3.1.io内存操作

驱动程序中需要控制芯片内部的一些片内外设（如片内ADC，GPIO），这时需要怎么办？

方法是操作外设的控制寄存器（如ADC控制寄存器，GPIO控制寄存器）。

在ARM体系下，内存和外设统一编址，无论是内存还是外设ARM处理器都是通过地址访问。
在linux中的程序使用虚拟地址，不能直接访问物理地址，必须将物理地址转换为虚拟地址，内核通过虚拟地址来访问系统物理地址。
io内存就是通过IO操纵控制寄存器等来实现对外设的控制，io内存操作分为以下3步：
1、申请资源（可选，有此步骤更安全）
2、IO映射
3、使用IO操作

IO内存操作的简易代码如下：

//声明指针变量static volatile unsigned int __iomem*gpio_pb_cf;    static volatile unsigned char __iomem*gpioe_base_va;static volatile unsigned char __iomem*gpioe_res;gpioe_res = request_mem_region(PIO_BASE_ADDRESS,0x300,"GPIOE_MEM");//IO映射gpioe_base_va = (unsigned char*)ioremap(PIO_BASE_ADDRESS,0x300);//GPIO寄存器地址映射gpio_pb_cf = (unsigned int*)(gpioe_base_va+0x24);//使用*gpio_pb_cf |= (0x00000010);

本次实验的目的是控制V3S电路板上的LED，模拟星空的星星，一闪一闪亮晶晶！我们一起来看看如何通过GPIO控制LED。

查看V3S开发板原理图可知，LED有PB1这个GPIO引脚控制，因此我们只需要操作PB1即可实现LED亮灭的控制。
打开V3S芯片手册，查看GPIO控制部分资料。

GPIO的基地址为0x01C20800，PB为 port 0 ,由此可知PB的控制寄存器信息：
P0_CFG0寄存器的地址为0x01C20800+0x24 ，该寄存器的作用是配置IO口的状态。

如我们要将PB1设置为输出，则需要把P0_CFG0寄存器的bit4~bit6设置为001 。
P0_DAT寄存器的地址为0x01C20800+0x34 ，该寄存器的作用是控制IO口的电平。

P0_DAT的bit1的值对应PB1的电平状态，P0_DAT的bit1的值为1时PB1的电平状态为3.3V ,P0_DAT的bit1的值为0时PB1的电平状态为0V 。

因此我们只需对GPIO控制寄存器进行IO映射，然后操作P0_CFG0和P0_DAT这两个寄存器即可实现对LED的控制。

3.2.ioctl函数

ioctl 函数是驱动程序中设备控制接口函数，常情况下设备驱动会实现打开、关闭、读、写等功能，但是在一些需要细分特殊的情境下，需要扩展新功能，通常使用 ioctl() 函数来实现。
ioctl() 函数本质上就是一个switch函数，驱动程序中定义不同的cmd，每一个cmd实现一个特定的功能。

switch(cmd){    case 0://功能0    break;    case 1:                    //功能1    break;    case 2:                    //功能2    break;        default:    return -EINVAL;}

ioctl 函数中的cmd需要特别注意，cmd命令码的设计是有一些规则的，因为我们必须要做到命令和设备是一一对应的，这样才不会将正确的命令发给错误的设备，或者是把错误的命令发给正确的设备，这些错误操作都会导致不可预料的事情发生。因此我们必须按照规则设计cmd命令码，cmd如果为1，是不是就很容易重复？如果cmd为0xff881314是不是就不容易重复了？
linux内核提供了一些宏专门用来生产cmd命令码，这几个宏的使用格式为：

_IO (魔数， 基数);
_IOR (魔数， 基数， 变量型)
_IOW (魔数， 基数， 变量型)
_IOWR (魔数， 基数，变量型 )

魔数：魔数范围为 0~255 。通常，用英文字符 “A” ~ “Z” 或者 “a” ~ “z” 来表示。
基数：基数用于区别各种命令，通常从 0开始递增。
变量型 ：变量型使用 arg 变量指定传送的数据大小。

本驱动程序中的cmd定义如下：

#define IOC_MAGIC ‘w’
#define IOCTL_TEST_ON _IO(IOC_MAGIC,0)
#define IOCTL_TEST_OFF _IO(IOC_MAGIC,1)

3.3.驱动程序编译准备

为了编译得到驱动ko,我们linux内核中建立一个如下目录：
easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work/driver_gpio
把driver_gpio.c程序拷贝到driver_gpio的文件夹中。

4.devmem调试

前文提到了驱动程序中的IO内存操作，ioctl函数操作，在设计过程中可能回遇到各种问题，导致控制操作失败。拿本次实验来说，大家在设计过程中可能遇到各种问题匪夷所思的问题导致LED控制失败，如LED电路出问题，手册中的地址标识错误。这些问题导致程序调试久久无法成功，遇到这种问题怎么办？

在这里我为大家介绍一种快速测试IO内存操作的方法：devmem

devmem指令是提供给驱动开发人员，让我们可以在应用层自由的读写寄存器值，用来检测驱动中对内存或者相关配置的正确性验证。

devmem的原理也比较简单，是应用程序通过mmap函数使用/dev/mem驱动中mmap方法，实现映射了设备的内存到用户空间，最终实现对物理地址的读写操作。evmem的使用方法：

指令格式: devmem2 { address } [ type [ data ] ]
address : 物理地址，需要访问的物理地址。
type :要访问的数据类型 : [b]yte, [h]alfword, [w]ord ，如果只是读取，省略即可
data :想要写入的数据，如果只是读取，省略即可

我们使用这个指令先在V3S开发板上控制一下LED，验证一下LED功能是否正确。

配置PB1为输出模式

devmem 0x01c20824 w 0x00000010

读寄存器数据

devmem 0x01c20824

设置PB1_DAT寄存器，PB1输出高电平LED灭。

devmem 0x01c20834 w 0x00000002

设置PB1_DAT寄存器，PB1输出高低平LED亮。

devmem 0x01c20834 w 0x00000000

5.编写makefile

为了编译得到我们需要的驱动，我们需要在linux-3.4内核代码中增加和修改Makefile文件。
首先我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char目录下增加一个work的目录,我们修改easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char目录下Makefile文件，在Makefile文件内容中增加加入：

obj += work/

这句代码的意思是：在编译内核时也将子目录work/下的文件进行编译。

然后easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work目录下增加一个driver_gpio的目录,我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work中创建一个Makefile文件，同时在Makefile文件中加入：

obj += driver_gpio/

这句代码的意思是：在编译内核时也将子目录driver_gpio/下的文件进行编译。

我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work/driver_gpio中创建一个Makefile文件，同时在Makefile文件中加入：

obj-m = driver_gpio.o

这句代码的意思是：将我们的driver_gpio.c文件编译得到一个driver_gpio.ko的驱动文件。

我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work/driver_gpio中创建一个Makefile文件，同时在Makefile文件中加入：

obj-m = driver_gpio.o

这句代码的意思是：将我们的driver_gpio.c文件编译得到一个driver_gpio.ko的驱动文件。

准备好driver_gpio.c文件和Makefile文件后，我们开始编译内核。

编译完成后，我们得到了driver_gpio.ko的驱动文件

6.编写应用程序

编写一个gpio_app.c的应用程序，程序源码如下：

/************************************************************************************************************                                        gpio_app*                                      (c) Copyright 2021-2031*                                         All Rights Reserved** @File    : * @By      : liwei* @Version : V0.01* ***********************************************************************************************************//**********************************************************************************************************Includes **********************************************************************************************************/#include  #include  #include #include #include  #include  #include #include #define   IOC_MAGIC  'w'#define   IOCTL_TEST_ON   _IO(IOC_MAGIC,0)#define   IOCTL_TEST_OFF   _IO(IOC_MAGIC,1)/************************************************************************************************************ @描述:  ***********************************************************************************************************/int main(int arvc, char *argv[]){int fd;int value = 0;//打开驱动 fd = open("/dev/driver_gpio",O_RDWR);printf("==========led test=============
");while(1){//执行IOCTL操作ioctl(fd,IOCTL_TEST_ON);sleep(1);ioctl(fd,IOCTL_TEST_OFF);sleep(1);printf("==========run==================
");sleep(1);}return 0;}/***********************************************END*******************************************************/

我们将应用程序源码放在虚拟机的任意一个目录中如：/home/easyboard/work/demo
然后我们在终端中进入/home/easyboard/work/demo目录，使用执行如下gcc编译指令：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc gpio_app.c -o gpio_app

于是我们得到一个可执行文件

7.安装驱动及运行应用程序

目前我们得到了driver_gpio.ko和gpio_app两个文件，我们使用SecureCRTPortable工具将这两个文件传输到V3开发板中。

执行安装驱动指令：

insmod driver_gpio.ko

查看驱动信息

cat /proc/devices

执行创建文件节点指令：

mknod /dev/driver_gpio c 248 0

执行查看驱动指令（可选）：

ls /dev

执行修改gpio_app文件权限指令：

chmod 777 gpio_app

执行运行gpio_app指令：

./gpio_app

本次实验我们实现控制LED!
模拟星空的星星!
一闪一闪亮晶晶！
效果图如下：

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作者：李巍
Github：liyinuoman2017
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今日头条：程序猿李巍

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