首先我們要知道，驅(qū)動(dòng)的兩大利器：電路圖（通過電路圖去尋找寄存器）和芯片手冊

一、寄存器的介紹

芯片手冊第六章的89頁，GPIO有41個(gè)寄存器，所有訪問都是32位的。Description是寄存器的功能描述。GPFSEL0（寄存器名） GPIO Function Select 0（功能選擇：輸入或輸出）；GPSET0 （寄存器名） GPIO Pin Output Set 0（將IO口置0）；GPSET1（寄存器名） GPIO Pin Output Set 1（將IO口置1）；GPCLR0（寄存器名） GPIO Pin Output Clear 0 （清0）下圖的地址是：總線地址（并不是真正的物理地址）

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。

字段名描述用法

GPFSEL0	GPIO Function select 0，功能選擇輸出/輸入	以引腳9舉例：000 = GPIO Pin 9 is an input，001 = GPIO Pin 9 is an output
GPSET0	GPIO Pin output Set 0，輸出0	0 = No effect ，1 = Set GPIO pin n
GPSET1	GPIO Pin output set 1，輸出1	0 = No effect ，1 = Set GPIO pin n
GPCLR0	GPIO Pin output clear 0，清0	0 = No effect ，1 = Clear GPIO pin n

在上面的文檔里已經(jīng)說的很清楚了，000是引腳輸入，而001則是引腳輸出，在這里要注意每個(gè)寄存器都是32位的

• FSELn表示GPIOn，下圖給出第九個(gè)引腳的功能選擇示例，對寄存器的29-27進(jìn)行配置，進(jìn)而設(shè)置相應(yīng)的功能。根據(jù)圖片下方的register
  0表示0~9使用的是register 0（即GPFSEL0）這個(gè)寄存器。

• 輸出集寄存器用于設(shè)置GPIO管腳。SET{n}字段定義，分別對GPIO引腳進(jìn)行設(shè)置，將“0”寫入字段沒有作用。如果GPIO管腳為在輸入(默認(rèn)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(shè)置根據(jù)上次的設(shè)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(shè)置為1，set4位設(shè)置第四個(gè)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。如果在輸入(默認(rèn))，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(shè)置/清除操作進(jìn)行設(shè)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。
  
  

把pin4引腳配置為輸出引腳：
FSEL4 14-12 001 我們把4引腳的14-12配置成001 GPIO Pin 4 is an output
詳細(xì)操作：
只需要將GPFSL0這個(gè)寄存器的14~12位設(shè)置為001就可以了。只需要將0x6（對應(yīng)的2進(jìn)制是110）左移12位·然后取反再與上GPFSL0就可以將13、14這兩位配置為0，然后再將0x6（對應(yīng)2進(jìn)制110）左移12位，然后或上GPFSL0即可將12位置1。

特別提示：進(jìn)行取反后再進(jìn)行按位與操作是為了不影響其他引腳

配置pin4引腳為輸出引腳 bit 12-14 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

忘了按位與和按位或的點(diǎn)這里

代碼實(shí)現(xiàn)：

*GPFSEL0 &=~(0x6 <<12); // 把13 、14置為0*GPFSEL0 |= (0x1 <<12); //把12置為1

• 注意：我們配置的底層引腳對應(yīng)得是BCM 寄存器第0組位FESL0–9， 這個(gè)就是在寄存器GPFSEL0里，寄存器已經(jīng)分好組了
  寄存器第1組位FSEL10–19，這個(gè)在寄存器GPFSEL1里

更多的引腳對應(yīng)的寄存器可以去樹莓派官網(wǎng)進(jìn)行查看
樹莓派引腳查看官網(wǎng)

在上圖中我們可以點(diǎn)擊對應(yīng)的引腳編號(hào)，就可以查看到對應(yīng)的引腳的相關(guān)的信息

二、寄存器的地址問題

我們在編寫驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候，IO口空間的起始地址是0x3f00 0000，加上GPIO的偏移量0x200 0000,所以GPIO的物理地址應(yīng)該是0x3f20 0000開始的，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行Linux系統(tǒng)的MMU內(nèi)存虛擬化管理，映射到虛擬地址上。

上圖的尾部偏移是對的,根據(jù)GPIO的物理地址0x3f20 0000可以知道：

GPFSEL0 0x3f20 0000 //IO口的初始的物理地址，而并不是手冊里面的那個(gè)總線地址 GPSET0 0x3f20 001c //地址通過查找芯片手冊里面的對應(yīng)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

• 在原來框架的基礎(chǔ)上，添加寄存器的定義

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

完成以上代碼需要搞清楚的幾點(diǎn)

弄清楚寄存器的分組
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。這個(gè)由查閱芯片手冊可以得知

volatile關(guān)鍵字的使用（筆試可能會(huì)考）

• 在此處的作用：防止編譯器優(yōu)化（可能是省略，也可能是更改）這些寄存器地址變量，常見于在內(nèi)核中對IO口進(jìn)行操作

• 作用：確保指令不會(huì)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(huì)被編譯器更換

如何配置寄存器的地址
首先是在1.的基礎(chǔ)上，在pin4_drv_init這個(gè)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);

寫出以上的代碼，要搞清楚以下幾點(diǎn)
分別找到幾個(gè)IO寄存器的物理地址（非常易錯(cuò)），弄清楚GPIO的物理地址（真實(shí)地址）
記住并不是用下面這張圖的地址來對應(yīng)GPIO功能選擇寄存器０的地址，否則編譯后運(yùn)行會(huì)有段錯(cuò)誤。

IO口的起始地址是0x3f000000,加上GPIO的偏移量0x2000000,所以GPIO的實(shí)際物理地址應(yīng)該是從0x3f200000開始的，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行Linux系統(tǒng)的MMU內(nèi)存虛擬化管理，映射到虛擬地址上，編程都是操作虛擬地址。

然后我們可以根據(jù)這個(gè)偏移值來確定寄存器的物理地址（真實(shí)的地址）
可以看到寄存器GPSET0相對于GPIO物理地址的偏移值為1C。即0x3f20001C

同樣的方法，寄存器GPCLR0的偏移值為28,即0x3f200028
寄存器GPFSEL0的偏移值為0，即0x3f200000

如何讓引腳拉高或拉低電平
代碼實(shí)現(xiàn)：

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"); }

引腳輸出高電平：
*GPSET0 |= (0x1 << 4);
左移4位， 這里無論什么寄存器都是寫1，寫1并不是為某個(gè)io口去寫1，而是1是驅(qū)動(dòng)（SET）設(shè)置寄存器工作將bit4的電平拉高即變?yōu)楦唠娖?#xff0c;為什么要進(jìn)行或操作，是因?yàn)闉榱瞬挥绊懫渌_的狀態(tài)

引腳輸出低電平：
*GPCLR0 |= (0x1 << 4);
同樣道理，左移4位，這里的1也并不是為了某個(gè)io口去寫1，而是1是驅(qū)動(dòng)（CLR）清零寄存器將電平拉低，即變?yōu)榈碗娖?#xff0c;進(jìn)行或操作也一樣是為了不影響其他引腳的電平狀態(tài)

在Linux內(nèi)核的io.h頭文件中聲明了ioremap（）函數(shù)，用來將IO內(nèi)存資源映射到核心虛擬地址空間（3Gb~4GB）中，當(dāng)然不用了可以將其取消映射iounmap（）。這兩個(gè)函數(shù)在mm/ioremap.c文件中：

開始映射：void* ioremap（unsigned long phys_addr , unsigned long size , unsigned long flags） //用map映射一個(gè)設(shè)備意味著使用戶空間的一段地址關(guān)聯(lián)到設(shè)備內(nèi)存上，這使得只要程序在分配的地址范圍內(nèi)進(jìn)行讀取或?qū)懭?#xff0c;實(shí)際上就是對設(shè)備的訪問。 第一個(gè)參數(shù)是映射的起始地址 第二個(gè)參數(shù)是映射的長度 第二個(gè)參數(shù)怎么定啊？ ==================== 這個(gè)由你的硬件特性決定。 比如，你只是映射一個(gè)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(shè)置寄存器、IO口設(shè)置寄存器都是32位寄存器，所以分配四個(gè)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(shè)置寄存器的地址,volatile的作用是作為指令關(guān)鍵字 確保本條指令不會(huì)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(jìn)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(dòng)時(shí)釋放地址映射

淺談一下copy_from_user和copy_to_user 函數(shù)的用法
copy_from_user和copy_to_user這兩個(gè)函數(shù)相信做內(nèi)核開發(fā)的人都非常熟悉，分別是將用戶空間的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間以及將內(nèi)核空間中的數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間

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(biāo)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

詳細(xì)了解copy_from_user和copy_to_user

三、驅(qū)動(dòng)代碼與應(yīng)用測試代碼

3.1 相關(guān)代碼
底層驅(qū)動(dòng)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(shè)備號(hào) 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(shè)備號(hào) static int major =231; //主設(shè)備號(hào) static int minor =0; //次設(shè)備號(hào) static char *module_name="pin4"; //模塊名--這個(gè)模塊名到時(shí)候是在樹莓派的/dev底下顯示相關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊的名字volatile unsigned int* GPFSEL0 = NULL; volatile unsigned int* GPSET0 = NULL; volatile unsigned int* GPCLR0 = NULL;//volatile關(guān)鍵字的作用：確保指令不會(huì)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(huì)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(gè)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(shè)備驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)（真實(shí)的驅(qū)動(dòng)入口） {int ret;devno = MKDEV(major,minor); //創(chuàng)建設(shè)備號(hào)ret = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops); //注冊驅(qū)動(dòng) 告訴內(nèi)核，把這個(gè)驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的鏈表中pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo"); //這個(gè)是讓代碼在/dev目錄底下自動(dòng)生成設(shè)備，自己手動(dòng)生成也是可以的pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name); //創(chuàng)建設(shè)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(gè)字節(jié)，一個(gè)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(dòng)，即將驅(qū)動(dòng)從驅(qū)動(dòng)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(dòng) }module_init(pin4_drv_init); //真正的入口 module_exit(pin4_drv_exit); //卸載驅(qū)動(dòng) MODULE_LICENSE("GPL v2");

上層應(yīng)用測試代碼：

#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(gè)整型數(shù)，所以寫的是4個(gè)字節(jié)return 0; }

至于怎么在虛擬機(jī)中編譯驅(qū)動(dòng)文件以及如何將編譯好的文件發(fā)送至樹莓派，敬請關(guān)注以下博文
如何將編譯好的文件發(fā)送至樹莓派底下

3.2 在樹莓派底下進(jìn)行代碼的測試與驗(yàn)證
相關(guān)的驅(qū)動(dòng)的裝載與卸載也查看驅(qū)動(dòng)裝載與卸載

• 先來查看一下樹莓派4號(hào)引腳的初始狀態(tài)是什么
  
  輸入1，將引腳電平變?yōu)楦唠娖?br />
  輸入0，將引腳電平變?yōu)榈碗娖?br />
  到目前為止，我們經(jīng)過那么多節(jié)的對驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)的博文，現(xiàn)在終于自己終于實(shí)現(xiàn)了類似于wiringPi這樣的一個(gè)驅(qū)動(dòng)文件，我們在這里做的是引腳4的驅(qū)動(dòng)，那么我們就可以按著模樣來寫引腳5，引腳6，甚至其他引腳的驅(qū)動(dòng)，在這里想說一句，驅(qū)動(dòng)代碼的編寫，都是基于linux內(nèi)核源碼來進(jìn)行編寫的，linux內(nèi)核源碼這個(gè)文件在前面的博文有，如有需要自行去下載。

學(xué)習(xí)筆記，僅供參考

樹莓派高級(jí)開發(fā)之IO口驅(qū)動(dòng)代碼編寫 優(yōu)秀博文參考一
樹莓派高級(jí)開發(fā)之IO口驅(qū)動(dòng)代碼編寫 優(yōu)秀博文參考二

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的树莓派高级开发之树莓派博通BCM2835芯片手册导读与及“相关IO口驱动代码的编写”的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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