树莓派博通BCM2835芯片手册导读与IO口驱动代码调试和测试

1.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

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

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。

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 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

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  
#include  
#include  
#include  
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

• 3 编译驱动代码(切回到源码树目录进行编译)

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

• 4.把驱动代码发送到树莓派

scp drivers/char/driver2.ko  [email protected]:/home/pi/work

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 [email protected]:/home/pi/work

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

加载成功

8.给加载好的驱动（driver2）分配权限

sudo chmod 666 /dev/pin4

9.运行测试代码

./pin4test1

此时4引脚的状态是IN，我们输入0


此时驱动被我们修改成功，变成了OUT