驅(qū)動的兩大利器：電路圖（通過電路圖去尋找寄存器）和芯片手冊

樹莓派使用的是BCM2835CPU(博通)，芯片手冊做到哪一章就看哪一章。芯片提供了54個IO口，對應了樹莓派的 BCM.

一、樹莓派GPIO口介紹

根據(jù)手冊知gpio在第6章,我們來看第89頁

GPFSEL0是pin0 ~ pin9的配置寄存器，GPFSEL1是pin10 ~ pin19的配置寄存器，以此類推，GPFSEL5就是pin50~pin53的配置寄存器。

下圖給出第九個引腳的功能選擇示例，對寄存器的29-27進行配置，進而設置相應的功能。 根據(jù)圖片下方的register 0表示0~9使用的是register 0這個寄存器。

輸出集寄存器用于設置GPIO管腳。SET{n}字段定義，分別對GPIO引腳進行設置，將“0”寫入字段沒有作用。如果GPIO管腳為在輸入(默認情況下)中使用，那么SET{n}字段中的值將被忽略。然而，如果引腳隨后被定義為輸出，那么位將被設置根據(jù)上次的設置/清除操作。分離集和明確功能取消對讀-修改-寫操作的需要。GPSETn寄存器為了使IO口設置為1，set4位設置第四個引腳，也就是寄存器的第四位

輸出清除寄存器用于清除GPIO管腳。CLR{n}字段定義要清除各自的GPIO引腳，向字段寫入“0”沒有作用。如果的在輸入(默認)，然后在CLR{n}字段的值是忽略了。然而，如果引腳隨后被定義為輸出，那么位將被定義為輸出根據(jù)上次的設置/清除操作進行設置。分隔集與清函數(shù)消除了讀-修改-寫操作的需要。GPCLRn是清零功能寄存器

二、代碼的編寫

編寫驅(qū)動程序時，首先要知道它的地址，IO口空間的起始地址是0x3f00 0000(文檔的起始地址是錯誤的)，加上GPIO的偏移量0x200 0000,所以GPIO的物理地址應該是0x3f20 0000開始的，然后在這個基礎上進行Linux系統(tǒng)的MMU內(nèi)存虛擬化管理，映射到虛擬地址上。

上圖尾部的偏移量是正確的，根據(jù)gpio的物理地址0x3f200 0000得到

GPFSEL0 0x3f20 0000 //IO口的初始的物理地址，而并不是手冊里面的那個總線地址
GPSET0 0x3f20 001c  //地址通過查找芯片手冊里面的對應的GPSET0 的總線地址的后兩位決定是1c
GPCLR0 0x3f20 0028 //地址是查找GPCLR0在芯片手冊里的總線地址確定的28，所以地址后兩位是28

1.首先在原來的驅(qū)動框架上添加寄存器的定義

volatile unsigned int* GPFSEL0 = NULL;
volatile unsigned int* GPSET0  = NULL;
volatile unsigned int* GPCLR0  = NULL;

volatile關鍵字的作用：確保指令不會因編譯器的優(yōu)化而省略，且要求每次直接讀值,在這里的意思就是確保地址不會被編譯器更換。

2.然后在pin4_drv_init這個函數(shù)里面添加寄存器地址的配置

GPFSEL0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);
GPSET0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);
GPCLR0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);

ioremap將物理地址轉(zhuǎn)換為虛擬地址

我們前面講到了在內(nèi)核里代碼和上層代碼訪問的是虛擬地址（VA），而現(xiàn)在設置的是物理地址，**所以必須把物理地址轉(zhuǎn)換成虛擬地址**

按位與或按位或

1. 配置引腳4為輸出引腳，為了不影響其他引腳，需要使用與運算或運算。

根據(jù)圖片可知14-12bit需配置成001.

31 30 ······14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 
0  0  ······0  0  1  0  0  0 0 0 0 0 0 0 0 0

 //配置pin4引腳為輸出引腳      bit 12-14  配置成001  
  *GPFSEL0 &= ~(0x6 <<12); // 把bit13 、bit14置為0  
 //0x6是110  <<12左移12位 ~取反 &按位與
  *GPFSEL0 |= (0x1 <<12); //把12置為1   |按位或

4.讓引腳拉高

if(userCmd == 1)
    {
        printk("set 1\n");
        *GPSET0 |= (0x1 << 4); 
       //寫1左移4位是讓寄存器    開啟置1  讓bit4為高電平
    }
    else if(userCmd == 0)
    {
        printk("set 0\n");
        *GPCLR0 |= (0x1 << 4); 
     //寫1左移4位是讓清0寄存器 開啟置0 讓bit4為低電平
    }
    else
    {
        printk("nothing undo\n"); 
    }

補充：ioremap用法

開始映射：void* ioremap（unsigned long phys_addr , unsigned long size , unsigned long flags）
//用map映射一個設備意味著使用戶空間的一段地址關聯(lián)到設備內(nèi)存上，這使得只要程序在分配的地址范圍內(nèi)進行讀取或?qū)懭?，實際上就是對設備的訪問。
phys_addr：要映射的起始的IO地址
size：要映射的空間的大小
flags：要映射的IO空間和權限有關的標志

第二個參數(shù)怎么定?
這個由你的硬件特性決定。
比如，你只是映射一個32位寄存器，那么長度為4就足夠了。
（這里樹莓派IO口功能設置寄存器、IO口設置寄存器都是32位寄存器，所以分配四個字節(jié)就夠了）

比如：GPFSEL0=(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);
      GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);
      GPCLR0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);
這三行是設置寄存器的地址,volatile的作用是作為指令關鍵字
確保本條指令不會因編譯器的優(yōu)化而省略，且要求每次直接讀值
ioremap函數(shù)將物理地址轉(zhuǎn)換為虛擬地址，IO口寄存器映射成普通內(nèi)存單元進行訪問。
 
解除映射：void iounmap（void* addr）//取消ioremap所映射的IO地址
比如：
        iounmap(GPFSEL0);
        iounmap(GPSET0);
        iounmap(GPCLR0); //卸載驅(qū)動時釋放地址映射

函數(shù)copy_from_user用法。

 函數(shù)copy_from_user原型：
 copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)

返回值：失敗返回沒有被拷貝成功的字節(jié)數(shù)，成功返回0
參數(shù)詳解：
1. to 將數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核的地址，即內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)目標地址指針
2. from 需要拷貝數(shù)據(jù)的地址,即用戶空間的數(shù)據(jù)源地址指針
3. n 拷貝數(shù)據(jù)的長度（字節(jié)）
也就是將@from地址中的數(shù)據(jù)拷貝到@to地址中去，拷貝長度是n

三、代碼整合

驅(qū)動代碼

#include <linux/fs.h>         //file_operations聲明
#include <linux/module.h>    //module_init  module_exit聲明
#include <linux/init.h>      //__init  __exit 宏定義聲明
#include <linux/device.h>     //class  devise聲明
#include <linux/uaccess.h>   //copy_from_user 的頭文件
#include <linux/types.h>     //設備號  dev_t 類型聲明
#include <asm/io.h>          //ioremap iounmap的頭文件

static struct class *pin4_class;  
static struct device *pin4_class_dev;

static dev_t devno;                //設備號
static int major =231;             //主設備號
static int minor =0;               //次設備號
static char *module_name="pin4";   //模塊名--這個模塊名到時候是在樹莓派的/dev底下顯示相關驅(qū)動模塊的名字

volatile unsigned int* GPFSEL0 = NULL;
volatile unsigned int* GPSET0  = NULL;
volatile unsigned int* GPCLR0  = NULL;

//volatile關鍵字的作用：確保指令不會因編譯器的優(yōu)化而省略，且要求每次直接讀值,在這里的意思就是確保地址不會被編譯器更換

//led_open函數(shù)
static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("pin4_open\n");  //內(nèi)核的打印函數(shù)和printf類似    
    
    //由于pin4在 14-12位，所以將14-12位分別置為001即為輸出引腳，所以下面的那兩個步驟分別就是將14，13置為0,12置為1
    *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12); //把13,14位 置為0
    *GPFSEL0 |=  (0x1 << 12); //把12位 置為1 
    
    return 0;
}

//led_write函數(shù)
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{
    int userCmd;
    int copy_cmd;
    
    printk("pin4_write\\n");
    
    //copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
    
    copy_cmd = copy_from_user(&userCmd,buf,count); //函數(shù)的返回值是，如果成功的話返回0，失敗的話就是返回用戶空間的字節(jié)數(shù)
    
    if(copy_cmd != 0)
    {
        printk("fail to copy from user\n");
    }

    if(userCmd == 1)
    {
        printk("set 1\n");
        *GPSET0 |= (0x1 << 4); //這里的1左移4位的目的就是促使寄存器將電平拉高，即變?yōu)镠IGH
    }
    else if(userCmd == 0)
    {
        printk("set 0\n");
        *GPCLR0 |= (0x1 << 4); //這里的1左移4位也是一樣只是為了讓寄存器將電平拉低，即變?yōu)長OW
    }
    else
    {
        printk("nothing undo\n"); 
    }
    
    return 0;
}

static ssize_t pin4_read(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    printk("pin4_read\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)   //設備驅(qū)動初始化函數(shù)（真實的驅(qū)動入口）
{
    int ret;
    
    devno = MKDEV(major,minor);  //創(chuàng)建設備號
    ret   = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops);  //注冊驅(qū)動  告訴內(nèi)核，把這個驅(qū)動加入到內(nèi)核驅(qū)動的鏈表中

    pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo"); //這個是讓代碼在/dev目錄底下自動生成設備，自己手動生成也是可以的
    pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name);  //創(chuàng)建設備文件
    
    //由于以下的地址全是物理地址，所以我們要將物理地址轉(zhuǎn)換成虛擬地址 
    GPFSEL0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4); //由于寄存器是32位的,所以是映射4個字節(jié)，一個字節(jié)為8位
    GPSET0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001c,4);
    GPCLR0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);
    
    return 0;
}

void __exit pin4_drv_exit(void)  //卸載驅(qū)動，即將驅(qū)動從驅(qū)動鏈表中刪除掉 
{
    iounmap(GPFSEL0);
    iounmap(GPSET0);
    iounmap(GPCLR0);
    
    device_destroy(pin4_class,devno);
    class_destroy(pin4_class);
    unregister_chrdev(major, module_name);  //卸載驅(qū)動
}

module_init(pin4_drv_init);  //真正的入口
module_exit(pin4_drv_exit);  //卸載驅(qū)動
MODULE_LICENSE("GPL v2");    
  

上層代碼

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
        int fd;
        int userCmd;
        
        fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);
        
        if(fd < 0)
        {
            printf("fail to open the pin4\n");
            perror("the reason:");
        }
        else
        {
            printf("success to open the pin4\n");
        }
            
        printf("please Input 1-HIGH,0-LOW \n");
        scanf("%d",&userCmd);

        write(fd,&userCmd,4); //這里userCmd是一個整型數(shù)，所以寫的是4個字節(jié)

        return 0;
}

如何編譯驅(qū)動代碼并在樹莓派運行

樹莓派初始引腳

運行代碼后

學習筆記，僅供參考

優(yōu)秀博客文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-799836.html