树莓派BCM2835芯片手册导读以及IO口驱动代码编写-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了树莓派BCM2835芯片手册导读以及IO口驱动代码编写。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

驱动的两大利器：电路图（通过电路图去寻找寄存器）和芯片手册

树莓派使用的是BCM2835CPU(博通)，芯片手册做到哪一章就看哪一章。芯片提供了54个IO口，对应了树莓派的 BCM.

一、树莓派GPIO口介绍

根据手册知gpio在第6章,我们来看第89页

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

GPFSEL0	GPIO Function Select 0:功能选择输入或输出
GPSET0	GPIO Pin Output Set 0：输出0
GPSET1	GPIO Pin Output Set 1：输出1
GPCLR0	GPIO Pin Output Clear 0：清零

下图给出第九个引脚的功能选择示例，对寄存器的29-27进行配置，进而设置相应的功能。根据图片下方的register 0表示0~9使用的是register 0这个寄存器。

输出集寄存器用于设置GPIO管脚。SET{n}字段定义，分别对GPIO引脚进行设置，将“0”写入字段没有作用。如果GPIO管脚为在输入(默认情况下)中使用，那么SET{n}字段中的值将被忽略。然而，如果引脚随后被定义为输出，那么位将被设置根据上次的设置/清除操作。分离集和明确功能取消对读-修改-写操作的需要。GPSETn寄存器为了使IO口设置为1，set4位设置第四个引脚，也就是寄存器的第四位

输出清除寄存器用于清除GPIO管脚。CLR{n}字段定义要清除各自的GPIO引脚，向字段写入“0”没有作用。如果的在输入(默认)，然后在CLR{n}字段的值是忽略了。然而，如果引脚随后被定义为输出，那么位将被定义为输出根据上次的设置/清除操作进行设置。分隔集与清函数消除了读-修改-写操作的需要。GPCLRn是清零功能寄存器

二、代码的编写

编写驱动程序时，首先要知道它的地址，IO口空间的起始地址是0x3f00 0000(文档的起始地址是错误的)，加上GPIO的偏移量0x200 0000,所以GPIO的物理地址应该是0x3f20 0000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。

上图尾部的偏移量是正确的，根据gpio的物理地址0x3f200 0000得到

GPFSEL0 0x3f20 0000 //IO口的初始的物理地址，而并不是手册里面的那个总线地址
GPSET0 0x3f20 001c  //地址通过查找芯片手册里面的对应的GPSET0 的总线地址的后两位决定是1c
GPCLR0 0x3f20 0028 //地址是查找GPCLR0在芯片手册里的总线地址确定的28，所以地址后两位是28

1.首先在原来的驱动框架上添加寄存器的定义

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

volatile关键字的作用：确保指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值,在这里的意思就是确保地址不会被编译器更换。

2.然后在pin4_drv_init这个函数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将物理地址转换为虚拟地址

我们前面讲到了在内核里代码和上层代码访问的是虚拟地址（VA），而现在设置的是物理地址，**所以必须把物理地址转换成虚拟地址**

按位与或按位或

配置引脚4为输出引脚，为了不影响其他引脚，需要使用与运算或运算。

根据图片可知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引脚为输出引脚      bit 12-14  配置成001  
  *GPFSEL0 &= ~(0x6 <<12); // 把bit13 、bit14置为0  
 //0x6是110  <<12左移12位 ~取反 &按位与
  *GPFSEL0 |= (0x1 <<12); //把12置为1   |按位或

4.让引脚拉高

if(userCmd == 1)
    {
        printk("set 1\n");
        *GPSET0 |= (0x1 << 4); 
       //写1左移4位是让寄存器    开启置1  让bit4为高电平
    }
    else if(userCmd == 0)
    {
        printk("set 0\n");
        *GPCLR0 |= (0x1 << 4); 
     //写1左移4位是让清0寄存器 开启置0 让bit4为低电平
    }
    else
    {
        printk("nothing undo\n"); 
    }

补充：ioremap用法

开始映射：void* ioremap（unsigned long phys_addr , unsigned long size , unsigned long flags）
//用map映射一个设备意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或写入，实际上就是对设备的访问。
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

第二个参数怎么定?
这个由你的硬件特性决定。
比如，你只是映射一个32位寄存器，那么长度为4就足够了。
（这里树莓派IO口功能设置寄存器、IO口设置寄存器都是32位寄存器，所以分配四个字节就够了）

比如：GPFSEL0=(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);
      GPSET0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001C,4);
      GPCLR0 =(volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);
这三行是设置寄存器的地址,volatile的作用是作为指令关键字
确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值
ioremap函数将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。
 
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); //卸载驱动时释放地址映射

函数copy_from_user用法。

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

返回值：失败返回没有被拷贝成功的字节数，成功返回0
参数详解：
1. to 将数据拷贝到内核的地址，即内核空间的数据目标地址指针
2. from 需要拷贝数据的地址,即用户空间的数据源地址指针
3. n 拷贝数据的长度（字节）
也就是将@from地址中的数据拷贝到@to地址中去，拷贝长度是n

三、代码整合

驱动代码

#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  devise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 *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--这个模块名到时候是在树莓派的/dev底下显示相关驱动模块的名字

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

//volatile关键字的作用：确保指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值,在这里的意思就是确保地址不会被编译器更换

//led_open函数
static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("pin4_open\n");  //内核的打印函数和printf类似    
    
    //由于pin4在 14-12位，所以将14-12位分别置为001即为输出引脚，所以下面的那两个步骤分别就是将14，13置为0,12置为1
    *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12); //把13,14位 置为0
    *GPFSEL0 |=  (0x1 << 12); //把12位 置为1 
    
    return 0;
}

//led_write函数
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); //函数的返回值是，如果成功的话返回0，失败的话就是返回用户空间的字节数
    
    if(copy_cmd != 0)
    {
        printk("fail to copy from user\n");
    }

    if(userCmd == 1)
    {
        printk("set 1\n");
        *GPSET0 |= (0x1 << 4); //这里的1左移4位的目的就是促使寄存器将电平拉高，即变为HIGH
    }
    else if(userCmd == 0)
    {
        printk("set 0\n");
        *GPCLR0 |= (0x1 << 4); //这里的1左移4位也是一样只是为了让寄存器将电平拉低，即变为LOW
    }
    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)   //设备驱动初始化函数（真实的驱动入口）
{
    int ret;
    
    devno = MKDEV(major,minor);  //创建设备号
    ret   = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops);  //注册驱动  告诉内核，把这个驱动加入到内核驱动的链表中

    pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo"); //这个是让代码在/dev目录底下自动生成设备，自己手动生成也是可以的
    pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name);  //创建设备文件
    
    //由于以下的地址全是物理地址，所以我们要将物理地址转换成虚拟地址 
    GPFSEL0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4); //由于寄存器是32位的,所以是映射4个字节，一个字节为8位
    GPSET0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001c,4);
    GPCLR0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);
    
    return 0;
}

void __exit pin4_drv_exit(void)  //卸载驱动，即将驱动从驱动链表中删除掉 
{
    iounmap(GPFSEL0);
    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);  //真正的入口
module_exit(pin4_drv_exit);  //卸载驱动
MODULE_LICENSE("GPL v2");

上层代码

#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); //这里userCmd是一个整型数，所以写的是4个字节

        return 0;
}

如何编译驱动代码并在树莓派运行

树莓派初始引脚