Version: 1.5.0

三、外部接口应用指南

3.1 概述

EM20-DK 开发板外部接口有电源、I2C、UART、GPIO 和 QSPI 信号。其中有 2 路 3.3V 电压，1 路 5V 电压，8 个接地。

3.1.1 接口图

如下所示：

3.1.2 电源信号

Pin	Signal Name	Function	Voltage
1	VSYS_3P3	3.3V power supply	3.3V
2	VSYS_5P0	5.0V power supply	5.0V
17	VSYS_3P3	3.3V power supply	3.3V

3.1.3 I2C接口

3.1.3.1 I2C2 接口

Pin	Signal Name	Function	Electrical Specs
3	I2C2_SDA	I2C2 data line	3.3V logic, bidirectional, 400kbps max
5	I2C2_SCL	I2C2 clock line	3.3V logic, bidirectional, 400kbps max

3.1.3.2 I2C4 接口

Pin	Signal Name	Function	Electrical Specs
27	I2C4_SDA	I2C4 data line	3.3V logic, bidirectional, 400kbps max
28	I2C4_SCL	I2C4 clock line	3.3V logic, bidirectional, 400kbps max

3.1.4 UART 接口（UART1）

Pin	Signal Name	Function	Electrical Specs
8	UART1_TXD	UART1 transmit data	3.3V logic, TX output
10	UART1_RXD	UART1 receive data	3.3V logic, RX input

3.1.5 GPIO 信号

Pin	Signal Name	Function	Default State	Electrical Type
7	GPIOC_33	General - purpose I/O	Input	I/O
11	GPIOS_19	General - purpose I/O	Input	I/O
13	GPIOC_39	General - purpose I/O	Input	I/O
15	GPIOC_40	General - purpose I/O	Input	I/O
22	GPIOS_20	General - purpose I/O	Input	I/O
26	GPIOS_25	General - purpose I/O	Input	I/O
29	GPIOC_34	General - purpose I/O	Input	I/O
31	GPIOC_29	General - purpose I/O	Input	I/O
33	GPIOC_78	General - purpose I/O	Input	I/O
35	GPIOC_36	General - purpose I/O	Input	I/O
37	GPIOS_21	General - purpose I/O	Input	I/O
39	GND	Ground reference	-	Power
40	GPIOC_35	General - purpose I/O	Input	I/O

3.1.6 QSPI 接口

Pin	Signal Name	Function	Electrical Specs
19	QSPI_MOSI	QSPI master - out - slave - in	3.3V logic, data output
21	QSPI_MISO	QSPI master - in - slave - out	3.3V logic, data input
23	QSPI_CLK	QSPI clock	3.3V logic, master - generated clock
24	QSPI_CS0	QSPI chip select 0	3.3V logic, active low

3.2 I2C 使用

提供了 2 路 I2C（IIC2 和 IIC4）可让用户自由使用，可以使用标准的 I2C tools 和 API 操作(i2c接口的验证，请参考「40pin Sample」章节的相关内容)。

i2cdetect命令输出已安装I2C总线的列表（以其他路 I2C 作为演示使用）:

root@taco-dk:~# i2cdetect -l
i2c-0   i2c             Cadence I2C at d2400000               I2C adapter
i2c-1   i2c             Cadence I2C at d2401000               I2C adapter
i2c-2   i2c             Cadence I2C at c2401000               I2C adapter

i2cset 配置 i2c 外设

i2cset -f -y $I2C_BUS $I2C_ADDR $reg $value

i2cget 获取 i2c 外设的值

i2cget -f -y $I2C_BUS $I2C_ADDR $reg

参数解释：

$I2C_BUS：I2C 总线号。在 40pin 接插件中，此为 2 或 4（对应 IIC2,IIC4）
$I2C_ADDR：I2C 设备的地址，通过实际的 I2C 设置 SPEC 确认
$reg：寄存器地址，通过实际的 I2C 设置 SPEC 确认
$value：要写入的值。

以下为一个完整的python示例代码，展示如何使用 i2c：

def i2c_test():
    print("===== Starting I2C Test =====")
    
    # Get I2C bus number from user
    bus_num_input = input("Please enter I2C bus number: ")
    try:
        bus_num = int(bus_num_input)
    except ValueError:
        print("Error: Bus number must be an integer")
        return

    print(f"Scanning I2C bus {bus_num} for devices...")
    os.system(f'i2cdetect -y -r {bus_num}')

    dev_addr_hex = input("Please enter I2C device address: ")
    try:
        dev_addr = int(dev_addr_hex, 16)
    except ValueError:
        print("Error: Device address must be a hexadecimal number")
        return

    print(f"Reading data from device {hex(dev_addr)} on I2C bus {bus_num}...")

    try:
        bus = smbus.SMBus(bus_num)
        
        value = bus.read_byte(dev_addr)
        
        bus.write_byte(dev_addr, value)
        
        print(f"Read value: 0x{value:02x} (decimal: {value})")
        
    except IOError as e:
        print(f"I2C communication failed: {e} (check connection, address, or permissions)")
    except Exception as e:
        print(f"Error occurred: {e}")
    finally:
        if 'bus' in locals():
            bus.close()

函数说明:

列出所有设备

os.system(f'i2cdetect -y -r {bus_num}')

打开设备节点

bus = smbus.SMBus(bus_num)

读写

bus.read_byte(dev_addr)
...
bus.write_byte(dev_addr, value)

3.3 UART 使用

EM20-DK 提供了 1 路 UART（UART1）可让用户自由使用（uart口的验证，请参考「40pin Sample」章节的相关内容）。以UART0（作为 debug 串口）为例，用户可以参照以下命令来操作UART设备节点来体验串口效果：

root@taco-dk:~# echo "Hello World" > /dev/ttyPS0
Hello World

以下是一个python示例代码，展示如何配置和使用 UART1 (此处硬件上需要将 UART1_RXD 和 UART1_TXD 连接起来，EM20-DK自发自收):

def serial_test():
    print("===== Starting Serial Test =====")
    
    print("Available serial devices:")
    os.system('ls /dev/tty[a-zA-Z]*')
    
    uart_dev = input("Please enter the serial device name to test: ")
    baudrate_input = input("Please enter baud rate (9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 921600): ")
    
    try:
        ser = serial.Serial(uart_dev, int(baudrate_input), timeout=1)
        print(f"Successfully opened serial port: {ser}")
    except Exception as e:
        print(f"Failed to open serial port: {e}")
        return

    try:
        print("Starting communication test. Press CTRL+C to exit")
        while True:
            test_data = "AA55"
            write_num = ser.write(test_data.encode('UTF-8'))
            print(f"Sent: {test_data}")

            received_data = ser.read(write_num).decode('UTF-8', errors='replace')
            print(f"Received: {received_data}")

            time.sleep(1)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        ser.close()
        print("Serial port closed")

函数说明:

打开设备节点与配置串口波特率

ser = serial.Serial(uart_dev, int(baudrate_input), timeout=1)

读写

  ser.write(test_data.encode('UTF-8'))
  ...
  ser.read(write_num).decode('UTF-8', errors='replace')

3.4 SPI 使用

EM20-DK 提供了 1 路 SPI（QSPI）可让用户自由使用（SPI口的验证，请参考「40pin Sample」章节的相关内容）。

以下是一个python示例代码，展示如何配置和使用SPI：

def spi_test():
    print("===== Starting SPI Test =====")
    
    print("Available SPI controllers:")
    os.system('ls /dev/spidev*')
    
    try:
        spi_bus = int(input("Please enter SPI bus number: "))
        spi_device = int(input("Please enter SPI chip select number: "))
    except ValueError:
        print("Error: Bus number and chip select must be integers")
        return

    spi = spidev.SpiDev()
    
    try:
        spi.open(spi_bus, spi_device)
        spi.max_speed_hz = 12000000
        print(f"Successfully opened SPI device: /dev/spidev{spi_bus}.{spi_device}, Frequency: 12MHz")

        print("Starting communication test. Press CTRL+C to exit")
        while True:
            resp = spi.xfer2([0x55, 0xAA])
            print(f"Received data: {bytes_to_hex(resp)}")
            time.sleep(1)
    except Exception as e:
        print(f"SPI operation failed: {e}")
    finally:
        spi.close()
        print("SPI device closed")

函数说明:

配置SPI相关配置
1. 设置 spi_bus
2. 设置 spi_device
3. 设置 max_speed_hz
发送message，收发数据

  resp = spi.xfer2([0x55, 0xAA])

3.5 GPIO 使用

芯片支持三组 GPIO ，分别命名为 SAP GPIO，CPU GPIO 和 RTC GPIO。在每个 GPIO 组内对信号从 0 开始编址，称为物理编号，此外，软件还对全部 GPIO 信号做了统一编址，称为逻辑编号，其编号规则是

GPIO 逻辑编号 = GPIO 所属组 BASE 号 + 组内物理编号

GPIO 组别	Linux 设备节点	物理编号范围	逻辑编号范围
SAP GPIO	/sys/class/gpio/gpiochip0/	0 到 33	0 到 33
CPU GPIO	/sys/class/gpio/gpiochip200/	0 到 142	200 到 342
RTC GPIO	/sys/class/gpio/gpiochip400/	0 到 7	400 到 407

EM20-DK 提供了多个GPIO口供用户自由使用（GPIO口的验证，请参考「40pin Sample」章节的相关内容）。

以下是一个python示例代码，展示如何配置和使用GPIO:

def gpio_test():
    print("\n===== Starting GPIO Manual Control Test =====")
    
    domain = input("Please enter GPIO domain (cpu/rtc/sap): ").lower()
    if domain not in ['cpu', 'rtc', 'sap']:
        print("Error: Invalid domain. Must be 'cpu', 'rtc', or 'sap'")
        return
    
    domain_offset = 200 if domain == 'cpu' else 400 if domain == 'rtc' else 0
    
    try:
        base_num = int(input(f"Please enter base GPIO number (domain {domain}): "))
        gpio_num = base_num + domain_offset

    except ValueError:
        print("Error: GPIO number must be an integer")
        return
    
    gpio_path = f"/sys/class/gpio/gpio{gpio_num}"
    value_path = f"{gpio_path}/value"
    
    try:
        if not os.path.exists(gpio_path):
            with open("/sys/class/gpio/export", "w") as f:
                f.write(str(gpio_num))
            time.sleep(0.1)
        
        with open(f"{gpio_path}/direction", "w") as f:
            f.write("out")
        time.sleep(0.1)
        
        print("\nGPIO manual control mode:")
        print("Commands: '1' to set high, '0' to set low, 'q' to quit")
        
        while True:
            cmd = input("Enter command (1/0/q): ").strip().lower()
            if cmd == 'q':
                print("Exiting GPIO control")
                break
            elif cmd in ['0', '1']:
                with open(value_path, "w") as f:
                    f.write(cmd)
                time.sleep(0.1)
                
                with open(value_path, "r") as f:
                    read_val = f.read().strip()
                print(f"GPIO{gpio_num} set to {cmd}, verified value: {read_val}")
            else:
                print("Invalid command. Please enter '1', '0', or 'q'")
        
        print("\n===== GPIO Test Completed =====")
        return True

    except PermissionError:
        print("Error: Permission denied. Please run with root privileges (sudo)")
        return False
    except Exception as e:
        print(f"GPIO test failed: {str(e)}")
        return False
    finally:
        pass

3.6 LED 与 Button

此外，EM20-DK 支持在 40pin 脚上配置 LED 与 Button。

python3 -u /usr/data/gpiozero/gpio_control.py -t led -p 63 -a on
python3 -u /usr/data/gpiozero/gpio_control.py -t led -p 63 -a off

Button

python3 -u /usr/data/gpiozero/gpio_control.py -t button -p 63 -a watch

参数说明：

-t: 指定 LED 或者 Button
-p: 引脚编号
-d: 指定时间段，当指定 -a blink 时，需要指定 -d 参数
-a: 指定动作，LED 的动作有 on、off、toggle、blink；Button 的动作有 watch、read
- on 为点亮 LED
- off 为熄灭 LED
- toggle 为 LED 灯状态翻转
- blink 为 LED 灯闪烁，其需要设定间隔闪烁参数
- watch 为 Button 的监控
- read 为 Button 的读取

3.7 播放音视频

3.7.1 使用 `ffmpeg` 播放视频流

插上 USB 摄像头，同时可购买配套的 MIPI 显示屏，并连接至对应接口，通过 ffmpeg 命令行抓流并播放。

例如播放 USB 摄像头的视频流：

# ffmpeg -f video4linux2 -i /dev/video0 -vf \"scale=1920:1080,format=rgb32\" -f fbdev /dev/fb1 &

3.7.2 使用 `aplay` 播放音频流

可将耳机线插入到 3.5mm 音频接口，然后通过 aplay 命令行播放 wav 文件，即可在耳机中听到声音。例如：

# aplay -D hw:0,0 -c 2 -f S16_LE -r 44100 /usr/data/sound/sound-test.wav

3.1 概述​

3.1.1 接口图​

3.1.2 电源信号​

3.1.3 I2C接口​

3.1.3.1 I2C2 接口​

3.1.3.2 I2C4 接口​

3.1.4 UART 接口（UART1）​

3.1.5 GPIO 信号​

3.1.6 QSPI 接口​

3.2 I2C 使用​

3.3 UART 使用​

3.4 SPI 使用​

3.5 GPIO 使用​

3.6 LED 与 Button​

3.7 播放音视频​

3.7.1 使用 ffmpeg 播放视频流​

3.7.2 使用 aplay 播放音频流​

3.1 概述

3.1.1 接口图

3.1.2 电源信号

3.1.3 I2C接口

3.1.3.1 I2C2 接口

3.1.3.2 I2C4 接口

3.1.4 UART 接口（UART1）

3.1.5 GPIO 信号

3.1.6 QSPI 接口

3.2 I2C 使用

3.3 UART 使用

3.4 SPI 使用

3.5 GPIO 使用

3.6 LED 与 Button

3.7 播放音视频

3.7.1 使用 `ffmpeg` 播放视频流

3.7.2 使用 `aplay` 播放音频流