树莓派博通BCM2835芯片手册导读及io口驱动代码的实现

树莓派博通BCM2835芯片手册导读及io口驱动代码的实现

树莓派寄存器的介绍
寄存器地址问题
驱动代码的实现
在linux中生成树莓派所需要的的程序及实现现象

一、树莓派寄存器的介绍

GPFSEL0 GPIO Function Select 0 功能选择 输出/输入

GPSET1 GPIO Pin Output Set 1 输出1
0 = No effect
1 = Set GPIO pin n

GPCLR0 GPIO Pin Output Clear 0 清除0
0 = No effect
1 = Clear GPIO pin n

每个寄存器都是32位的

比如：配置引脚4输出引脚
FSEL4 14-12 001 我们把引脚4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FSEL0-9
寄存器第1组位FSEL10-19
寄存器第2组位FSEL20-29

具体引脚的官方手册查询
https://pinout.xyz/pinout/pin7_gpio4

二、寄存器地址问题

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

这些地址是物理地址，我们要映射成虚拟地址，转化函数如下：`

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

void iounmap(void * addr);//取消映射的虚拟地址

参数：addr是ioremap生成的虚拟地址

三、IO口驱动代码的实现

驱动代码示例：

#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 unsigned int* GPSET0 =NULL;
volatile unsigned int* GPCLR0 =NULL;



static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{

        printk("pin4_open\n");
        //配置pin4引脚为输出引脚，bit  12--14 配置成001
        *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);
        *GPFSEL0 |= (0x1 << 12);
        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");
        //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)   // 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);//  物理地址转换为虚拟地址，io口寄存器映射成普通内存单元进行访问
        GPSET0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001c,4);
        GPCLR0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);
        return 0;

}

void __exit pin4_drv_exit(void)
{

        iounmap(GPFSEL0);  //取消ioremap映射的虚拟地址
        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");

应用层代码示例：

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{

	int fd;
	int data;
	int cmd;
	fd=open("/dev/pin4",O_RDWR);
	if(fd<0){

		printf("open failed\n");
	}else{

		printf("open success\n");
	}
        printf("input commnd :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,1);

}

四、在linux中生成树莓派所需要的的程序及实现现象

1.图中目录下有pin4drver2.c这个文件 然后再这个目录下打开Makefile 输入obj-m += pin4drver2.o

2.在指定的目录中用内核编译生成pin4drver2.ko的文件
在/home/lh/SYSTEM/linux-rpi-4.14.y/中 输入
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules
会在 home/lh/SYSTEM/linux-rpi-4.14.y/drivers/char 生成一个pin4drver2.ko的文件

3.通过远程拷贝命令scp将这个生成的pin4drver2.ko文件发送到树莓派中
scp drivers/char/pin4drver2.ko [email protected]:/home/p

4.在Linux中写的操作驱动的文件（pin4test.c ）发送到树莓派
先用交叉编译成名为 pin4test程序
arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test

然后通过远程拷贝命令scp 将生成的 pin4test 程序 发送到树莓派
scp pin4test [email protected]:/home/pi

5.用sudo insmod pin4drver2.ko来加载内核驱动 然后再dev 底下是否生成了驱动pin4

6.直接运行操作驱动的程序会显示打开失败 要给这个驱动加上运行权限
这里是用超级用户权限 sudo chmod 666 /dev/pin4才能 再次运行操作驱动的程序就会成功

7.最后用dmesg(加载内核中所有的驱动）查看你生成动是否被调用了

此时的io口的电平变了