇·下]中详细讲解，包括人体红外感应，光敏电阻，RGB灯效，温湿度传感器，oled屏幕的点亮。
[本来每一个案例后面都做了实际效果演示视频的，但是视频好像上传不了，那暂时就没有视频演示了。]

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https://ost.51cto.com