树莓派博通BCM2835芯片手册导读及io口驱动代码的实现

树莓派寄存器的介绍
寄存器地址问题
驱动代码的实现
在linux中生成树莓派所需要的的程序及实现现象

一、树莓派寄存器的介绍

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

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

GPCLR0 GPIO Pin Output Clear 0 清除0
0 = No effect
1 = Clear GPIO pin n

每个寄存器都是32位的

比如：配置引脚4输出引脚
FSEL4 14-12 001 我们把引脚4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FSEL0-9
寄存器第1组位FSEL10-19
寄存器第2组位FSEL20-29

具体引脚的官方手册查询
https://pinout.xyz/pinout/pin7_gpio4

二、寄存器地址问题

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。

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

这些地址是物理地址，我们要映射成虚拟地址，转化函数如下：`

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

void iounmap(void * addr);//取消映射的虚拟地址

参数：addr是ioremap生成的虚拟地址

三、IO口驱动代码的实现

驱动代码示例：

#include <linux/fs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/types.h>
#include <asm/io.h>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;static int pin4_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{printk("pin4_read\n"); return 0;
}static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{printk("pin4_open\n");//配置pin4引脚为输出引脚，bit  12--14 配置成001*GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);*GPFSEL0 |= (0x1 << 12);return 0;}static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{int usercmd;printk("pin4_write\n");//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;}else if(usercmd==0){printk("set 0\n");*GPCLR0 |=0x1 <<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,};int __init pin4_drv_init(void)   // 真实驱动入口
{int ret;devno = MKDEV(major,minor);   // 2.创建设备号 ret   = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops);    //3.注册驱动 告诉内核，把这个驱动加入到内核的链表中pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo");  // 让代码在dev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);//  物理地址转换为虚拟地址，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);GPCLR0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);return 0;}void __exit pin4_drv_exit(void)
{iounmap(GPFSEL0);  //取消ioremap映射的虚拟地址iounmap(GPSET0);iounmap(GPCLR0);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
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");

应用层代码示例：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{int fd;int data;int cmd;fd=open("/dev/pin4",O_RDWR);if(fd<0){printf("open failed\n");}else{printf("open success\n");}printf("input commnd :1/0 \n1:set pin4 high \n0:set pin4 low\n");scanf("%d",&cmd);      if(cmd==1){data=1;}if(cmd==0){data=0;}printf("data=%d\n",data);fd=write(fd,&data,4);}

四、在linux中生成树莓派所需要的的程序及实现现象

1.图中目录下有pin4drver2.c这个文件然后再这个目录下打开Makefile 输入obj-m += pin4drver2.o

2.在指定的目录中用内核编译生成pin4drver2.ko的文件
在/home/lh/SYSTEM/linux-rpi-4.14.y/中输入
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules
会在 home/lh/SYSTEM/linux-rpi-4.14.y/drivers/char 生成一个pin4drver2.ko的文件

3.通过远程拷贝命令scp将这个生成的pin4drver2.ko文件发送到树莓派中
scp drivers/char/pin4drver2.ko pi@192.168.3.52:/home/p

4.在Linux中写的操作驱动的文件（pin4test.c ）发送到树莓派
先用交叉编译成名为 pin4test程序
arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test

然后通过远程拷贝命令scp 将生成的 pin4test 程序发送到树莓派
scp pin4test pi@192.168.52:/home/pi

5.用sudo insmod pin4drver2.ko来加载内核驱动然后再dev 底下是否生成了驱动pin4

6.直接运行操作驱动的程序会显示打开失败要给这个驱动加上运行权限
这里是用超级用户权限 sudo chmod 666 /dev/pin4才能再次运行操作驱动的程序就会成功

7.最后用dmesg(加载内核中所有的驱动）查看你生成动是否被调用了

此时的io口的电平变了