11.树莓派博通BCM2835芯片手册导读与IO口驱动代码调试和测试

硬件地址的相关概念

总线地址

32位的操作系统，cpu最多只能访问2^32bit，即只能访问4G的内存

64位的操作系统，cpu最多只能访问2^64bit，即只能访问8G的内存

物理地址

物理地址又叫硬件的实际地址或绝对地址

虚拟地址

是逻辑地址，有了虚拟地址cpu访问的内存可完全大于8g。程序大都跑在由物理地址映射成的逻辑地址上。

阅读芯片手册

由于我们要进行引脚驱动的开发，所以我们直接查看第六章的内容。

查看树莓派cpu型号

要编写对io口进行操控，我们首先需要去阅读芯片手册，我使用的是树莓派 3B，所以查看的手册是BCM2835，查看cpu型号可以用这个指令来查看：

cat /proc/cpuinfo

树莓派寄存器的介绍

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
以此类推…

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

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。

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

这里我们得到的是物理地址是不可操作的，我们需要转化成虚拟地址，通过 ioremap() 函数：

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)

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。

输出配置

这张图片表示有GPSET0和GPSET1两个寄存器，其中GPSET0表示操作0-31引脚，将对应引脚设置成1，可置高电平，设置成0，表示没有效果。

清零配置

这张图片表示有GPCLR0和GPCLR1两个寄存器，其中GPCLR0表示操作0-31引脚，将对应引脚设置成1，可置低电平。设置成0，表示没有效果。

底层驱动代码及上层测试代码

底层驱动代码

#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 device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：不会因编译器的优化而省略，每次直接读值
volatile unsigned int *GPSET0  = NULL; //unsigned：将数字类型无符号化
volatile unsigned int *GPCLR0  = NULL;//pin4_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//14~12位 设置为001*GPFSEL0 &=~(0x6<<12); //14,13位设置为00*GPFSEL0 |=  0x1<<12; //12位设置为1return 0;
}//open_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");copy_from_user(&userCmd,buf,count);if(userCmd==1){*GPSET0 |= 0x1<<4;}if(userCmd==0){*GPCLR0 |= 0x1<<4;}else{printk("undo!\n");}return 0;
}static int pin4_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{printk("pin4_read\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); //第一个参数真正的物理地址，第二个参数映射的大小  一个寄存器4个字节 4*8=32bit//32位计算机中，一个字长等于32位，一个字节是8位，所以从长度来说一个字长等于4个字节GPSET0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);//由于返回值是void*型需要强制转换 void __iomem * __ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size, unsigned long flags)GPCLR0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);//ioremap作用是：物理地址转换成虚拟地址return 0;
}void __exit pin4_drv_exit(void)
{iounmap(GPFSEL0);iounmap(GPSET0);iounmap(GPCLR0);device_destroy(pin4_class,devno);class_destroy(pin4_class);unregister_chrdev( major, module_name);
}module_init(pin4_drv_init);
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{int fd;int cmd;fd=open("/dev/pin4",O_RDWR);if(fd<0){printf("open failed!\n");perror("why");}else{printf("open successfully!\n");}printf("input commnd : 1/0 \n1: pin4 high\n0: pin4 low\n");scanf("%d",&cmd);if(cmd==1){write(fd,&cmd,sizeof(int)); //第二个参数是内容 是指针类型的参数；第三个参数是文件大小如果文件是char类型，则为1。如果是int类型，则为sizeof(int)}else if(cmd==0){write(fd,&cmd,sizeof(int));}else{printf("cmd is not good!\n");}
}

编译驱动代码(pin4driver.c)

把写好的驱动代码（driver2.c）放到源码树目录的 /drivers/char 目录下
修改Makefile文件

加入红框内的代码

回到源码树目录下来进行模块编译，生成pin4driver.ko文件

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules

把驱动代码发送到树莓派

scp pin4test.ko pi@192.168.1.108:/home/pi/work
指令 文件名       树莓派账号  IP    文件存放的路径

编译上层测试代码(pin4test.c)

编译上层测试代码

arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test

将生成的可执行文件发送到树莓派去

scp pin4test pi@192.168.1.108:/home/pi/work

测试驱动代码

回到树莓派加载刚刚编译好的驱动

sudo insmod pin4driver.ko

查看dev目录底下是否生成pin4驱动文件

ls /dev/pin4

或者

lsmod

给加载好的驱动（driver）分配可执行权限（因为加载过来的驱动只有root用户具备权限所以要加权限不然打开驱动会失败）

sudo chmod 666 /dev/pin4

运行测试代码

./pin4test1

效果展示

输入以下指令可查看引脚状态

gpio readall

没执行 pin4test 测试之前，4号引脚为 IN （输入）状态

执行 pin4test 后4号引脚的状态变为 OUT （输出），输出为 0 （低电平）

此时我们输入 1 ，输出由 0 （低电平）变为 1 （高电平）

此时我们重新运行 pin4test 测试，输入 0 ，输出由 1 （高电平）变为 0 （低电平）

说明成功了！！！

卸载驱动

sudo rmmod pin4driver

Salute to 老陈！！！

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