嵌入式設備有個被天生賦予的重點任務，就是要成為自動控制整體方案中的一員。早期市場對自動控制的需求主要集中在單純的“機電控制”上，而具備智能計算的 Jetson 系列產品相對與幾十元的這類控制板來說，成本高出了一個階位。

但是隨著“智能+控制”的結合功能成為新工業主流需求之后，成本已經不是最首要的關鍵因素，因為智能設備所帶來的價值已經遠遠超過先前的成本差異。NVIDIA Jetson 設備就是在這樣的風潮下逐漸嶄露頭角，為智能工業帶來新的生命力。

透過“擴充引腳”的方式與機電控制設備進行對接，是絕大部分嵌入式設備所采用的方法。NVIDIA 在 2015 年的 Jetson TK1 產品就已經配置了這方面的引腳，經歷了 TX1/TX2 到 AGX Xavier 的階段，依舊保有這方面的接口（如下圖），一直到 2019 年 Jetson Nano 推出之后，采用與樹莓派兼容的 40 針引腳的設計，在戰略上是個非常高明的設計。

過去 10 年是創客（maker）興盛的年代，而樹莓派憑借“硬件開源”的風潮吸引龐大的民間實力，開發了相當齊全的周邊產品，下表是比較常用的一部分設備清單，全部都是基于樹莓派 40 針引腳定義所設計。

如今 Jetson Nano（含2GB）、Xavier NX 等開發套件的引腳也兼容于樹莓派的定義時，就表示上面列表中的周邊設備，都能直接適用于現在主流的 Jetson 開發套件，不僅無需依賴中間的轉換器，包括代碼也可以不需要修改，就能將原本不具備深度學習能力的樹莓派方案，立即移植到 NVIDIA 的智能 Jetson 設備上，馬上變成“智能控制”的應用設備，實用價值瞬間就提高一個檔次。

本文屬于 Jetbot 系列中的一環，不過在進入與周邊設備（PiOLED、PCA9685 等）對接之前，有必要讓初學者對 Jetson 的 40 針引腳的細節與使用有進一步的了解，因為 Jetbot 是一個經典的項目，但更重要是要讓初學者可以自行搭建更多的應用。

過去缺乏智能識別能力的創客項目，多屬于較為單調的固定執行流程的應用，但是有了 NVIDIA Jetson 的智能識別能力之后，就能讓這類項目變得非常多彩多姿，并且更加貼近生活或工作上的實用場景，例如根據垃圾分類識別后進行處理的機械手臂、根據貓臉識別后對特定貓開啟喂食器、根據水果成熟度進行采摘等應用，都是實用價值非常高的，這才是真正智能設備的創造動力。

網上有不少探索 Jetson 這 40 根引腳的文章，但內容相對籠統并且有些部分的混淆，對初學者來說會產生障礙。本文的重點就是將以下三個部分講解清楚：

40 根引腳的 SPIO 與 GPIO

Jetson-IO 工具與 Jetson.GPIO 開發庫

四種 GPIO 引腳調用模式：BOARD、BCM、CVM、TEGRA_SOC

只要將這三個關系捋清楚后，整個 40 針引腳的使用就會瞬間變得非常簡單。假如上述三個關系您都很熟悉了，就可以跳過本文的內容；如果還沒搞清楚的，請仔細閱讀本文，能讓您很有條理地掌握這些引腳的使用要領。

40針引腳的SPIO與GPIO

下圖是 Jetson 的 40 幀引腳圖的說明，適用于 Nano（含2GB）、Xavier NX 與 AGX Xavier 等開發套件。雖然上面滿滿的內容，乍看之下的確令人眼花繚亂，只要看完我們所作的分解之后，就會讓這部分的內容變得非常簡單。

首先，雖然大家平常時候習慣將這些引腳統稱為 GPIO，但事實上這 40 根引腳主要分成 GPIO（General Purpose I/O）通用功能與 SFIO（Special Function I/O）特定功能兩大類，后者總共有 18 根與開發套件底板電子電力直連的腳位，這是不能重新定義的固定功能，主要分為以下三種：

1. 供電相關：這個部分需要非常細心處理，如果錯用可能會造成 Jetson 設備損壞。這里也進一步分成三種功能：

（1） 5V 直流電輸入/輸出：腳位［2， 4］，在標識上唯一使用“紅色”的地方，可以對 Jetson 開發套件作為“供電”用途，有些 Jetbot 第三方套件就是用這種方式對 Nano（含2GB）進行供電，不過這些都是專業廠商自行設計的電路，如果不太熟悉供電原理的讀者，請勿隨意嘗試以避免對設備造成破壞。

這兩個接腳也能對 5.0V 規格的周邊設備進行供電，但是非常不推薦這樣使用，因為 Jetson 本身的電力已經處于吃緊狀態，如果再對其他設備提供 5V 輸出，很可能影響整體穩定性。

（2） 3.3V 直流電輸出：腳位［1， 17］，可以為一些低電設備進行供電。例如在 Jetbot 項目中使用的 PiOLED 與 PCA9685，就是由 Nano（含2GB）的 3.3V 供電口對這兩個元件進行供電。

（3） GND 接地點：腳位［6， 9， 14， 20， 25， 30， 34， 39］共 8 個。

2. 二組 I2C：I2C1_SDA/SCL=》腳位［27， 28］；I2C2_SDA/SCL =》 腳位［3， 5］

3. 一組 UART：UART2_TX/RX=》腳位［8， 10］

這樣一整理之后，是不是就變得很簡單了？撇開電源相關的 12 根腳位之外，真正需要了解的，就是兩組 I2C 與一組 UART 共 6 個腳位，這 18 根腳位的定義與樹莓派是完全一致的。在 Jetbot 項目中也就使用 1 組 3.3V/GND 電源與 1 組 I2C 的 SDA/SCL 而已，總共 4 根引腳就能完成智能車的任務。

如果原本樹莓派創客項目中只使用這類的 I2C 或 UART 引腳的話，幾乎不需修改代碼就能將原本的應用移植到 Jetson Nano（含2GB）設備上，立刻升級為智能識別的應用，所展現的價值就馬上提高一個臺階。

至于另外 22 根“可重新定義”腳位，才是很多網上所探索的“GPIO” 內容，其實正確的說法應該是“Jetson 的 22 根 GPIO 引腳使用”才對，不過這里就不去糾正這些小問題，重點在于讓大家更清楚剩下這 22 根引腳的用法。

事實上這些引腳也有兩種處理方式：

1.透過 Jetson-IO 工具將特定引腳設置成為 SFIO 用途，然后配合特定的開發庫；2.作為 GPIO 用途，透過 Jetson.GPIO 或其他開發庫直接調用

網上大部分的混淆就在這個 Jetson-IO 工具與 Jetson.GPIO 庫，前者是 Jetpack 自帶的底層系統引腳配置工具，后者是針對 GPIO 引腳的應用層開發庫，二者之間是不僅完全獨立的，甚至某種角度上還有些許“互斥”的關系。

接下去帶著大家將這兩個工具認識清楚，這樣日后的開發就會非常簡單。

Jetson-IO引腳配置工具

前面已經清楚在 40 根引腳中有 18 根是固定好的不能重新定義，剩下的問題就是如何處理這 22 根“可重新定義”的引腳，是否有什么工具可以協助我們確認目前所有腳位的狀態呢？這就是 Jetson-IO 的主要工作了，請執行以下指令，看看顯示怎樣的結果？

sudo /opt/nvidia/jetson-io/config-by-pin.py

是否看到顯示從 1 到 40 的狀態？核對一下，是不是除了前面所說 18 個 SFIO 位置之外的 22 個引腳，都顯示“unused” 狀態？這些呈現“unused”的腳位就是 GPIO 的狀態，能用 Jetson.GPIO 庫直接指派與調用。

如果要對這 22 個腳位進行重新定義，該使用什么方法來操作？Jetson-IO 工具就是扮演“配置腳位功能”的角色，這是 NVIDIA 從 L4T 32.3 版本開始，提供可以修改引腳定義的工具，在 Jetpack 燒錄過程就編譯到開發套件的 /opt/nvidia/jetsion-io 目錄下，這是屬于系統底層的配置工具。

因為設備所有 I/O 的默認配置是靜態定義的，早期要更改 40 針擴展引腳定義時置，必須使用相應平臺的 pinmux 電子表格去更新管腳配置，然后將新配置燒回開發套件中，雖然這是更新系統的一種適當方法，但在開發的階段，需要一種更方便的方法，來測試不同的管腳配置。

Jetson-IO 工具就是要簡化 40 針引腳 I/O 配置的修改任務，提供一套基于 Python 的簡單代碼，最終會將修改的內容寫入設備樹（DTB， Device Tree， Blob）固件，重啟設備就能讓新的設置生效，非常方便。

如果想要修改前面所提到的 22 根腳位定義，最輕松的方法就是執行以下步驟：

sudo /opt/nvidia/jetson-io/jetson-io.py

進入主菜單后，選擇下面的“Configure 40-pin expansion header”，就會出現以下選擇菜單視窗，透過“上下鍵”與“空鍵”選擇要設定的組：

這里是根據“功能”的提供腳位組合，所定義的腳位與前面 40 針引腳定義圖是完全對應的，也就是說在 18 根 SFIO 以外的腳位，必須經過 Jetson-IO 的配置之后，才會具備引腳圖中的功能，但這個步驟并未出現在任何說明文件或網上教程之中，導致很多初學者完全無法理會其中的奧秘，我們在這里為大家打開這個黑箱子。

現在試著啟動 spi1 組設置，Jetson-IO 工具會同時配置后面的 5 個腳位。設置完畢后選擇“Save and reboot to reconfigure pins”，重啟系統之后再執行：

sudo /opt/nvidia/jetson-io/config-by-pin.py

是否看到腳位［19， 21， 23， 24， 26］的狀態，現在都出現“spi1”的標識了？

在 /opt/nvidia/jetson-io/ 目錄下還有 config-by-function.py、config-by-pin.py 與 config-by-hardware.py 三個工具，根據不同目的查詢與設置 GPIO 接腳屬性。詳細的內容請至https://docs.nvidia.com/jetson/archives/l4t-archived/l4t-325/index.html里“Hardware Setup”的“Configuring the 40-Pin Expansion Header”，有完整的使用說明。

Jetson.GPIO應用開發庫

這是屬于應用級的開發庫，是針對“未被 Jetson-IO 設置為 SPIO”的 GPIO 引腳進行配置與運作的應用庫。

例如引腳 19 在前面 Jetson-IO 配置為 spi1 功能之前，就是作為 GPIO 功能，可以用 Jetson.GPIO 庫去指派與調用；但是經過 spi1 配置并重啟之后，引腳 19 已經屬于 SFIO 而非 GPIO，這時候如果用 Jetson.GPIO 庫去指定這個引腳，就不會產生作用。

前面提過“從某種角度來說 Jetson.GPIO 與 Jetson-IO 是互斥的”，道理就在這個地方，一旦被 Jetson-IO 配置并啟動的腳位，就不再屬于 GPIO 的功能了。

這個 Jetson.GPIO 開發庫并不在 Jetpack 安裝包里，因此需要手動安裝與從 github 上下載范例代碼。下面指令可以簡單安裝這個庫：

sudo pip3 install Jetson.GPIO

如果想要獲得這個開發庫的范例，就執行以下指令：

cd ~ && git clone https://github.com/NVIDIA/jetson-gpiocd jetson-gpio/samples

這里的范例都需要結合一些很基本的電子實驗設備，例如面包板、LED 燈、杜邦線、小電阻、小電容之類的設備，實驗內容非常簡單，請自行采購相關元件并跟著說明執行就可以，這里不做這些范例的講解。

至于還有些環境變量配置問題，也請參考開源項目內的說明，不過在 Jetbot 項目中都已經調試好了。

四種GPIO引腳調用模式

這是最后一個容易造成混淆的部分，因為作為 GPIO 用途的腳位有四種調用的模式，這也是因為過去長年積累的兼容性問題所導致的，不過只要搞清楚之后也都不是大問題。

在代碼一開始的時候，需要使用“GPIO.setmode（GPIO_MODE）”指令進行模式的指定，其中“GPIO_MODE”可以是以下四種：

1. GPIO.BOARD：這種模式的引腳是根據“1~40”的物理編號進行指定，是最簡單易懂的方式，不過必須注意得避開已經設置為 SFIO 的引腳。例如：

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）GPIO.setup（12， GPIO.IN） # 設置12號引腳為輸入GPIO.setup（13， GPIO.OUT， initial=GPIO.HIGH） # 設置13號引腳為輸出

這是最直觀而且簡單的模式，推薦初學者使用！

2. GPIO.BCM：這種編號是因為控制芯片主要來自于博通（Broadcom）公司，而他們自定義了一組 BCM 編碼方式，在 Jetson Nano（含2GB）開發套件的針腳位背面所印刷的“Dxx”編號（如下圖），就是 BCM 的編碼。

下面是簡單的調用方法，不過指定的腳位是根據 BCM 編碼原則：

GPIO.setmode（GPIO.BCM）GPIO.setup（12， GPIO.IN） # 設置D12（BOARD的32）腳位為輸入GPIO.setup（13， GPIO.OUT） # 設置D13（BOARD的33）腳位為輸出

很多傳統樹莓派的項目里習慣使用 BCM 編碼，仔細對照就能輕易理解。

3. GPIO.CVM與GPIO.TEGRA_SOC：這兩種模式使用各 GPIO 管腳命名的字符串，作為設置引腳的參數，其中 CVM 是根據 CVM/CVB 連接器信號名稱命名，TEGRA_SOC 是根據 Tegra SoC 中信號名稱來命名的。例如：

GPIO.setmode（GPIO.TEGRA_SOC）GPIO.setup（‘SPI1_SCK’， GPIO.IN） # 設置BOARD的23腳位為輸出GPIO.setup（‘SPI1_MISO’， GPIO.OUT） # 設置BOARD的21腳位為輸出

結語

過去大家對于 NVIDIA Jetson 系列產品的深度學習能力是比較熟悉的，但是要將使用價值再擴展到工業場景的時候，也必須對這個 40 針引腳的用法有足夠的掌握。

本文將大部分困擾初學者的問題進行較更有邏輯的梳理，日后只要大家能弄清楚 SFIO 與 GPIO 之間的差異、Jetson-IO 與 Jetson.GPIO 的不同，以及 GPIO 四種編碼模式的對應腳位如何查找，其他的問題就是透過代碼去熟練這些調用，也不必在乎是用 Python 庫還是 C 語言庫了。

原文標題：NVIDIA Jetson Nano 2GB 系列文章（43）：Jetson的40針引腳

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