Linux LED字符设备驱动 地址映射 ioremap 函数 iounmap 函数 I/O 内存访问函数
地址映射
MMU( MemoryManage Unit):内存管理单元
完成虚拟空间到物理空间的映射
内存保护,设置存储器的访问权限,设置虚拟存储空间的缓冲特性
地址映射:虚拟空间到物理空间的映射
虚拟地址(VA ,Virtual Address)
物理地址(PA ,Physcical Address)
32 位的处理器,虚拟地址范围: 2 ^ 32=4GB
内存映射:
Linux 内核启动时会初始化 MMU,设置好内存映射,设置后 CPU 访问的都是 虚拟地 址
ioremap 函数
用于获取指定 物理地址空间 对应的虚拟地址空间
// linux-5.5.4/arch/arc/mm/ioremap.c
/*
* paddr: 物理起始地址
* size: 内存空间大小
* return : 虚拟空间首地址
*/
void __iomem *ioremap(phys_addr_t paddr, unsigned long size)
{
phys_addr_t end;
/* Don't allow wraparound or zero size */
end = paddr + size - 1;
if (!size || (end < paddr))
return NULL;
/*
* If the region is h/w uncached, MMU mapping can be elided as optim
* The cast to u32 is fine as this region can only be inside 4GB
*/
if (arc_uncached_addr_space(paddr))
return (void __iomem *)(u32)paddr;
return ioremap_prot(paddr, size, PAGE_KERNEL_NO_CACHE);
}
EXPORT_SYMBOL(ioremap);
iounmap 函数
释放掉 ioremap 函数所做的映射
// linux-5.5.4/arch/arc/mm/ioremap.c
/*
* addr: 取消映射的虚拟地址空间首地址
*/
void iounmap(const void __iomem *addr)
{
/* weird double cast to handle phys_addr_t > 32 bits */
if (arc_uncached_addr_space((phys_addr_t)(u32)addr))
return;
vfree((void *)(PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr));
}
EXPORT_SYMBOL(iounmap);
I/O 内存访问函数
I/O 端口 : 外部寄存器或内存映射到 IO 空间
I/O 内存 :外部寄存器或内存映射到内存空间
读操作函数
// linux-5.5.4/arch/alpha/kernel/io.c
/*
* addr : 读取内存地址
* return : 数据
*/
/* 8bit 读操作 */
u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
{
u8 ret = __raw_readb(addr);
mb();
return ret;
}
/* 16bit 读操作 */
u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
{
u16 ret = __raw_readw(addr);
mb();
return ret;
}
/* 32bit 读操作 */
u32 readl(const volatile void __iomem *addr)
{
u32 ret = __raw_readl(addr);
mb();
return ret;
}
/* 64bit 读操作 */
u64 readq(const volatile void __iomem *addr)
{
u64 ret = __raw_readq(addr);
mb();
return ret;
}
写操作函数
//linux-5.5.4/arch/alpha/kernel/io.c
/*
* b : 写入的数值
* addr : 写入的地址
*/
/* 8bit写操作 */
void writeb(u8 b, volatile void __iomem *addr)
{
mb();
__raw_writeb(b, addr);
}
/* 16bit 写操作 */
void writew(u16 b, volatile void __iomem *addr)
{
mb();
__raw_writew(b, addr);
}
/* 32bit 写操作 */
void writel(u32 b, volatile void __iomem *addr)
{
mb();
__raw_writel(b, addr);
}
/* 64bit 写操作 */
void writeq(u64 b, volatile void __iomem *addr)
{
mb();
__raw_writeq(b, addr);
}
硬件电路:
手册:
配置 GPIO1 时钟
配置 GPIO1_IO03 的复用功能
配置 GPIO1_IO03
led 的驱动程序 :
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define LED_MAJOR 140 // 主设备号
#define LED_NAME "led" // 设备名
#define LEDOFF 0 // 关灯
#define LEDON 1 // 开灯
/* 寄存器物理地址 */
#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C)
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)
//映射寄存器虚拟地址指针
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;
/*
* 控制LED
* sta : LEDON 开 , LEDOFF 关
*/
void led_switch(u8 sta)
{
u32 val = 0;
if(sta == LEDON)
{
val = readl(GPIO1_DR);
val &= ~(1 << 3);
}
else if(sta == LEDOFF)
{
val = readl(GPIO1_DR);
val |= (1 << 3);
writel(val, GPIO1_DR);
}
}
/*
* 打开设备
* inode:传递驱动inode
* filp: 设备文件
* return:成功: 0 失败:其他
*/
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(" led_open\r\n");
return 0;
}
/*
* 从设备读数据
* filp:打开的设备文件(文件描述符)
* buf:返回给用户空间的数据缓冲区
* cnt:读取的数据长度
* offt:相对于文件首地址的偏移
* return:成功:字节数,失败:负值
*/
static ssize_t led_read(struct file *filp,
char __user *buf,
size_t cnt,
loff_t *offt)
{
printf("led_read \r\n");
return 0;
}
/*
* 向设备写数据
* filp:设备文件
* buf:向设备写入的数据
* cnt:写入数据长度
* offt:相对于文件首地址的偏移
* return:成功:写入字节数 失败:负值
*/
static ssize_t led_write(struct file *filp,
const char __user *buf,
size_t cnt,
loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;
retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(retvalue < 0)
{
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0]; // 状态值
if(ledstat == LEDON)
{
led_switch(LEDON); // 开灯
}
else if(ledsstat == LEDOFF)
{
led_switch(LEDOFF); //关灯
}
return 0;
}
/*
* 关设备
* inode: 驱动的 inode
* filp:要关的设备文件
*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("led_release\r\r");
return 0;
}
/* 设备操作数 */
static struct file_operations led_fogs =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
release = led_release,
};
/*
* 驱动入口
* return:成功 0
*/
static int __init led_init(void)
{
int retvalue = 0;
u32 val = 0;
// 寄存器地址映射
IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);
SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);
SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);
GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);
GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);
// 使能GPIO1时钟
val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
val &= ~(3 << 26); // 清除以前的设置
val |= (3 << 26); // 设置新值
writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);
// 复用GPIO1_3
val = readl(SW_MUX_GPIO1_IO03);
val &= ~(F << 0); // 清除以前的设置
val |= (5 << 0); // 设置新值
writel(val,SW_MUX_GPIO1_IO03);
//
/*
* 16bit:0 禁止施密特
* 15 14bit:00 设置100k下拉
* 13:0 状态保存器
* 12:1 pull/keeper使能
* 11:0 关闭开路输出
* 10 8:000 保留
* 7 6:10 max(200MHZ)
* 5 3:110 R0/6
* 2 1:00 保留
* 0:0 低压摆率
*/
val = readl(SW_PAD_GPIO1_IO03);
val &= ~(1FFFF << 0); // 清除以前的设置
val |= (10B0 << 0); // 设置新值
writel(val,SW_PAD_GPIO1_IO03);
// 注册设备
retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
if(retvalue < 0)
{
printk("register chrdev failed \r\n");
return -EIO;
}
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
// 取消映射
iounmem(IMX6U_CCM_CCGR1);
iounmem(SW_MUX_GPIO1_IO03);
iounmem(SW_PAD_GPIO1_IO03);
iounmem(GPIO1_DR);
iounmem(GPIO1_GDIR);
// 注销设备
unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("CpuCode");
应用程序:
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#define LEDOFF 0
#define LEDON 1
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int retvalue;
char *filename;
unsigned char databuf[1];
if(argc != 3)
{
printf("Error Usage \r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0)
{
printf("file %s open failed \r\n", argv[1]);
return -1;
}
databuf[0] = atoi(argv[2]);
//向文件写数据
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(retvalue < 0)
{
printf("LED Control Failed \r\n");
close(fd);
return -1;
}
//关闭文件
retvalue = close(fd);
if(retvalue < 0)
{
printf("file %s close failed \r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}
Makefile:
KERNELDIR := /home/cpucode/linux-5.5.7
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := led.o
build := kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean