[嵌入式]树莓派 IO 口驱动代码编译和测试

IO口空间的起始地址（物理地址）

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。

我们需要确定GPFSEL0的物理地址，就要找出偏移量

?可以得到 GPFSEL0 的物理地址：0x3F00 0000+（0x7E20 0000- 0x7E00 0000）=0x3F20 0000

同理可得

GPSET0的地址为： 0x3F20 001C；
GPCLR0的地址为： 0x3F20 0028；

映射虚拟地址

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。

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（）。

void* ioremap（unsigned long phys_addr , unsigned long size , unsigned long flags）

void* iounmap(void * addr);

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//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。

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第一个参数是映射的起始地址

第二个参数是映射的长度

第三个参数是要映射的IO空间和权限有关的标志

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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);
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。

驱动代码编写

根据驱动框架的代码进行修改

寄存器地址初始化

?驱动加载的时候在入口函数对寄存器地址赋值

在open的时候配置pin4为输出引脚

//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,,,,bit  12-14 配置成001
    *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);  //0x6 (0110)左移12位，取反（1001）与运算，结果把bit 13、14位配置为0
    *GPFSEL0 |= (0x1 << 12); //0x1  (0001)左移12位，或运算，把第12位配置为1

    return 0;
}

在write函数获取用户层的数据，根据上层值来操作io口输出高电平或者低电平

//led_write函数
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{
    int cmd;

	printk("pin4_write\n");
    //获取上层write函数的值
    copy_from_user(&cmd,buf,count);
    //根据值来操作io口、高电平、或者低电平
    if (cmd == 1)
    {
        printk("set 1\n");
        *GPSET0 |= 0x1 << 4;
    }else if (cmd == 0)
    {
        printk("set 0\n");
        *GPCLR0 |= 0x1 <<4;    
    }else{
        printk("faild\n");
    }

	return 0;
}

并且在出口函数解除寄存器的地址映射（防止风险）

?驱动完整代码编写

#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;

static int pin4_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    printk("pin4_read\n");
    
    return 0; 
}

//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,,,,bit  12-14 配置成001
    *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);  //0x6 (0110)左移12位，取反（1001）与运算，结果把bit 13、14位配置为0
    *GPFSEL0 |= (0x1 << 12); //0x1  (0001)左移12位，或运算，把第12位配置为1

    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 cmd;

	printk("pin4_write\n");
    //获取上层write函数的值
    copy_from_user(&cmd,buf,count);
    //根据值来操作io口、高电平、或者低电平
    if (cmd == 1)
    {
        printk("set 1\n");
        *GPSET0 |= 0x1 << 4;
    }else if (cmd == 0)
    {
        printk("set 0\n");
        *GPCLR0 |= 0x1 <<4;    
    }else{
        printk("faild\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;
    printk("insmod driver pin4 success\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");		//用代码在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);  //把物理地址映射成虚拟地址
    GPSET0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001c,4);
    GPCLR0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);

    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);  //卸载驱动

}

module_init(pin4_drv_init);  //入口，内核加载该驱动（insmod）的时候，这个宏被使用
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");

编译和测试

把写好的驱动文件拷贝到源码树目录的 /drivers/char 目录下

?修改Makefile

?编译驱动代码(切回到源码树目录进行编译)

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

?把驱动文件拷贝到树莓派,安装驱动，赋予权限

scp? pin4driver2.ko pi@192.168.1.106

sudo insmod pin4driver2.ko

sudo chmod 666 /dev/pin4

?编写测试程序拷贝到树莓派

测试代码

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
        int fd;
        int cmd;
        int data;

        fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);
        if(fd<0){
                printf("open fail\n");
                perror("reason:");
        }
        else{
                printf("open success\n");
        }
        printf("input  :  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,sizeof(int));
}

交叉编译后把程序拷贝到树莓派，然后在树莓派运行

?arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test
?scp pin4test pi@192.168.1.106:/home/pi

?查看树莓派引脚4状态

再次运行测试程序，输入0，查看引脚

?