树莓派高级开发——“IO口驱动代码的编写“

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树莓派高级开发——“IO口驱动代码的编写“

首页冒险解谜我是scp096更新时间：2024-04-29
微机总线地址地址总线：

kbit——mbit——gbit 差1024 bit 4,294,967,296 kbit 4,194,304 K mbit 4,096 M gbit 4 G

数据总线：数据总线的宽度对CPU的性能的影响：物理地址（PA）虚拟地址（VA）

有关各种地址介绍的博文：

物理地址、虚拟地址、总线地址 物理地址和总线地址区别

页表（MMU的单元）

分页管理：

更详细的地址问题看这里

BCM2835芯片手册

下面截取树莓派芯片手册的一张图：

BCM2835是树莓派3B CPU的型号，是ARM-cotexA53架构，cpu Bus是地址总线，00000000~FFFFFFFF是CPU寻址的范围（4G）。DMA是高速拷贝单元，CPU可以发动DMA直接让DMA进行数据拷贝，直接内存访问单元。物理地址（PA）1G、虚拟地址（VA）4G 若程序大于物理地址1G,是不是就跑不了了，不是的，它有个MMU的单元，把物理地址映射成虚拟地址，我们操作的代码基本上都是在虚拟地址，它有一个映射页表（上面提及到过）

配置树莓派的pin4引脚为输出引脚：

功能选择 输出/输入（GPIO Function Select Registers）32位 14-12 001 = GPIO Pin4 is an output

只需要将GPFSL0这个寄存器的14~12位设置为001就可以了。只需要将0x6（对应的2进制是110）左移12位·然后取反再与上GPFSL0就可以将13、14这两位配置为0，然后再将0x6（对应2进制110）左移12位，然后或上GPFSL0即可将12位置1。

若想找树莓派引脚点这里

树莓派IO操控驱动代码：ioremap、iounmap：

一. 一般我们的外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，通常包括控制寄存器、状态寄存器、数据寄存器三大类。外设的寄存器通常被连续编址，并且根据CPU的体系架构不同CPU对IO端口的编制方式有两种：

二、 在驱动开发过程中，一般来说外设的IO内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。但是CPU不会为这些已知的外设IO内存资源预先指定虚拟地址的值，所以驱动程序不可以直接就通过外设的物理地址访问到IO内存，而必须要将其映射到虚拟地址空间（通过页表），然后才能根据内核映射过后的虚拟地址来通过内存指令访问这些IO内存，并对其进行操作。

三、 在Linux内核的io.h头文件中声明了ioremap（）函数，用来将IO内存资源映射到核心虚拟地址空间（3Gb~4GB）中，当然不用了可以将其取消映射iounmap（）。这两个函数在mm/ioremap.c文件中：

开始映射：void* ioremap（unsigned long phys_addr , unsigned long size , unsigned long flags） //用map映射一个设备意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或写入，实际上就是对设备的访问。 第一个参数是映射的起始地址 第二个参数是映射的长度 第二个参数怎么定啊？ ==================== 这个由你的硬件特性决定。 比如，你只是映射一个32位寄存器，那么长度为4就足够了。 （这里树莓派IO口功能设置寄存器、IO口设置寄存器都是32位寄存器，所以分配四个字节就够了） 比如：GPFSEL0=(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4); GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4); GPCLR0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4); 这三行是设置寄存器的地址,volatile的作用是作为指令关键字 确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值 ioremap函数将物理地址转换为虚拟地址，IO口寄存器映射成普通内存单元进行访问。 解除映射：void iounmap（void* addr）//取消ioremap所映射的IO地址 比如： iounmap(GPFSEL0); iounmap(GPSET0); iounmap(GPCLR0); //卸载驱动时释放地址映射 树莓派IO口四的驱动代码：

#include <linux/fs.h> //file_operations声明 #include <linux/module.h> //module_init module_exit声明 #include <linux/init.h> //__init __exit 宏定义声明 #include <linux/device.h> //class devise声明 #include <linux/uaccess.h> //copy_from_user 的头文件 #include <linux/types.h> //设备号 dev_t 类型声明 #include <asm/io.h> //ioremap iounmap的头文件 static struct class *pin4_class; static struct device *pin4_class_dev; static dev_t devno; //设备号 static int major =231; //主设备号 static int minor =0; //次设备号 static char *module_name="pin4"; //模块名 volatile unsigned int* GPFSEL0 = NULL; volatile unsigned int* GPSET0 = NULL; volatile unsigned int* GPCLR0 = NULL; //这三行是设置寄存器的地址 //volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值 //led_open函数 static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file) { printk("pin4_open\n"); //内核的打印函数和printf类似 //配置pin4引脚为输出引脚 *GPFSEL0 &=~(0x6 <<12); // 把bit13 、bit14置为0 //0x6是110 <<12左移12位 ~取反 &按位与 *GPFSEL0 |=~(0x1 <<12); //把12置为1 |按位或 return 0; } //read函数 static int pin4_read(struct file *file,char __user *buf,size_t count,loff_t *ppos) { printk("pin4_read\n"); //内核的打印函数和printf类似 return 0; } //led_write函数 static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos) { int usercmd; printk("pin4_write\n"); //内核的打印函数和printf类似 //获取上层write函数的值 copy_from_user(&usercmd,buf,count); //将应用层用户输入的指令读如usercmd里面 //根据值来操作io口，高电平或者低电平 if(usercmd == 1){ printk("set 1\n"); *GPSET0 |= 0x01 << 4; } else if(usercmd == 0){ printk("set 0\n"); *GPCLR0 |= 0x01 << 4; } else{ printk("undo\n"); } return 0; } static struct file_operations pin4_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = pin4_open, .write = pin4_write, .read = pin4_read, }; //static限定这个结构体的作用，仅仅只在这个文件。 int __init pin4_drv_init(void) //真实的驱动入口 { int ret; devno = MKDEV(major,minor); //创建设备号 ret = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops); //注册驱动 告诉内核，把这个驱动加入到内核驱动的链表中 pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo");//让代码在dev下自动>生成设备 pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name); //创建设备文件 GPFSEL0=(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4); GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4); GPCLR0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4); printk("insmod driver pin4 success\n"); return 0; } void __exit pin4_drv_exit(void) { iounmap(GPFSEL0); iounmap(GPSET0); iounmap(GPCLR0); //卸载驱动时释放地址映射 device_destroy(pin4_class,devno); class_destroy(pin4_class); unregister_chrdev(major, module_name); //卸载驱动 } module_init(pin4_drv_init); //入口，内核加载驱动的时候，这个宏会被调用，去调用pin4_drv_init这个函数 module_exit(pin4_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL v2"); 1. 设置寄存器的地址

设置寄存器的地址，但是这样写是有问题的，我们上面讲到了在内核里代码和上层代码访问的是虚拟地址（VA），而现在设置的是物理地址，**==必须把物理地址转换成虚拟地址==**

//这三行是设置寄存器的地址 volatile unsigned int* GPFSEL0 = volatile (unsigned int *)0x3f200000; volatile unsigned int* GPSET0 = volatile (unsigned int *)0x3f20001C; volatile unsigned int* GPCLR0 = volatile (unsigned int *)0x3f200028; //volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值

我们先把地址初始

volatile unsigned int* GPFSEL0 = NULL; volatile unsigned int* GPSET0 = NULL; volatile unsigned int* GPCLR0 = NULL;

在初始化int __init pin4_drv_init(void) //真实的驱动入口里赋值。

//整数11 //0xb 11 00010001 即便是16进制也是整数，左边是volatile unsigned int* GPFSEL0 右边也强制转换成（volatile unsigned int*）

volatile的作用是作为指令关键字，确保本条 ==指令不会因编译器的优化而省略==，==且要求每次直接读值== 因为它是地址我希望它是无符号的unsigned

我们在编写驱动程序的时候，IO空间的起始地址是0x3f000000,加上GPIO的偏移量0x2000000,所以GPIO的物理地址应该是从0x3f200000开始的

然后在这个基础上进行Linux系统的MMU内存虚拟化管理，映射到虚拟地址上。用到了一个函数ioremap

//物理地址转换成虚拟地址，io口寄存器映射成普通内存单元进行访问
GPFSEL0=(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);
GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);
GPCLR0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4); //4是4个字节
2. 配置pin4引脚为输出引脚

配置pin4引脚为输出引脚 bit 12-14 配置成001

31 30 ······14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 ······0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

//配置pin4引脚为输出引脚 bit 12-14 配置成001 *GPFSEL0 &=~(0x6 <<12); // 把bit13 、bit14置为0 //0x6是110 <<12左移12位 ~取反 &按位与 *GPFSEL0 |=~(0x1 <<12); //把12置为1 |按位或

忘记按位与 按位或 点这里

3. 获取上层write函数的值，根据值来操作io口，高电平或者低电平

用copy_form_user(char *buf , user_buf , count)获取上层write函数的值

int usercmd; copy_from_user(&usercmd,buf,count); //将应用层用户输入的指令读如usercmd里面 //根据值来操作io口，高电平或者低电平 printk("get value\n"); if(usercmd == 1){ printk("set 1\n"); //置1 *GPSET0 |= 0x01 << 4; //用 | 或操作 目的是不影响其他位 //写1 是让寄存器 开启置1 让bit4为高电平 } else if(usercmd == 0){ printk("set 0\n"); //清0 *GPCLR0 |= 0x01 << 4; //用 | 或操作 目的是不影响其他位 //写1 是让清0寄存器 开启置0 让bit4为低电平 } else{ printk("undo\n"); //提示不支持该指令 } 4. 解除映射

解除映射：void iounmap（void* addr）；//取消ioremap所映射的IO地址

void __exit pin4_drv_exit(void) { iounmap(GPFSEL0); //解除映射 GPFSEL0 iounmap(GPSET0); //解除映射 GPSET0 iounmap(GPCLR0); //解除映射 GPCLR0 device_destroy(pin4_class,devno);//先销毁设备 class_destroy(pin4_class);//再销毁类 unregister_chrdev(major, module_name); //卸载驱动 }

上层测试代码：

#include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include <unistd.h> #include<stdlib.h> #include<stdio.h> int main() { int fd; int cmd; int data; fd = open("/dev/pin4",O_RDWR); if(fd<0){ printf("open failed\n"); }else{ printf("open success\n"); } printf("input commnd:1/0 \n 1:set pin4 high \n 0 :set pin4 low\n"); scanf("%d",&cmd); printf("cmd = %d\n",cmd); fd = write(fd, &cmd,4); //cmd类型是int 所以 写4 } 驱动卸载

在装完驱动后可以使用指令：sudo rmmod 驱动名（不需要写ko）将驱动卸载。

IO口驱动代码编译
  1. 首先在系统目录/SYSTEM/linux-rpi-4.14.y下使用指令：ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules对驱动模块进行编译生成.ko文件.
  2. 然后将编译后的驱动发送到树莓派：scp ./drivers/char/pin4driver.ko pi@192.168.0.104:/home/pi，然后再将上层代码进行编译：arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o realtest，然后再将测试代码传到树莓派：scp realtest pi@192.168.43.136:/home/pi/
  3. 然后在树莓派上面使用指令：insmod pin4drive.ko进行加载驱动（然后lsmod即可查看到该驱动），
  4. 然后使用指令：sudo chmod 666 /dev/pin4给予pin4这个设备可访问权限，还可以在虚拟机上面使用mk5sum查看驱动文件的值，并在树莓派上面使用该指令进行查看该驱动文件的值，看是否一致。
  5. dmesg查看内核打印的信息，如下图所示：
  6. 然后运行测试代码，在新建一个窗口，使用指令gpio readall可以看到BCM下面的4号引脚模式是输出模式，电平是低电平或高电平（根据输入的上层代码而定，输入0就是低电平，输入1就是高电平），这里我输入的是0，如下图所示：

有关驱动代码里面GPIO口地址的问题：

有关驱动代码里面GPIO口地址的问题：

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