1-ARM Linux驱动开发-MIO控制

一、前言

MIO也属于是字符设备，将MIO复用为GPIO可以实现对LED等外设的控制，其本质是从寄存器层面对硬件的控制。这次主要记录一下GPIO控制LED的驱动。

官网ZYNQ寄存器手册https://docs.amd.com/r/en-US/ug1087-zynq-ultrascale-registers/Overview

二、物理地址与虚拟地址

1、物理地址

物理地址是内存（包括寄存器等存储器件）在硬件层面的真实地址，由硬件决定的，是固定不变的。对于存储器件来说，物理地址唯一地标识了一个存储单元，CPU 可以通过物理地址直接访问内存中的数据。不过，在一些复杂的系统架构中，如具有内存管理单元（MMU）的系统，物理地址的访问可能会受到限制或者重新映射。

2、虚拟地址

虚拟地址是操作系统（如 Linux）为应用程序提供的一种抽象的地址空间。它是应用程序所看到的内存地址，和物理地址没有直接的对应关系。主要优点是提供了内存保护和多任务支持。不同的应用程序可以有各自独立的虚拟地址空间，它们彼此之间不会相互干扰。当应用程序访问虚拟地址时，操作系统会通过内存管理单元（MMU）将虚拟地址转换为物理地址。

三、MIO简介

ZYNQ MPSOC中包含PS-MIO(Multiplexed I/O)和PS-EMIO(Extended Multiplexed I/O)，其中PS - MIO是ZYNQ MPSoc中处理系统的复用输入 / 输出接口。它提供了一种将PS与外部设备直接连接的方式，共有78个MIO引脚。PS-EMIO是PS的扩展复用输入/输出接口。它主要用于扩展ZYNQ MPSoc 的I/O接口能力。当MIO的引脚数量不能满足系统对外部设备连接的需求时，就可以使用EMIO，至多有96个引脚。

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四、应用文件

使用GPIO需要设置两个寄存器，一个是设置 GPIO的管脚复用的IOU_SLCR Module寄存器，一个是设置GPIO的管脚功能的GPIO Module寄存器。

在上面给出的ZYNQ MPSOC官方手册中可以找到对应的寄存器地址。

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//添加头文件
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/gpio.h>

static int led_major;
static struct class *led_cls;

/* gpio 内存映射地址 */
static unsigned long *gpio_addr = NULL;
static unsigned long *iou_slcr = NULL;

/* gpio 寄存器物理基地址 */
#define GPIO_BASE_ADDR 0xFF0A0000
#define IOU_SLCR_ADDR 0xFF180000
/* gpio 寄存器所占空间大小 */
#define GPIO_BASE_SIZE 0x368
#define IOU_SLCR_SIZE 0x714

/* gpio 引脚设置GPIO功能*/
#define GPIO_PIN_40 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x000000A0)
#define GPIO_PIN_42 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x000000A8)

/* gpio 控制电流0*/
#define IOU_SLCR_BANK1_CTRL0 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x00000154)
/* gpio 控制电流1*/
#define IOU_SLCR_BANK1_CTRL1 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x00000158)
/* gpio 输入引脚选择Schmitt或CMOS*/
#define IOU_SLCR_BANK1_CTRL3 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x0000015C)
/* gpio 设置上下拉*/
#define IOU_SLCR_BANK1_CTRL4 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x00000160)
/* gpio 使能上下拉*/
#define IOU_SLCR_BANK1_CTRL5 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x00000164)
/* gpio 引脚速率选择*/
#define IOU_SLCR_BANK1_CTRL6 (unsigned int *)((unsigned long)iou_slcr + 0x00000168)

/* gpio 方向寄存器 */
#define GPIO_DIRM_1 (unsigned int *)((unsigned long)gpio_addr + 0x00000244)
/* gpio 使能寄存器 */
#define GPIO_OEN_1 (unsigned int *)((unsigned long)gpio_addr + 0x00000248)
/* gpio 输出数据寄存器 */
#define GPIO_DATA_1 (unsigned int *)((unsigned long)gpio_addr + 0x00000044)
/* gpio 输出数据控制寄存器1 */
#define GPIO_MASK_DATA_1_LSW (unsigned int *)((unsigned long)gpio_addr + 0x00000008)
/* gpio 输出数据控制寄存器2 */
#define GPIO_MASK_DATA_1_MSW (unsigned int *)((unsigned long)gpio_addr + 0x0000000C)

const struct file_operations led_fops = {};

//实现装载入口函数和卸载入口函数
static __init int led_drv_v1_init(void)
{
	printk("-------^v^-------\n");
	printk("-led drv v1 init-\n");
	//申请主设备号
	led_major = register_chrdev(0, "led_drv_v1", &led_fops);
	if (led_major < 0)
	{
		printk("register chrdev faile!\n");
		return led_major;
	}
	printk("register chrdev ok!\n");

	//创建设备节点
	//创建设备的类别
	led_cls = class_create(THIS_MODULE, "led_class");
	printk("class create ok!\n");

	//创建设备
	device_create(led_cls, NULL, MKDEV(led_major, 0), NULL, "Myled%d", 0);
	printk("device create ok!\n");


	//1.内存映射
	gpio_addr = ioremap(GPIO_BASE_ADDR, GPIO_BASE_SIZE);
	iou_slcr = ioremap(IOU_SLCR_ADDR, IOU_SLCR_SIZE);
	printk("gpio_addr init over!\n");


	//2.MIO40 MIO42 设置成GPIO，参考手册设置
	iowrite32((ioread32(GPIO_PIN_40) & 0x0), GPIO_PIN_40);
	printk("gpio MIO40 init over!\n");
	iowrite32((ioread32(GPIO_PIN_42) & 0x0), GPIO_PIN_42);
	printk("gpio MIO42 init over!\n");

	// //3.MIO40 MIO42设置输出驱动电流大小
	// // 将 0x3FFFFFF 和 0x0 转换为二进制。
	// // 0011 1111 1111 1111 1111 1111 1111
	// // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
	// // 参考手册，可以知道每一位的地址都是由 CTRL0 和 CTRL1 控制的，在这里都是 10， 查看手册得 8 mA。
	iowrite32((ioread32(IOU_SLCR_BANK1_CTRL0) | 0x3FFFFFF), IOU_SLCR_BANK1_CTRL0);
	iowrite32((ioread32(IOU_SLCR_BANK1_CTRL1) & 0x0), IOU_SLCR_BANK1_CTRL1);

	//4.选择引脚是Schmitt还是CMOS
	iowrite32((ioread32(IOU_SLCR_BANK1_CTRL3) & 0x0), IOU_SLCR_BANK1_CTRL3);

	//5.输出管脚上下拉及使能
	iowrite32((ioread32(IOU_SLCR_BANK1_CTRL4) | 0x3FFFFFF), IOU_SLCR_BANK1_CTRL4);
	iowrite32((ioread32(IOU_SLCR_BANK1_CTRL5) | 0x3FFFFFF), IOU_SLCR_BANK1_CTRL5);

	//6.MIO速率的选择
	iowrite32((ioread32(IOU_SLCR_BANK1_CTRL6) & 0x0), IOU_SLCR_BANK1_CTRL6);

	//7.MIO40 MIO42 设置成输出
	// 40 - 26 = 14, 42 - 26 = 16
	// 0000 0000 000|0 0|000 0000 0000 0000
 	//              |16 |14   
	// 0000 0000 000 1 0 100 0000 0000 0000
	// 0000 0000 0001 0100 0000 0000 0000
	// 0x00014000
	iowrite32((ioread32(GPIO_DIRM_1) | 0x00014000), GPIO_DIRM_1);
	//MIO40 MIO42 使能
	iowrite32((ioread32(GPIO_OEN_1) | 0x00014000), GPIO_OEN_1);

	/* MASK_DATA方式按灭LED1，LED2，这个需要自己修改相关参数 */
	//iowrite32((ioread32(GPIO_MASK_DATA_0_LSW ) & 0xFEFFEFFF), GPIO_MASK_DATA_0_LSW );
	//printk("GPIO_MASK_DATA_0_LSW = 0x%x\n", *GPIO_MASK_DATA_0_LSW);
	//iowrite32((ioread32(GPIO_MASK_DATA_0_MSW ) & 0xFEFFEFFF), GPIO_MASK_DATA_0_MSW );
	//printk("GPIO_MASK_DATA_0_MSW = 0x%x\n", *GPIO_MASK_DATA_0_MSW);

	//8.DATA方式按灭LED1，LED2
	// 1111 1111 1111 111|1 1|111 1111 1111 1111
	//                   |0  |0
	// 1111 1111 1111 1110 1011 1111 1111 1111
	// 0xFFFEBFFF
	// iowrite32((ioread32(GPIO_DATA_1) & 0xFFFEBFFF), GPIO_DATA_1);
	iowrite32((ioread32(GPIO_DATA_1) & 0xFFFEBFFF), GPIO_DATA_1);

	printk("GPIO_DATA_1 = 0x%x\n", *GPIO_DATA_1);

	return 0;
}

static __exit void led_drv_v1_exit(void)
{
	iowrite32((ioread32(GPIO_DATA_1) | 0xFFFFFFFF), GPIO_DATA_1);
	//9.内存释放
	iounmap(gpio_addr);
	iounmap(iou_slcr);
	//删除设备
	device_destroy(led_cls, MKDEV(led_major, 0));
	//删除类
	class_destroy(led_cls);
	//注销主设备号
	unregister_chrdev(led_major, "led_drv_v1");

	printk("-------^v^-------\n");
	printk("-led drv v1 exit-\n");
}

//申明装载入口函数和卸载入口函数
module_init(led_drv_v1_init);
module_exit(led_drv_v1_exit);

//添加GPL协议
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Popeye");