树莓派学习——博通BCM2835芯片手册导读、IO口驱动代码调试和测试学习

墨蓝 2022-11-25 10:15 278阅读 0赞

# 一、树莓派寄存器介绍： #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_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_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 举个例子，例如：我们把引脚5配置位输出引脚 ###

### FSEL5 17-15 001 我们把5引脚的17-15配置成001 GPIO Pin 5 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_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 具体的引脚信息可以通过官网查询 ###

[树莓派引脚][Link 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

# 二、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_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_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

### 补充：这里我们的地址是物理地址，是操作不了的，所以需要转换成 虚拟地址 ，来进行操作 ###

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

# 三、以 pin5 引脚为例子： #

## pin5drive.c ##

#include<linux/fs.h>            //      file_operations声明
    #include<linux/module.h>        //      module_init module_exit声明
    #include<linux/init.h>          //      __init __exit 宏定义声明
    #include<linux/device.h>        //      class device声明
    #include<linux/uaccess.h>       //      copy_from_user的头文件
    #include<linux/types.h>         //      设备号 dev_t 类型声明
    #include <asm/io.h>             //      ioremap iounmap 的头文件
    
    static struct class *pin5_class;
    static struct device *pin5_class_dev;
    
    static dev_t devno;     // 设备号
    static int major = 233; // 主设备号
    static int minor = 1;   //次设备号
    static char *module_name = "pin5"; //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 pin5_read (struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
    {
        
            printk("pin5_read\n"); // 内核的打印函数
            return 0;
    }
    
    //pin5_open函数
    static int pin5_open(struct inode *inode, struct file *file)
    {
        
            printk("pin5_open\n"); // 内核的打印函数，和printf类似
    
    
            // 配置pin5引脚为输出引脚 ，需要把 bit 15~17 配置成001
            *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 15); // 0x6 0110 左移15位，取反后为1001，把bit 16、17配置成 0 
            *GPFSEL0 |=  (0x1 << 15); // 把 第 15 位bit 配置成 1, 15~17为001输出 / 000输入，其中一工为0~31位
    
    
            return 0;
    }
    
    //open_write函数
    static ssize_t pin5_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
    {
        
            int cmd;
    
            printk("pin5_write\n");
    
            //      获取上层write函数的值
    
            copy_from_user(&cmd,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
    
            //      根据值来设定操作 io 口，高电频还是低电频
            printk("get value\n");
    
            if(cmd == 1)
            {
        
                    *GPSET0 |= 0x1 << 5; // 把第 0 组 第5引脚置为 1 
            }
            else if(cmd == 0)
            {
        
                    *GPCLR0 |= 0x1 << 5;    // 第 5位置1 让清零寄存器把第 5 引脚清零
            }
            else
            {
        
                    printk("undo\n");
            }
    
            return 0;
    }
    static struct file_operations pin5_fops = {
        
            .owner = THIS_MODULE,
            .open  = pin5_open,
            .write = pin5_write,
            .read  = pin5_read,
    };
    
    
    int __init pin5_drv_init(void) //真实驱动入口
    {
        
            int ret;
    
            printk("insmod driver pin5 success\n");
    
            devno = MKDEV(major,minor); //2. 创建设备号
            ret = register_chrdev(major , module_name, &pin5_fops); //3.注册驱动，告诉内核，把这个驱动加入到内核的链表中
    
            pin5_class = class_create( THIS_MODULE, "myfirstdemo" ); // 让代码在dev自动生成设备
            pin5_class_dev = device_create( pin5_class , NULL , devno , NULL ,module_name ); //创建设备文件
    
            GPFSEL0 = ( volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);//    第一个参数为物理地址，第二个参数为映射的大小
            GPSET0  = ( volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);//    一般寄存器32位，4个字节 
            GPCLR0  = ( volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);//    把物理地址 转换为 虚拟地址
            //ioremap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)   
    
            return 0;
    }
    
    void __exit pin5_drv_exit(void)
    {
        
            iounmap(GPFSEL0);       //iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射
            iounmap(GPSET0);
            iounmap(GPCLR0);
    
            device_destroy(pin5_class,devno);
            class_destroy(pin5_class);
            unregister_chrdev( major, module_name);// 卸载驱动
    
    }
    
    module_init(pin5_drv_init); // 驱动入口，驱动安装的时候，会调用这个宏
    module_exit(pin5_drv_exit);
    MODULE_LICENSE("GPL v2");

## 应用层代码测试 pin5test.c ##

#include<sys/types.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<stdio.h>
    
    int main()
    {
        
            int fd;
            int usecmd;
            int data;
    
            fd = open("/dev/pin5",O_RDWR);
    
            if(fd < 0)
            {
        
                    printf("open file failed\n");
                    perror("why : ");
            }
            else
            {
        
                    printf("open success\n");
            }
            printf("请输入你的指令 : 1/0 , 1: pin5 HIGH , 0: pin5 LOW\n");
            scanf("%d",&usecmd);
    
            if(usecmd == 1)
            {
        
                    data = 1;
                    printf("data = %d\n",data);
            }
            else if(usecmd == 0)
            {
        
                    data = 0;
                    printf("data = %d\n",data);
            }
                    fd = write(fd, &data,1);
    
    }

## （2）编译驱动代码 pin5drive.c ，放入源码树目录的 /drivers/char 目录下 ##

### 1、先用 vi Makefile 打开，添加相应pin5 驱动说明 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

### 2、编译生成 .ko 文件 ###

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_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

### 3、把ko文件发送到树莓派上 ###

scp pin5dirve.ko pi@192.168.3.43:/home/pi

### 4、编译测试代码 pin5test.c 并将其发送到树莓派 ###

arm-linux-gnueabihf-gcc pin5test.c -o pin5test

scp pin5test pi@192.168.3.43:/home/pi

![在这里插入图片描述][20200807232638483.png]

### 5、安装 pin5 驱动 ###

sudo insmod pin5drive.ko // 安装驱动，要超级权限

#### 此时 /dev 目录下会有 pin5 : ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

lsmod // 可查看驱动是否安装

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

### 6、此时需要给pin5驱动 加权限，这样应用层才能看到测试信息 ###

sudo chmod 666 /dev/pin5   // 666 为可读可写可操作权限

#### 端口号，设备号都有体现 ####

![在这里插入图片描述][20200807233111745.png]

### 7、运行测试代码 ： ###

./pin5test

### 刚开始查看树莓派端口情况： ###

gpio readall

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

### 以输入1为例子： ###

![在这里插入图片描述][20200807233525573.png]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

# 此时驱动被修改成功为输出端口，为OUT #

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221124/9054699b4b6b48acb581911d7f7a44a0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221124/6225a4580fe34eb9bb0e21d2dcad3843.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221124/adf8b90324814f10b15b718420ce465c.png
[Link 1]: https://pinout.xyz/pinout/pin7_gpio4
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221124/8bbedefd9dc1422a990b3f5923ecd101.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221124/2fefa91a5f4b420e830433c6441a6967.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20221124/ae85cd2598b7422bbb7886be60d26596.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20221124/12ab664a951c466182f04a8866f03284.png
[20200807232638483.png]: /images/20221124/084b70cac02d4812b71d80a08cdc9d93.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20221124/4a28e1e33e6f4c7b84e78842ce71f60d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20221124/a30fe0192ad14e0a98f7a26cb8170626.png
[20200807233111745.png]: /images/20221124/21efd63882024999ab928a9775516e35.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: /images/20221124/52f699c856b54265af09b56e0e217684.png
[20200807233525573.png]: /images/20221124/d184a5cd722a4d7993936b30b06b901a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoaW5lc2Vrb2Jl_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]: /images/20221124/04f83848f14a4df7b619b874dc7d9f05.png