IMX6ULL——GPIO

本章目的：使用GPIO点亮一个LED灯

1.LED原理

（1）LED类型：插脚LED；贴片LED。

（2）LED点亮电路

        法一：

        法二：

我们本章使用法二，使用IMX6ULL的GPIO引脚输出高低电平，控制LED亮。

（3）使用芯片点亮驱动方式

法一：使用引脚输出 3.3V 点亮 LED，输出 0V 熄灭 LED。

法二：使用引脚拉低到 0V 点亮 LED，输出 3.3V 熄灭 LED。

注：有的芯片为了省电等原因，其引脚驱动能力不足，这时可以使用三极管驱动。

法三：使用引脚输出 1.2V 点亮 LED，输出 0V 熄灭 LED。

法四：使用引脚输出 0V 点亮 LED，输出 1.2V 熄灭 LED。

2.使用GPIO口的普适方法

2.1 GPIO模块的一般结构

（1） 有多组 GPIO，每组有多个 GPIO

（2）使能：电源/时钟

（3）模式(Mode)：引脚可用于 GPIO 或其他功能 

（4）方向：引脚 Mode 设置为 GPIO 时，可以继续设置它是输出引脚，还是输入引 脚

（5）数值：  对于输出引脚，可以设置寄存器让它输出高、低电平 ；对于输入引脚，可以读取寄存器得到引脚的当前电平

2.2 GPIO寄存器操作

相关寄存器：

（1）ENABLE_使能寄存器：用于使能某个GPIO模块。

（2）PIN`S MODE_模式选择寄存器：选择引脚的功能（可以用于 GPIO、串口、USB 或其他功能）

（3）DIR_方向寄存器：用于选择输入还是输出。

（4）DATA_数据寄存器：用于给1或者给0。

2.3.1 如何在数据寄存器(Data_reg)写入值

（1）法一：直接读写

步骤：读出、修改对应位、写入、

val = data_reg;

val = val | (1

data_reg = val;

（2）法二：使用set-and-clear protocol寄存器

set_reg, clr_reg, data_reg 三个寄存器对应的是同一个物理寄存器,set_reg哪位置1表示选择data_reg的哪位，置0的没用；clear_reg哪位置1表示清除data_reg的哪位，置0没用。

a) 要设置 bit n：set_reg = (1

b）要清除 bit n：clr_reg = (1

比较：方法一较复杂，方法二较简便

3.IMX6ULL的GPIO操作方法

IMX6ULL 的GPIO资源

GPIO1 有 32 个引脚：GPIO1_IO0~GPIO1_IO31；

GPIO2 有 22 个引脚：GPIO2_IO0~GPIO2_IO21； 

GPIO3 有 29 个引脚：GPIO3_IO0~GPIO3_IO28；

GPIO4 有 29 个引脚：GPIO4_IO0~GPIO4_IO28；

GPIO5 有 12 个引脚：GPIO5_IO0~GPIO5_IO11；

注：IMX6ULL每一个GPIO都有自己的寄存器，GPIO1有自己的寄存器，GPIO2也有自己的寄存器，它们的寄存器不是公用的。

一个引脚需要四个步骤才可以使用它

步骤1：使能GPIO模块

步骤2：对于某个引脚，需要选择对应的工作模式（选择于GPIO模式）

步骤3：设置方向，选择输入，输出

步骤4：对于输出模式，我们可以去写某个Data寄存器，让它输出高电平或者低电平。对于输入模式，我们可以去读取Data寄存器，来获得某个引脚的电平状态。

相关寄存器介绍：

CCM（Clock Controler Mode）	时钟控制模块
IOMUXC（IOMUX Controller）	IO复用控制器
GPIO	通用输入输出口

（1）使用CCM控制某个寄存器去使能某组GPIO

举例：我们可以控制CCGR1[CG13]来控制GPIO1。

（2）使用IOMUXC去选择某组GPIO的某个引脚的功能

其中IOMUXC还分为MUX_CTL和PAD_CTL.

MUX_CTL：用于选择功能

PAD_CTL：用于设置上拉下拉电阻参数

（3）使用GPIO_GDIR寄存器选择输入输出模式

（4）输出模式使用GPIO_DR写入数据，输入模式读取GPIO_PSR中数据

补充：这些寄存器用于中断相关

4.使用GPIO读写方法总结

（1）GPIO——读

1.设置 CCM_CCGRx 寄存器中某位使能对应的 GPIO 模块 // 默认是使能 的

2.设置 IOMUX 来选择引脚用于 GPIO

3.设置 GPIOx_GDIR 中某位为 0，把该引脚设置为输入功能

4.读 GPIOx_DR 或 GPIOx_PSR 得到某位的值（读 GPIOx_DR 返回的是 GPIOx_PSR 的值）

（2）GPIO——写

1.设置 CCM_CCGRx 寄存器中某位使能对应的 GPIO 模块 // 默认是使能 的

2.设置 IOMUX 来选择引脚用于 GPIO

3.设置 GPIOx_GDIR 中某位为 1，把该引脚设置为输出功能

4.写 GPIOx_DR 某位的值

需要注意的是，你可以设置该引脚的 loopback（回环模式）功能，这样就可以从 GPIOx_PSR 中读到引脚的有实电平；你从GPIOx_DR 中读回的只是上次设置的值，它并不能反应引脚的真实电平，比如可能因为硬件故障导致该引脚跟地短路 了，你通过设置 GPIOx_DR 让它输出高电平并不会起效果。

5.实操

1.编写驱动程序

思路：

1：在led_open里面（1）根据设备号确定哪个led；（2）使能GPIO；（3）设置引脚为output

2：在led_write里面（1）根据设备号确定哪个led；（2）获取到user里面的信息给val，通过val设定引脚的电平

3：入口函数里面（1）register_chrdev注册主设备号；（2）提供设备信息，获取设备节点；（3）将物理地址使用ioremap转化为虚拟地址（在驱动中，只有虚拟地址才可以被调用）

4：出口函数（1）unregister_chrdev删除主设备号；（2）删除提供设备信息，获取设备节点；（3）使用iounmap取消转化虚拟地址。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

static int major;
static struct class *led_class;

/* registers */
// IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址：0x02290000 + 0x14
static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;

// GPIO5_GDIR 地址：0x020AC004
static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR;

//GPIO5_DR 地址：0x020AC000
static volatile unsigned int *GPIO5_DR;

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
			 size_t count, loff_t *ppos)
{
	char val;
	int ret;
	
	/* copy_from_user : get data from app */
	ret = copy_from_user(&val, buf, 1);

	/* to set gpio register: out 1/0 */
	if (val)
	{
		/* set gpio to let led on */
		*GPIO5_DR &= ~(1<<3);
	}
	else
	{

		/* set gpio to let led off */
		*GPIO5_DR |= (1<<3);
	}
	return 1;
}

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/* enable gpio5
	 * configure gpio5_io3 as gpio
	 * configure gpio5_io3 as output 
	 */
	*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 &= ~0xf;
	*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 |= 0x5;

	*GPIO5_GDIR |= (1<<3);
	
	return 0;
}

static struct file_operations led_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.write		= led_write,
	.open		= led_open,
};

/* 入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
	printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_fops);

	/* ioremap */
	// IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址：0x02290000 + 0x14
	IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x02290000 + 0x14, 4);
	
	// GPIO5_GDIR 地址：0x020AC004
	GPIO5_GDIR = ioremap(0x020AC004, 4);
	
	//GPIO5_DR 地址：0x020AC000
	GPIO5_DR  = ioremap(0x020AC000, 4);

	led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myled"); /* /dev/myled */
	
	return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
	iounmap(IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3);
	iounmap(GPIO5_GDIR);
	iounmap(GPIO5_DR);
	
	device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(led_class);
	
	unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.编写应用程序

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


// ledtest /dev/myled on
// ledtest /dev/myled off

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char status = 0;
	
	if (argc != 3)
	{
		printf("Usage: %s  \n", argv[0]);
		printf("  eg: %s /dev/myled on\n", argv[0]);
		printf("  eg: %s /dev/myled off\n", argv[0]);
		return -1;
	}
	// open
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can not open %s\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	// write
	if (strcmp(argv[2], "on") == 0)
	{
		status = 1;
	}

	write(fd, &status, 1);
	return 0;	
}

zhu3.编写makefile

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order
	rm -f ledtest

obj-m	+= led_drv.o