荔枝派zero驱动开发04：GPIO操作（寄存器方式）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了荔枝派zero驱动开发04：GPIO操作（寄存器方式）。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。

参考：https://wiki.sipeed.com/soft/Lichee/zh/Zero-Doc/Drive/GPIO_mmap.html

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关键词：ioremap/iounmap，copy_from_user/copy_to_user，readl/writel

设备树修改：

本文不涉及设备树操作，但由于默认设备树配置了LED，因此先在设备树中禁用默认的LED配置，重新编译设备树后，使用新的设备树启动

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关键代码：

#define V3S_GPIO_BASE 0x01C20800
// 模式寄存器，4bit，最高位保留，000输入，001为输出
#define V3S_GPIOG_MODE (V3S_GPIO_BASE + 0xD8)
// 每个脚的输入输出数据，1bit
#define V3S_GPIOG_DATA (V3S_GPIO_BASE + 0xE8)

static void __iomem *GPIOG_MODE;
static void __iomem *GPIOG_DATA;

GPIOG_MODE = ioremap(V3S_GPIOG_MODE, 4);
GPIOG_DATA = ioremap(V3S_GPIOG_DATA, 4);

uint32_t val=0;
val=readl(GPIOG_MODE);
val &= ~(7 << (PIN_N * 4)); // 清除配置
val |= (1 << (PIN_N * 4));  // 配置为输出
writel(val, GPIOG_MODE);

val=readl(GPIOG_DATA);
val &= ~(1 << PIN_N);
writel(val, GPIOG_DATA); // 引脚初始化为低

根据v3s寄存器表，GPIO的物理地址基址为0x01C20800，GPIOG的模式寄存器地址为(0x01C20800+0xD8)
在裸机开发中，可以直接读写*(0x01C20800+0xD8)来操作GPIO寄存器；但在linux中，内核不能直接访问物理地址，必须映射为虚拟地址后才可以访问，映射和取消映射的函数为ioremap()和iounmap()。

writel() 向内存映射的物理地址上写数据，wirtel() 写入 32 位数据 (4字节)；readl同理，读取32位数据 (4字节)；类似的操作函数有writeb/writew/writel，分别对应8位、16位、32位操作

位操作比较清晰，清除指定的位，或在指定位写入数据；v3s的模式寄存器每个脚占用4bit，0b000输入，0b001输出，要配置为输出直接向指定的4bit写入0b001即可

static ssize_t led_gpio_write(struct file *file, const char __user *user_buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    unsigned char val;
    copy_from_user(&val, user_buf, 1);
    printk("led_gpio_write: 0x%02x\n", val);
    if (val=='1' || val == 1) //默认输入为0x30即字符'0'
    {
        val=readl(GPIOG_DATA);
        val &= ~(1 << PIN_N); //低电平点亮
        writel(val, GPIOG_DATA);
    }
    else if (val=='0' || val == 0)
    {
        val=readl(GPIOG_DATA);
        val|= (1 << PIN_N); //高电平熄灭
        writel(val, GPIOG_DATA);
    }
    return 1;
}

用户空间内存不能直接访问内核空间的内存，需要借助函数 copy_from_user 将用户空间的数据复制到内核空间；LED控制较为简单，只需一个字符即可控制LED，这里复制1个字符即可，应用层也只需一个字符控制LED

测试：

其他参考之前的字符设备模板写即可，修改Makefile并编译，将生成的ledchar.ko拷贝到开发板，注意前述的设备树修改

使用echo测试

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使用应用层APP测试

这里也写了一个简单的测试app，源码附在文后，调用本条命令进行编译，编译出目标文件拷贝到开发板

/opt/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc -o ledcharApp ledcharApp.c

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APP运行测试：

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一点心得：

本篇是最接近裸机的开发方式了，简单直接、深入底层，不涉及Linux的程序框架与造好的轮子；实际开发中几乎不会使用这种开发方式，但有助于理解驱动框架和硬件的关系，可以有一个直观感受。

源码

ledcharApp.c

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, ret;
	char *filename;
	char val = 0;

	if (argc != 3)
	{
		printf("Usage !=3\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1]; 
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("cannot open file:%s\r\n", filename);
		return -1;
	}

	val = atoi(argv[2]);
	ret = write(fd, &val, sizeof(val));
	if (ret < 0)
		printf("cannot write file:%s\r\n", filename);
	else
		printf("app:set led:%d\r\n", val);

	ret = close(fd);
	if (ret < 0)
	{
		printf("cannot close file:%s\r\n", filename);
		return -1;
	}
	return 0;
}

ledchar.c文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-808037.html

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/printk.h>
#include <linux/uaccess.h>

struct ledchar_dev
{
    dev_t devid;
    struct cdev cdev;
    struct class *class;
    struct device *device;
    int major;
    int minor;
};
struct ledchar_dev ledchar = {
    .major = 0,
};

#define PIN_N 0 // 第0个引脚，PG0，绿色
#define DEV_NAME "led"
#define LED_ON  0 // 上拉，低电平亮
#define LED_OFF 1

#define V3S_GPIO_BASE 0x01C20800
// 模式寄存器，4bit，最高位保留，000输入，001为输出
#define V3S_GPIOG_MODE (V3S_GPIO_BASE + 0xD8)
// 每个脚的输入输出数据，1bit
#define V3S_GPIOG_DATA (V3S_GPIO_BASE + 0xE8)
// 驱动能力，2bit，0-3逐级递增
#define V3S_GPIOG_DRIVING (V3S_GPIO_BASE + 0xEC)
// 上拉下拉，2bit，0浮空，1上拉，2下拉
#define V3S_GPIOG_PULL (V3S_GPIO_BASE + 0xF4)

// 中断配置，4bit，0上升，1下降，2高电平，3低电平，4双边沿
#define V3S_GPIOG_INTCFG (V3S_GPIO_BASE + 0x240)
// 中断使能，1bit，1使能
#define V3S_GPIOG_INT_CTRL (V3S_GPIO_BASE + 0x250)
// 中断状态，1bit，1发生中断，写1清除
#define V3S_GPIOG_INT_STA (V3S_GPIO_BASE + 0x254)
// 中断时钟及分频配置
#define V3S_GPIOG_INT_DEB (V3S_GPIO_BASE + 0x258)

static void __iomem *GPIOG_MODE;
static void __iomem *GPIOG_DATA;
static void __iomem *GPIOG_DRIVING;
static void __iomem *GPIOG_PULL;


static int led_gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}

static int led_gpio_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    return 0;
}

static int led_gpio_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}

static ssize_t led_gpio_write(struct file *file, const char __user *user_buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    unsigned char val;
    copy_from_user(&val, user_buf, 1);
    printk("led_gpio_write: 0x%02x\n", val);
    if (val=='1' || val == 1) 
    {
        val=readl(GPIOG_DATA);
        val &= ~(1 << PIN_N); //低电平点亮
        writel(val, GPIOG_DATA);
    }
    else if (val=='0' || val == 0)
    {
        val=readl(GPIOG_DATA);
        val|= (1 << PIN_N); //高电平熄灭
        writel(val, GPIOG_DATA);
    }
    return 1;
}

static const struct file_operations ledchar_fops = {
    .open = led_gpio_open,
    .read = led_gpio_read,
    .release = led_gpio_release,
    .write = led_gpio_write,
};

static int __init led_driver_init(void)
{
    int ret;
    

    GPIOG_MODE = ioremap(V3S_GPIOG_MODE, 4);
    GPIOG_DATA = ioremap(V3S_GPIOG_DATA, 4);
    GPIOG_DRIVING = ioremap(V3S_GPIOG_DRIVING, 4);
    GPIOG_PULL = ioremap(V3S_GPIOG_PULL, 4);

    uint32_t val=0;
    val=readl(GPIOG_MODE);
    val &= ~(7 << (PIN_N * 4)); // 清除配置
    val |= (1 << (PIN_N * 4));  // 配置为输出
    writel(val, GPIOG_MODE);

    val=readl(GPIOG_DATA);
    val &= ~(1 << PIN_N);
    writel(val, GPIOG_DATA); // 引脚初始化为低

    if (ledchar.major) // 定义了设备号，静态设备号
    {
        ledchar.devid = MKDEV(ledchar.major, 0);
        ret = register_chrdev_region(ledchar.major, 1, DEV_NAME);
        if (ret < 0)
        {
            pr_err("cannot register %s char driver.ret:%d\r\n", DEV_NAME, ret);
            goto exit;
        }
    }
    else // 没有定义设备号，动态申请设备号
    {
        ret = alloc_chrdev_region(&ledchar.devid, 0, 1, DEV_NAME);
        if (ret < 0)
        {
            pr_err("cannot alloc_chrdev_region,ret:%d\r\n", ret);
            goto exit;
        }
        ledchar.major = MAJOR(ledchar.devid);
        ledchar.minor = MINOR(ledchar.devid);
    }
    printk("led major=%d,minor=%d\r\n", ledchar.major, ledchar.minor);

    ledchar.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&ledchar.cdev, &ledchar_fops);

    ret = cdev_add(&ledchar.cdev, ledchar.devid, 1);
    if (ret < 0)
        goto del_unregister;

    ledchar.class = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);
    if (IS_ERR(ledchar.class))
        goto del_cdev;

    ledchar.device = device_create(ledchar.class, NULL, ledchar.devid, NULL, DEV_NAME);
    if (IS_ERR(ledchar.device))
        goto destroy_class;

    return 0;

    // 注意  goto后的标签没有return操作，将顺序执行多个label直至return，这里反向写
destroy_class:
    class_destroy(ledchar.class);
del_cdev:
    cdev_del(&ledchar.cdev);
del_unregister:
    unregister_chrdev_region(ledchar.devid, 1);
exit:
    printk("chardev_init failed\r\n");
    return -EIO;
}

static void __exit led_driver_exit(void)
{
    iounmap(GPIOG_MODE);
    iounmap(GPIOG_DATA);
    iounmap(GPIOG_DRIVING);
    iounmap(GPIOG_PULL);

    cdev_del(&ledchar.cdev);
    unregister_chrdev_region(ledchar.devid, 1);
    device_destroy(ledchar.class, ledchar.devid);
    class_destroy(ledchar.class);
}

module_init(led_driver_init);
module_exit(led_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("USER");
MODULE_INFO(intree, "Y");

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