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C语言方式(mmap)

这里提供接近单片机寄存器操作的一种应用层GPIO操作方式，也封装成库给大家使用。

一、GPIO 寄存器介绍#

在 V3S datasheet 第224页是GPIO控制器的相关介绍。

V3S从有PB/C/E/F/G五个GPIO端口，每个都是32位端口（实际引脚没有引出那么多）,也是32位寄存器。

每个端口由以下几个寄存器组成：

(n=1,2,4,5,6；寄存器基址为0x01C20800)

Register Name	Offset	Description	详细描述
Pn_CFG0	n*0x24+0x00	Port n Configure Register 0 (n=1,2,4,5,6)	每个脚4bit，最高位保留。000 输入;001 输出;010 外设功能1;011 外设功能2;100 外设功能3;101 外设功能4;110 EINT中断;111 IO失能
Pn_CFG1	n*0x24+0x04	Port n Configure Register 1	同上
Pn_CFG2	n*0x24+0x08	Port n Configure Register 2	同上
Pn_CFG3	n*0x24+0x0C	Port n Configure Register 3	同上
Pn_DAT	n*0x24+0x10	Port n Data Register	每位代表输入输出值
Pn_DRV0	n*0x24+0x14	Port n Multi-Driving Register 0	0~3逐级递增
Pn_DRV1	n*0x24+0x18	Port n Multi-Driving Register 1	同上
Pn_PUL0	n*0x24+0x1C	Port n PullRegister 0	0浮空，1上拉，2下拉，3保留
Pn_PUL1	n*0x24+0x20	Port n PullRegister 1	同上
Pn_INT_CFG0	0x200+n*0x20+0x00	PIO Interrrupt Configure Register 0	0上升，1下降，2高电平，3低电平，4双边沿
Pn_INT_CFG1	0x200+n*0x20+0x04	PIO Interrrupt Configure Register 1	同上
Pn_INT_CFG2	0x200+n*0x20+0x08	PIO Interrrupt Configure Register 2	同上
Pn_INT_CFG3	0x200+n*0x20+0x0C	PIO Interrrupt Configure Register 3	同上
Pn_INT_CTL	0x200+n*0x20+0x10	PIO Interrupt Control Register	0失能，1使能
Pn_INT_STA	0x200+n*0x20+0x14	PIO Interrupt Status Register	0未发生中断，1发生中断。写1清除
Pn_INT_DEB	0x200+n*0x20+0x18	PIO Interrupt Debounce Register	bit0，选择中断时钟，0,32Khz，低速时钟；1，24MHz主时钟。bit6:4，去抖时钟分频，选择的时钟源2^n分频，即最大256分频。

寄存器	地址
PB配置	1C20824
PC配置	1C20848
PE配置	1C20890
PF配置	1C208B4
PG配置	1C208D8

二、mmap简介#

mmap简单来说就是把一片物理内存空间（或者文件）映射到应用的虚拟内存空间，这样，直接在应用层就能操作CPU的寄存器，类似于单片机的寄存器操作。我们只要封装好寄存器操作的库函数，就能在以后的程序里简单调用了~

详细的mmap介绍可以参考附录的链接。

为了操作寄存器，我们需要用到 /dev/mem 设备，这个设备是是物理内存的全映像，可以用来访问物理内存，一般用法是 open("/dev/mem",O_RDWR|O_SYNC)，然后mmap，接着就可以用mmap的地址来访问物理内存，这实际上就是实现用户空间驱动的一种方法。

#include <sys/mmap.h>
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
//start: 映射区的起始地址，0的话由接口自动返回
//length: 映射区的长度
//prot: 内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。以下值可以 或 组合。
    //PROT_EXEC  页内容可以被执行
    //PROT_READ  页内容可以被读取
    //PROT_WRITE  页可以被写入
    //PROT_NONE  页不可访问
//flag: 指定映射对象的类型，是否可以共享等。
//fd: 文件描述符
//oft: 被映射对象内容的起点偏移。映射物理内存的话，就是物理内存地址。**必须页对齐。**

int munmap(void *start, size_t length);
//start: 前面获得的地址
//length: 映射区的大小。

int msync ( void * addr , size_t len, int flags) 
//一般说来，进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap（）后才执行该操作。可以通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。 
//但是对于映射物理内存来说是直接作用的。

代码片段：

#include <sys/mmap.h>

char dev_name[] = "/dev/mem"; 
GPIO_REGISTER  *gpio_base; 
fd  =  open(dev_name,O_RDWR); 
if(fd<0){ 
    printf("open %s is error\n",dev_name); 
    return -1 ; 
} 
gpio_base = (GPIO_REGISTER *)mmap( 0, 0x32, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd, 0x40060000 );
if(gpio_base == NULL){ 
    printf("gpio base mmap is error\n"); 
    close(fd); 
    return -1; 
} 
//后面就是对寄存器操作了
//结束后解除映射
munmap(gpio_base, 0x32);

我基于mmap写了个应用层调试寄存器的小程序，reg-dbger,在github上可以下载使用。

使用方法为：

reg-dbger r reg_addr                        //读寄存器
reg-dbger rb reg_addr bit_oft bit_cnt       //读寄存器的bit_oft开始的bit_cnt位
reg-dbger w reg_addr value                  //写寄存器
reg-dbger wb reg_addr bit_oft bit_cnt value //写寄存器的bit_oft开始的bit_cnt位
reg-dbger dump reg_addr cnt                 //批量dump出cnt个寄存器值

比如操作gpio寄存器，点亮熄灭Zero上的绿色LED：

# PG0
# 配置寄存器 0x01C20800+6*0x24+0=1C208D8
# 数据寄存器 0x01C20800+6*0x24+0x10 = 1C208E8
reg-dbger r 1C208D8 
reg-dbger r 1C208E8
reg-dbger wb 1C208D8 0 3 1    #输出状态
reg-dbger wb 1C208E8 0 1 0     #输出0，点亮

同样基于mmap写了个应用层操作GPIO的小程序，lpi-gpio,在github上可以下载使用。

使用方法为：

lpi-gpio set PG0 out/in 0/1/2   //设置为输出的话,0低电平，1,2高电平；设置为输入，0下拉，1上拉，2浮空。
lpi-gpio r PG0 
lpi-gpio w PG0 0/1
lpi-gpio pwm PG0 100 200    //PG0 pwm输出，两个参数分别表示高低电平的微秒数（>60us）
lpi-gpio test PG0   //测试PG0用函数翻转IO的最大速率，结果为1.85MHz
lpi-gpio tfast PG0  //测试PG0用软件翻转IO的最大速率，结果为10MHz

为方便在C语言里调用，我生成了gpio操作的动态库 libgpio.so，大家可以在c程序中调用。

这里是一个简单的使用例程：

#include "lpi_gpio.h"
#define USLEEP_T 61

int main()
{
        lpi_gpio_initlib();
        lpi_gpio_init(6, 0, 1, 0);
        while(1)
        {   //generate 1KHz PWM
                lpi_gpio_w(6, 0, 1);
                usleep(500-USLEEP_T);
                lpi_gpio_w(6, 0, 0);
                usleep(500-USLEEP_T);
        }
        lpi_gpio_deinitlib();
        return;
}

//gcc -fPIC -shared -o libgpio.so lib_gpio.c    //编译生成动态库
gcc test_gpio.c -L. -lgpio -o test_gpio     //编译生成应用程序
LD_LIBRARY_PATH=. ./test_gpio   //运行应用程序，手工指定动态库位置
//or add libgpio.so to /etc/ld.so.conf, ldconfig