树莓派博通BCM2835芯片手册导读与IO口驱动代码调试和测试

Love The Way You Lie 2023-03-01 09:47 13阅读 0赞

### 1.树莓派寄存器的介绍 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
具体的引脚也可通过官方手册查找  
https://pinout.xyz/pinout/pin7\_gpio4  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

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。

### 3.驱动的编写 ###

#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不会因编译器的优化而省略，每次直接读值
    
    volatile unsigned int* GPSET0=NULL;
    
    volatile unsigned int* GPCLR0=NULL;
    
    static int pin4_read(struct file *file,char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
    
    { 
          printk("pin4_read\n");
          return 0;
    }
    
    static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
    
    { 
          printk("pin4_open\n");
          
          *GPFSEL0 &=~(0x6<<12);       //0x6 0110左移12位 取反后1001与上 结果为把bit1314配置成0
    
          *GPFSEL0 |=(0x1<<12);        //把第12位配置成1 14～12位001输出000为输入 其中一共0～31位 
           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");
    
          copy_from_user(&userCmd,buf,count);   //从上层获取函数的值第一个参数是一个char类型的指针const char __user *buf,用int也行
    
          if(userCmd==1)
    
          { 
             printk("set 1\n");
             *GPSET0 |=0x1<<4;         //0组的第四引脚置一
          }else if(userCmd==0)
          { 
             printk("set 0\n");
    
             *GPCLR0 |=0x1<<4;          //第四位置一让清零寄存器把第四引脚清零
    
          }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;
    
        printk("insmod driver pin4 success\n");
    
        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
    
        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);    //物理地址转换成虚拟地址
    
        return 0;
    
    }
    
    void __exit pin4_drv_exit(void)
    
    { 
    
       iounmap(GPFSEL0);       //iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射
    
       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");

### 4.应用层代码的编写 ###

#include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <stdio.h>
    int main()
    { 
    	int fd;
    	int cmd;
    	int data;                //与驱动代码保持一致 int userCmd
    	fd=open("/dev/pin4",O_RDWR);
    	if(fd<0)
    	{ 
    		printf("open failed\n");
    		perror("reson:");
    	}else{ 
    		printf("open success\n");
    	}
    	printf("input commnd : 1/0 \n1: pin4 high\n0: 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); 第二个参数是内容 一个指针类型 第三个参数是文件大小如果文件是char 则为1 如果是int 则为sizeof（int）
    	fd=write(fd,&data,sizeof(int));
    }

### 5.编译驱动代码(driver2.c) ###

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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

*  3 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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

*  4.把驱动代码发送到树莓派

scp drivers/char/driver2.ko  pi@192.168.0.106:/home/pi/work

![在这里插入图片描述][20200723185115639.png]

### 6.编译测试代码（pin4test1.c） ###

arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test1.c -o pin4test1

发送到树莓派去

scp pin4test1 pi@192.168.0.106:/home/pi/work

![在这里插入图片描述][20200723185435701.png]

### 7.把写好的驱动加载到内核中 ###

回到树莓派的系统中，加载驱动

sudo insmod driver2.ko

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

加载成功

### 8.给加载好的驱动（driver2）分配权限 ###

sudo chmod 666 /dev/pin4

![在这里插入图片描述][20200723190233846.png]

### 9.运行测试代码 ###

./pin4test1

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
此时4引脚的状态是IN，我们输入0  
![在这里插入图片描述][20200723190620968.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
此时驱动被我们修改成功，变成了OUT

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230209/06680ccbf6a24fa8ae4d1e42dd4a2573.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230209/08c0f54b901641cba43eae8b4c92b8bd.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230209/ad734f74448e4b4f9bb8fa09f509e392.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230209/12141243f6a24598a07684cffb9946eb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20230209/6b509953aaea473c9fcab4cedb364aa3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20230209/578141e82411421f9b06b58d9b6ecb2a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20230209/faf9d3b238ec4152885de8b583e0f7e3.png
[20200723185115639.png]: /images/20230209/ed7e6595d5d940dfad7ba769343e347f.png
[20200723185435701.png]: /images/20230209/76cd85bf6cb74c4da771d214d354a882.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20230209/083c43311d8c45f6b3424a38adc83243.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20230209/d325b4f98e9a4610a076b14d381c2977.png
[20200723190233846.png]: /images/20230209/2519e09f8c6f4bbc96a24d4a9c6bd1ab.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: /images/20230209/51228558fd0042c1bd99a7ffa32bc7e1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]: /images/20230209/6b0161044ac244f08a70441bc0017b14.png
[20200723190620968.png]: /images/20230209/a760425b918245c5a6d68189b5c15506.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]: /images/20230209/4eb3bc07cf9848569453240adf72636d.png