树莓派芯片导读和IO口驱动编程篇
一：地址
1.总线地址：
AB（全称：Address Bus，中文名：地址总线）属于一种电脑总线，是由CPU或有DMA能力的单元，用来沟通这些单元想要存取电脑内存元件/地方的实体位址。
通俗的说就是CPU能够访问内存的范围。
比如现象：装了32位win7操作系统，明明内存条8G，可是系统只识别了3.8G，当装了64位的win7操作系统才能识别到8G
32位能表示/访问4.294.967.296bit
bit=4.294.967.296
kbit=4.194.304
mbit=4.096
gbit=4
树莓派也是跑32位的操作系统，所以最高只能支持到4G的内存。
查看树莓派的内存条有多大：
cat /proc/meminfo
2.物理地址：
硬件的实际地址或绝对地址。
3.虚拟地址：
逻辑（基于算法的地址（软件层面的地址，它是个假地址）），称为虚拟地址。
基于树莓派芯片手册来理解物理地址和虚拟地址：
假如树莓派的真正内存只有1G，但是有些程序内存占用空间超过了一个G，这个时候怎么办呢？
虚拟地址可以把物理地址1G映射成4G，让程序在虚拟地址上跑
查看树莓派CPU型号：
cat /proc/cpuinfo
BCM2835 是树莓派3b cpu的型号，它是ARM-cotexA53架构
二：驱动两大利器：电路图和芯片手册
电路图：通过电路图找到寄存器
芯片手册：进行编写
这个手册不用去细看，做到哪个板块的开发就看哪个板块的，比如串口板块开发看串口。。。
1.芯片手册第六章：树莓派寄存器的介绍
这些寄存器都是管理GPIO的
address：总线地址
description：功能介绍
Field Name：寄存器名字
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 0 //输出1
0 = No effect
1 = Set GPIO pin n
GPCLR0 GPIO Pin Output Clear 0 //清0
0 = No effect
1 = Clear GPIO pin n
GPCLR1 GPIO Pin Output Clear 1 //清1
2.每个寄存器都是32位的，每3个位为一组配置某个I/O口
寄存器第0组位FESL0–9
寄存器第1组位FSEL10–19
例如：我们把引脚4配置为输出引脚
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
具体的引脚也可通过官方手册查找：
3.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)
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。
三：I/O操控代码编程
1.
#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;
//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引脚位输出引脚，bit 12--14 配置成001
*GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);//把bit14 bit13配置成0
*GPFSEL0 |= (0x1 << 12);
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");
//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,
};
int __init pin4_drv_init(void)
{
printk("insmod drive pin4 success\n");
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");
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); //物理地址转换位虚拟地址，io口寄存器映射成普通内存单元访问
GPSET0 = (volatile unsigned int*)ioremap(0x3f20001c,4);
GPCLR0 = (volatile unsigned int*)ioremap(0x3f200028,4);
return 0;
}
void __exit pin4_drv_exit(void)
{
iounmap(GPFSEL0);
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
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");
注意：
volatile : 指令不会因为编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。
按位与：0&0 = 0，0&1 = 0，1&0 = 0，1&1 = 1
按位或：0|0 = 0，1|0 = 1，0|1 = 1，1|1 =1
2.应用层代码：
#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 failed\n");
perror("reson:");
}else{
printf("open success\n");
}
printf("input commnd : 0/1 \n 1:set pin4 high\n 0: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,1);
return 0;
}
3.驱动代码进行模块化编译：
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j2 modules
驱动代码的加载有两种：
第一种是直接写到内核，需要重新启动内核才能实现
第二种是把驱动代码编译成模块.ko文件，然后加载到现有的内核中就可以实现
显然第二种更加方便
4.把编译好的驱动模块文件和交叉编译的测试文件远程拷贝到树莓派：
5.把驱动模块文件加载进树莓派内核：
sudo insmod pin4driver2.ko
dmesg
查看内核打印状态，转载成功：
6：运行测试代码之前，想要给驱动代码文件加一个权限：
sudo chmod 666 /dev/pin4
上层运运行测试代码：
底层看到内核打印的信息：
然后再看到树莓派的pin4引脚信息：
这样我们就实现了一个简单的驱动了。