一、驱动代码的开发

1.树莓派寄存器的介绍

点击查看：树莓派（bcm2835芯片手册）

GPFSEL0 GPIO Function Select 0：功能选择输入/输出

GPSET0 GPIO Pin Output Set 0 ：输出0
GPSET1 GPIO Pin Output Set 1 ：输出1
0 = No effect
1 = Set GPIO pin n

GPCLR0 GPIO Pin Output Clear 0：清零
0 = No effect
1 = Clear GPIO pin n
GPCLR1 GPIO Pin Output Clear 1 ：清1

每个寄存器都是32位的

例如：我们把引脚4配置位输出引脚
FSEL4 14-12 001 我们把4引脚的14-12配置成001 GPIO Pin 4 is an output

注意：我们配置的底层引脚对应得是BCM
寄存器第0组位FESL0–9
寄存器第1组位FSEL10–19

具体的引脚也可通过官方手册查找
https://pinout.xyz/pinout/pin7_gpio4

2.寄存器的地址问题

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。

特别注意，BCM2708 和BCM2709 IO起始地址不同，BCM2708是0x20000000,BCM2709是0x3f000000,这是造成大部分人驱动出现“段错误”的原因。树莓派3B的CPU为BCM2709。

查看树莓派型号

cat /proc/cupinfo

此处指令看到的型号不是树莓派cpu真的型号，其真正型号应该是BCM2837,也就是IO在物理地址上的基址应该是0x3F000000。

通过查看芯片手册发GPFSEL0寄存器VC  CPU总线地址是0x7E200000，
相对基址(0x7E000000)偏移0x00200000，那么ARM物理地址也是偏移这
么多,所以GPIO的物理地址应该是从0x3f200000 开始 。

该图的尾部偏移是对的根据GPIO的物理地址0x3f200000可以知道：
GPFSEL0 0x3f200000
GPSET0 0x3f20001c
GPCLR0 0x3f200028

这里我们需要注意的是，上面的地址是物理地址，一般来说，在系统运行时，外设的I/O内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。但是CPU通常并没有为这些已知的外设I/O内存资源的物理地址预定义虚拟地址范围，驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源，而必须将它们映射到核心虚地址空间内（通过页表），然后才能根据映射所得到的核心虚地址范围，通过访内指令访问这些I/O内存资源。

所以我们必须通过函数void __iomem * __ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size, unsigned long flags);来映射获取到对应物理地址映射的虚拟地址，来访问寄存器。

void __iomem * __ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size, unsigned long flags);ioremap宏定义在asm/io.h内：#define ioremap(cookie,size)           __ioremap(cookie,size,0)

参数：

phys_addr：要映射的起始的IO地址

size：要映射的空间的大小

flags：要映射的IO空间和权限有关的标志

该函数返回映射后的内核虚拟地址(3G-4G). 接着便可以通过读写该返回的内核虚拟地址去访问之这段I/O内存资源。

这里我们不指定flags，函数使用方法如下:（volatile的作用是为了保证地址不会因编译器的优化而省略，每次直接读取值）

GPFSEL0=(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);   //初始化设置引脚功能的寄存器的地址 GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);  // 初始化控制引脚输出‘1’的寄存器地址GPCLR0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);  //初始化控制引脚输出‘0’的寄存器的地址

关于file_operations结构体：Linux使用file_operations结构访问驱动程序的函数，这个结构的每一个成员的名字都对应着一个调用。用户进程利用在对设备文件进行诸如read/write操作的时候，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函数，这是Linux的设备驱动程序工作的基本原理。

我们写驱动都需要根据不同需求选择性的对file_operations结构体中的成员进行配置：

static struct file_operations pin4_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open  = pin4_open,   //配置open函数.write = pin4_write,  //配置write函数};

注意：第一个 file_operations 成员owner根本不是一个操作; 它是一个指向拥有这个结构的模块的指针. 这个成员用来在它的操作还在被使用时阻止模块被卸载. 几乎所有时间中, 它被简单初始化为 THIS_MODULE, 这是一个在 <linux/module.h> 中定义的宏.

最后完成的驱动代码如下：

pin4driver.c

#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*GPFSEL0 &=~(0x6<<12);//6的二进制是110左移12位后，110对应的位置是14-12，取反后110变为001其它位为1，和GPFSEL0进行与运算后就实现只有14、13位改变为0*GPFSEL0 |=(0x1<<12);//把bit14，bit13配置成0 //把位置12变为1//配置pin4引脚为输出引脚,bit 12~14配置成100return 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//可以用copy_to_user()函数读取引脚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//获取上层write函数的值copy_from_user(&usercmd,buf,count);//根据值来操作io口，高电平或者低电平if (usercmd==1){printk("set 1\n");*GPSET0 |=(0x1 <<4); //通常pin4用1左移4位进行或运算} else if(usercmd==0){printk("set 0\n");* GPCLR0 |=(0x1<<4); }else{printk("do nothing\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;printk("ismod pin4 successed\n");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);//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GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);//ioremap函数将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。//ioremap函数第一个参数输物理地址，第二个参数是return 0;
}void __exit pin4_drv_exit(void)
{iounmap(GPFSEL0);  //卸载驱动时候为了降低风险，需要把映射解除。iounmap(GPSET0);iounmap(GPCLR0);//卸载驱动时释放地址映射  和创建时是相反的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");

tips：

volatile //特征修饰符 作为指令关键字作用：1.确保指令不会因编译器的优化而省略。（编译器自认为人为给的数据不行，可能会被编译器给优化掉）2.要求每次直接从寄存器读值。（寄存器随着硬件的执行可能会改变寄存器里面的数据，如果没有volatile修饰，读取的数据是原先数据的一个备份，是个老数据，数据时效性就很差。）unsigned 作用：整数分为有符号与无符号，如果要把类型声明为无符号数就需要使用unsigned来修饰（除char以外的数据类型中，默认情况下声明的整型变量都是有符号的类型），两者区别在于，有符号的数最高位的数作为符号位，无符号最高位作为值。如两个字节的short，有符号表示范围是-32768~32767，无符号范围是0~65535.

注意
为了不影响其他的引脚，配置寄存器的时候要用位操作，寄存器有32位，若想配13、14位为0，可以将二进制的110左移12位然后按位取反，在与上原来的寄存器地址，这样就不影响其他位。

上层应用代码如下:

pin4test.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{int fd,data;fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);printf("plese input 1 or 0 //1:high 0:low\n ");scanf("%d",&data);if(fd<0){printf("open fail\n");perror("reson:");}else{printf("open successful\n");}fd=write(fd,&data,1);return 0;
}

编译驱动代码

完成驱动代码后，修改linux内核文件drivers /char下的Makefile 文件，

添加一条信息obj-m +=pin4driver.o (-m是模块方式编译，pin4driver.o是你自己写的驱动的文件名)

只有添加了这条信息，在编译内核的时候，才会去编译你自己写的驱动代码。

添加完成之后：

重新编译内核模块

指令为（该指令需要在内核代码文件路径下执行）：ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 modules

编译好后会在/driver/char/路径多生成一个pin4driver.ko文件

将这个.ko文件放到树莓派上

3、在树莓派上装载该驱动

将该驱动装载进树莓派：sudo insmod pin4driver.ko

并且给予其操作权限： sudo chmod 666 /dev/pin4_moudle

可以看到驱动列表多了一个

当看见pin4driver就意味着驱动装载成功，这个时候会在根目录下的/dev/内看到一个pin4_moudle文件，这个文件的名字是在你写驱动代码时定义的模块名称

给予这个模块操作权限： sudo chmod 666 /dev/pin4_moudle

此时自己编写的驱动模块已经装载完毕。

4、测试驱动

我们可以在树莓派上编写代码来测试该驱动：

测试：

未输入之前树莓派gpio状态，pin4号脚输出为0

dmesg查看

gpio readall查看

输入1后

对应BCM4号脚输出变为1

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