LED制御プロジェクトの作成
では、この仮想ファイルシステムを使う方法で、LEDを点灯させるプロジェクトを作成してみましょう。
新しいプロジェクトの作成
まずはVisual Studioで、新しいプロジェクトを作成します。プロジェクトのテンプレートは、コンソールアプリ（.NET Core）を選択します。
プロジェクトの構成は、プロジェクト名をVirtualFile、ソリューション名をPieCore、としました。またプロジェクトの場所は、前回解説したsambaを利用して、Raspberry Piの共有フォルダを直接指定しています。つまりプロジェクトファイルは、Raspberry Pi上に作成されることになります。なお、PCのローカルフォルダに作成した場合は、アプリケーションの実行時に、プロジェクトフォルダをRaspberry Piにコピーします。
共有フォルダを指定してプロジェクトを作成すると、セキュリティ警告が表示される場合があります。今回は、自分で作成するプロジェクトであり問題ないので、そのままOKをクリックします。
プロジェクトの設定
プロジェクトが作成されたら、次に、CPU（ソリューション プラットフォーム）の設定を行います。メニューから、構成マネージャーを選択します。
ダイアログが表示されるので、アクティブ ソリューション プラットフォーム欄のところから新規作成を選びます。
新しいソリューション プラットフォームの設定画面が表示されたら、最初の入力欄のところを、linux-armに変更して、OKをクリックします。
構成マネージャーを閉じると、CPU（ソリューション プラットフォーム）が変更されます。これで、Raspberry Pi用のアプリケーションが作成できます。
クラスの作成
プロジェクトの準備ができましたので、Program.csにコードを追加していきましょう。先ほどの仮想ファイルシステムでの手順を、そのままクラスにしてみます。
// 仮想ファイルによるGPIO操作クラス
class Gpio
{
// 仮想ファイルの起点パス
private const string BasePath = "/sys/class/gpio/";
// 使用するGPIOピンの初期設定（3）
public void Init(int pin)
{
// pinの初期化
if (!Directory.Exists($"{BasePath}gpio{pin}"))
{
using var sw = new StreamWriter($"{BasePath}export");
sw.Write(pin); // （1）
}
// ディレクトリの生成確認（2）
while (!Directory.Exists($"{BasePath}gpio{pin}"))
{
Thread.Sleep(10);
}
}
～略～
}
Initメソッドでは、使用するGPIOピンの初期設定を行います（3）。/sys/class/gpio/gpio番号のディレクトリが存在しないとき、StreamWriterクラスを使って、仮想ファイルの/sys/class/gpio/exportにGPIOの番号を書き込んでいます（1）。番号を書き込んですぐには、/sys/class/gpio/gpio番号のディレクトリが作成されないので、作成されるまで待ちます（2）。
なお、ここでは、C#8.0の機能である、using変数宣言を使っています。 usingステートメントでは、スコープを示す{}が必要でしたが、using変数では、usingの有効範囲は、using変数のスコープと同じになります。
GPIOピンの設定
次に、GPIOピンの出力・入力の設定と、値を設定するメソッドを追加します。
// GPIOの値（4）
public enum Value { OFF = 0, ON = 1 }
// outの設定（5）
public void SetOut(int pin)
{
using var sw = new StreamWriter($"{BasePath}gpio{pin}/direction");
sw.Write("out");
}
// inの設定（6）
public void SetIn(int pin)
{
using var sw = new StreamWriter($"{BasePath}gpio{pin}/direction");
sw.Write("in");
}
// 値の設定（7）
public void SetValue(int pin, Value val)
{
using var sw = new StreamWriter($"{BasePath}gpio{pin}/value");
sw.Write((int)val); //（8）
}
SetOut／SetInメソッドでは、仮想ファイルの/sys/class/gpio/gpio番号/directionに、out、inの文字列を書き込みます（5）（6）。SetValuメソッドでは、/sys/class/gpio/gpio番号/valueに、引数で指定した値を書き込みます（7）。引数は、enum型として定義しています（4）。なお、仮想ファイルには、0または1の数値の文字列を書き込む必要があります。enum型でそのまま書き込むと、定数の文字列表現（例えばOFFなど）が書き込まれるので、ここでは(int)で数値型にキャストして、数値に変換しています（8）。
GPIOピンの参照
次に、GPIOピンの参照です。
// 値の参照
public Value GetValue(int pin)
{
string v = File.ReadAllText($"{BasePath}gpio{pin}/value"); //（9）
return (Convert.ToInt32(v) == (int)Value.ON) ? Value.ON : Value.OFF; //（10）
}
仮想ファイル/sys/class/gpio/gpio番号/valueの読み出しには、File.ReadAllTextメソッドを利用しています（9）。このメソッドは、ファイルのクローズ処理もメソッド内で完結しているので、シンプルなコードで記述できます。File.ReadAllTextメソッドで読み出した文字列は、いったん数値に変換してenum型の値と比較し、適合したenum型を返しています（10）。
GPIOピンの終了処理
最後に、終了処理のTerminateメソッドを追加します。
// 使用したGPIOピンの終了処理
public void Terminate(int pin)
{
if (Directory.Exists($"{BasePath}gpio{pin}"))
{
using var sw = new StreamWriter($"{BasePath}unexport");
sw.Write(pin);
}
}
GPIOピンの初期設定と同様に、仮想ファイルの/sys/class/gpio/unexportに番号を書き込んでいます。
スイッチとLED点灯のコード
クラスができたので、タクトスイッチが押されたら、LEDが点灯するコードを作成してみます。30秒間スイッチの判定を行い、30秒すぎたら終了します。
var gpio = new Gpio();
var p1 = 4;
var p2 = 15;
// GPIOの初期化
gpio.Init(p1);
gpio.Init(p2);
// GPIOのIN,OUT設定
gpio.SetOut(p1);
gpio.SetIn(p2);
// 30秒間処理を行う
for (int i=0; i<300; i++)
{
// GPIO15がOFFになれば（スイッチが押されれば） （10）
if (gpio.GetValue(p2) == Gpio.Value.OFF)
{
// LED点灯
gpio.SetValue(p1, Gpio.Value.ON);
}
else
{
// LED消灯
gpio.SetValue(p1, Gpio.Value.OFF);
}
Thread.Sleep(100);
}
// GPIOの終了処理
gpio.Terminate(p2);
gpio.Terminate(p1);
ここでは、GPIO4番ピンをLED点灯用に出力としています。また、15番ピンをスイッチの判定のため入力に設定しています。スイッチの判定は、ぱっと見ると反対のように感じますが、GPIO15番ピンは、デフォルトでプルアップとして接続されています。そのため、GPIO15番の値は、初期状態でONになります。スイッチを押したときに、GNDに接続されるような回路とすると、スイッチを押せば、GPIO15番の値はOFFになります。
【注】プルアップ、プルダウン
GPIOなどの電子回路の入出力端子は、通常、電源やGND（グランド）に接続するようにして、どこにも接続していない状態は、できるだけ避けるようにします。端子を、電源に接続する回路はプルアップ、GNDに接続する回路は、プルダウンと呼びます。
Raspberry Piでは、内部的に、プルアップまたはプルダウンの接続になっています。また、プルアップ、プルダウンの接続は、ソフトウェアで切り替えることもできます。
