地址映射

MMU(Memory Manage Unit)为内存管理单元，Linux内核2.6以前必须要有MMU，之后支持无MMU的处理器。MMU的功能有：

①完成虚拟空间到物理空间的映射。②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。Linux 内核启动的时候会初始化 MMU，设置好内存映射，设置好以后 CPU 访问的都是虚拟 地 址 。 比 如 I.MX6ULL 的GPIO1_IO03 引 脚 的 复 用 寄 存 器IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的地址为 0X020E0068。如果没有开启MMU 的话直接向 0X020E0068 这个寄存器地址写入数据就可以配置 GPIO1_IO03 的复用功能。现在开启了 MMU，并且设置了内存映射，因此就不能直接向 0X020E0068 这个地址写入数据了。我们必须得到 0X020E0068 这个物理地址在 Linux 系统里面对应的虚拟地址，这里就涉及到了物理内存和虚拟内存之间的转换，需要用到两个函数： ioremap 和 iounmap。

ioremap函数

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#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size),MT_DEVICE)
void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, unsigned int mtype)
{
	return arch_ioremap_caller(phys_addr, size,mtype,__builtin_return_address(0));
}

phys_addr：要映射的物理起始地址。
size：要映射的内存空间大小。
mtype： ioremap 的类型，可以选择 MT_DEVICE、MT_DEVICE_NONSHARED、MT_DEVICE_CACHED 和 MT_DEVICE_WC， ioremap 函数选择 MT_DEVICE。
返回值： __iomem 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址。

假如我们要获取 I.MX6ULL 的 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器对应的虚拟地址，使用如下代码即可： 

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#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
static void __iomem* SW_MUX_GPIO1_IO03;
SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);

宏 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 是寄存器物理地址， SW_MUX_GPIO1_IO03 是映射后的虚拟地址。对于 I.MX6ULL 来说一个寄存器是 4 字节(32 位)的，因此映射的内存长度为 4。映射完成以后直接对 SW_MUX_GPIO1_IO03 进行读写操作即可。

iounmap函数

卸载驱动的时候需要使用 iounmap 函数释放掉 ioremap 函数所做的映射， iounmap 函数原型如下： 

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void iounmap (volatile void __iomem *addr)

iounmap 只有一个参数 addr，此参数就是要取消映射的虚拟地址空间首地址。

I/O内存访问

当外部寄存器或内存映射到 IO 空间时，称为 I/O 端口。
当外部寄存器或内存映射到内存空间时，称为 I/O 内存。

但是对于 ARM 来说没有 I/O 空间这个概念，因此 ARM 体系下只有 I/O 内存(可以直接理解为内存)。

读操作函数

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u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

参数 addr 就是要读取写内存地址，返回值就是读取到的数据。

写操作函数

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void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

参数 value 是要写入的数值， addr 是要写入的地址。

写LED驱动程序

首先在汇编点亮LED的程序里面使能了imx6ull的外设时钟，使能GPIO1_03,配置了IO口的属性，之后进行了初始化，DR寄存器置位点灯。

LED的驱动开发首先要查出所要用到的寄存器的地址。

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//CCGR1的地址
CCM_CCGR1							20C_406Ch
//GPIO1_03的地址
IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03	20E_02F4h
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03	20E_0068h
GPIO1_DR							209_C000h
GPIO1_GDIR							20A_0004h

GPIO1_DR和GPIO1_GPIR的地址实在GPIO memory map（GPIO的地址映射）中寻找。

DR（data register），即数据寄存器，它是32位的，一个GPIO组最大只有32个IO，因此DR寄存器中的每个位都对应一个 GPIO。

  • 当GPIO被配置为输出模式后，向指定的位写入数据那么相应的IO就会输出相应的高低电平，例如，要设置GPIO5_IO03输出低电平，那么就应该设置 GPIO5.DR=0x08。
  • 当 GPIO被配置为输入模式后，此寄存器就保存着对应IO的电平值，每个位对对应一个GPIO，例如，当GPIO5_IO03这个引脚接地的话，那么 GPIO5.DR 的bit3就是0。

GDIR（GPIO direction register），即方向寄存器，也是32位的，用来设置某个GPIO的工作方向的，即输入/输出。

同样的，每个IO对应一个位，如果要设置GPIO为输入，就设置相应的位为0，如果要设置为输出，就设置为 1。

程序以及搭建思路

led驱动步骤：

①、书写字符设备驱动框架，添加头文件，定义file_operations，以及相关函数框架。
②、添加地址宏定义创建指针，以及在入口函数中实现虚拟地址的映射，注册设备。
③、在出接口地址中取消虚拟地址的映射，注销设备。
④、在open函数中实现GPIO的使能，以及IO引脚的配置。
⑤、在write函数中从应用层获取数据，来根据数据来进行GPIO的输出。

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#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 <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/fs.h>

#define LED_MAJOR	200
#define	LED_NAME	"led"

#define	CCM_CCGR1_BASE						(0X020C406C)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE				(0X020E02F4)
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE				(0X020E0068)
#define GPIO1_DR_BASE						(0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE						(0X0209C004)

#define on	1
#define	off	0
static void __iomem *CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;

void led_switch(u8 sta)
{
	u32 num;
	if(sta == on)
	{
		num =readl(GPIO1_DR);
		num &= ~(1 << 3);
		writel( num, GPIO1_DR);
		printk("on\n");
	}
	else if(sta == off)
	{
		num = readl(GPIO1_DR);
		num |= (1 << 3);
		writel( num, GPIO1_DR);
		printk("off\n");
	}
}

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

static int led_dev_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}
static ssize_t led_dev_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}
static ssize_t led_dev_write(struct file *filp,const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int val = 0;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char state ;	

	val = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(val < 0)
	{
		printk("kernl write failed \r\n");
		return -EFAULT;
	}
	state = databuf[0];
	if(state == on)
		led_switch(on);
	else if(state == off)
		led_switch(off);

	return 0;
}
static struct file_operations led_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_dev_open,
	.read = led_dev_read,
	.write = led_dev_write,
	.release = led_dev_release,
};
static int __init led_init(void)
{
	int value = 0;
	u32 val = 0;
	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);	    
	val = readl(CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26);//CCM_CCGR1的第27和26位控制GPIO1 clock的使能
	val |= (3 << 26);
	writel(val, CCM_CCGR1);
	//GPIO复位
	writel(5,SW_MUX_GPIO1_IO03);
	//配置电器属性 
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);
	//配置输出模式
	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val &= ~(1 << 3);
	val |= (1 << 3);
	writel(val, GPIO1_GDIR);
    	//默认关闭led
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3);
	writel( val , GPIO1_DR);
	value = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
	if(value < 0)
	{
		printk("led register failed\r\n");
		return -EIO;
	}
	return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
	iounmap(CCM_CCGR1);
	iounmap(GPIO1_DR);
	iounmap(GPIO1_GDIR);
	iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
	iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
	//注销led设备
	unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
	printk("led exit\r\n");
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

应用层程序

搭建思路：

①、获取命令行的数据
②、打开设备
③、写入指令
④、关闭设备

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

int main(int argc , char *argv[])
{
	int  value;
    FILE *fp == NULL;
    char *filename
    unsigned char databuf[1];
    filename = argv[1];
    
    if((fp = fopen(filename, "w+"))==NULL)
    {
    	perror("fopen error:");
        exit(-1);
    }
    printf("文件打开成功!\n");
    databuf[0] = atoi(argv[2]);
    if(sizeof(buf) > fwrite(databuf, 1, sizeof(databuf), fp))
    {
    	printf("fwrite error\n");
 		fclose(fp);
 		exit(-1);
    }
    printf("数据写入成功!\n");
	 /* 关闭文件 */
 	fclose(fp);
 	exit(0);
}

Makefile文件编写，跟之前一样。

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KERNELDIR := /home/moss/linux/imx-kernel/linux-fslc-4.9-2.0.x-imx
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