29

我正在尝试编写一个 C 程序来闪烁 Beaglebone 上的 LED。我知道我可以使用 sysfs 方式……但我想看看是否可以通过 /dev/mem 映射物理地址空间获得相同的结果。

我有一个头文件 beaglebone_gpio.h ，内容如下：

#ifndef _BEAGLEBONE_GPIO_H_
#define _BEAGLEBONE_GPIO_H_

#define GPIO1_START_ADDR 0x4804C000
#define GPIO1_END_ADDR 0x4804DFFF
#define GPIO1_SIZE (GPIO1_END_ADDR - GPIO1_START_ADDR)
#define GPIO_OE 0x134
#define GPIO_SETDATAOUT 0x194
#define GPIO_CLEARDATAOUT 0x190

#define USR0_LED (1<<21)
#define USR1_LED (1<<22)
#define USR2_LED (1<<23)
#define USR3_LED (1<<24)

#endif

然后我有我的 C 程序 gpiotest.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h> 
#include "beaglebone_gpio.h"

int main(int argc, char *argv[]) {
    volatile void *gpio_addr = NULL;
    volatile unsigned int *gpio_oe_addr = NULL;
    volatile unsigned int *gpio_setdataout_addr = NULL;
    volatile unsigned int *gpio_cleardataout_addr = NULL;
    unsigned int reg;
    int fd = open("/dev/mem", O_RDWR);

    printf("Mapping %X - %X (size: %X)\n", GPIO1_START_ADDR, GPIO1_END_ADDR, GPIO1_SIZE);

    gpio_addr = mmap(0, GPIO1_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, GPIO1_START_ADDR);

    gpio_oe_addr = gpio_addr + GPIO_OE;
    gpio_setdataout_addr = gpio_addr + GPIO_SETDATAOUT;
    gpio_cleardataout_addr = gpio_addr + GPIO_CLEARDATAOUT;

    if(gpio_addr == MAP_FAILED) {
        printf("Unable to map GPIO\n");
        exit(1);
    }
    printf("GPIO mapped to %p\n", gpio_addr);
    printf("GPIO OE mapped to %p\n", gpio_oe_addr);
    printf("GPIO SETDATAOUTADDR mapped to %p\n", gpio_setdataout_addr);
    printf("GPIO CLEARDATAOUT mapped to %p\n", gpio_cleardataout_addr);

    reg = *gpio_oe_addr;
    printf("GPIO1 configuration: %X\n", reg);
    reg = reg & (0xFFFFFFFF - USR1_LED);
    *gpio_oe_addr = reg;
    printf("GPIO1 configuration: %X\n", reg);

    printf("Start blinking LED USR1\n");
    while(1) {
        printf("ON\n");
        *gpio_setdataout_addr= USR1_LED;
        sleep(1);
        printf("OFF\n");
        *gpio_cleardataout_addr = USR1_LED;
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

输出是：

Mapping 4804C000 - 4804DFFF (size: 1FFF)
GPIO mapped to 0x40225000
GPIO OE mapped to 40225134
GPIO SEDATAOUTADDR mapped to 0x40225194
GPIO CLEARDATAOUTADDR mapped to 0x40225190
GPIO1 configuration: FE1FFFFF
GPIO1 configuratino: FE1FFFFF
Start blinking LED USR1
ON
OFF
ON
OFF
...

但我看不到 LED 闪烁。

从程序的输出中可以看出，配置是正确的，FE1FFFFF 是一致的，因为 GPIO1_21、GPIO1_22、GPIO1_23 和 GPIO1_24 被配置为输出，每个都驱动一个 LED。

关于原因的任何想法？

4

7 回答 7

12

当心。乍一看这很有效，但它直接写入 GPIO 控制器驱动程序认为它拥有的寄存器。这将导致奇怪且难以追踪的副作用，无论是在此 GPIO 线路上还是在同一组中的 GPIO 上。为此，您需要从内核 GPIO 驱动程序中禁用整个组。

于 2013-12-07T21:29:47.820 回答
9

修复方法是：

pio_addr = mmap(0, GPIO1_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, GPIO1_START_ADDR);
于 2013-08-01T18:22:55.213 回答
8

原始帖子中显示的代码不适用于最新的 Beaglebone Black 及其相关的 3.12 内核。控制寄存器偏移量似乎发生了变化；验证以下代码可以正常工作：

#define GPIO0_BASE 0x44E07000
#define GPIO1_BASE 0x4804C000
#define GPIO2_BASE 0x481AC000
#define GPIO3_BASE 0x481AE000

#define GPIO_SIZE  0x00000FFF

// OE: 0 is output, 1 is input
#define GPIO_OE 0x14d
#define GPIO_IN 0x14e
#define GPIO_OUT 0x14f

#define USR0_LED (1<<21)
#define USR1_LED (1<<22)
#define USR2_LED (1<<23)
#define USR3_LED (1<<24)

int mem_fd;
char *gpio_mem, *gpio_map;

// I/O access
volatile unsigned *gpio;

static void io_setup(void)
{
    // Enable all GPIO banks
    // Without this, access to deactivated banks (i.e. those with no clock source set up) will (logically) fail with SIGBUS
    // Idea taken from https://groups.google.com/forum/#!msg/beagleboard/OYFp4EXawiI/Mq6s3sg14HoJ
    system("echo 5 > /sys/class/gpio/export");
    system("echo 65 > /sys/class/gpio/export");
    system("echo 105 > /sys/class/gpio/export");

    /* open /dev/mem */
    if ((mem_fd = open("/dev/mem", O_RDWR|O_SYNC) ) < 0) {
            printf("can't open /dev/mem \n");
            exit (-1);
    }

    /* mmap GPIO */
    gpio_map = (char *)mmap(
            0,
            GPIO_SIZE,
            PROT_READ|PROT_WRITE,
            MAP_SHARED,
            mem_fd,
            GPIO1_BASE
    );

    if (gpio_map == MAP_FAILED) {
            printf("mmap error %d\n", (int)gpio_map);
            exit (-1);
    }

    // Always use the volatile pointer!
    gpio = (volatile unsigned *)gpio_map;

    // Get direction control register contents
    unsigned int creg = *(gpio + GPIO_OE);

    // Set outputs
    creg = creg & (~USR0_LED);
    creg = creg & (~USR1_LED);
    creg = creg & (~USR2_LED);
    creg = creg & (~USR3_LED);

    // Set new direction control register contents
    *(gpio + GPIO_OE) = creg;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    io_setup();
    while (1) {
        // Set LEDs
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) | USR0_LED;
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) | USR1_LED;
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) | USR2_LED;
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) | USR3_LED;

        sleep(1);

        // Clear LEDs
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) & (~USR0_LED);
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) & (~USR1_LED);
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) & (~USR2_LED);
        *(gpio + GPIO_OUT) = *(gpio + GPIO_OUT) & (~USR3_LED);

        sleep(1);
    }

    return 0;
}

我在这里发布这个，因为看起来 mmap-ed 访问停止在 3.8 内核周围工作，从那时起没有人发布过有效的解决方案。我不得不使用 /sys/class/gpio 接口对控制寄存器偏移进行逆向工程；我希望这个答案可以减少一些与使用 BeagleBone GPIO 和较新内核相关的挫败感。

该代码是在 BSD 许可下获得许可的——在任何地方都可以随意使用它。

编辑：user3078565 在上面的回答中是正确的。您需要禁用默认的用户 LED GPIO 驱动程序，方法是将其触发器设置为无，或者通过编辑设备树将它们完全隐藏在内核中。不这样做会导致 LED 按预期闪烁，但有时它们的状态也会被内核 GPIO 驱动程序覆盖。

这对我的原始应用程序来说不是问题，因为它使用 GPIO bank 0，内核 GPIO 驱动程序很大程度上忽略了它。

于 2014-01-02T00:53:28.547 回答
4

您可能还需要为您尝试在用户空间中控制的任何硬件启用时钟。幸运的是，您可以使用 dev/mem 和 mmap() 来调整特定硬件的时钟控制寄存器，就像我编写的启用 SPI0 的代码一样：（定义值都来自 spruh73i.pdf 寄存器描述）

#define CM_PER_BASE     0x44E00000  /* base address of clock control regs */
#define CM_PER_SPI0_CLKCTRL     0x4C        /* offset of SPI0 clock control reg */

#define SPIO_CLKCTRL_MODE_ENABLE 2          /* value to enable SPI0 clock */

int mem;            // handle for /dev/mem

int  InitSlaveSPI(void) // maps the SPI hardware into user space
{
    char *pClockControl;    // pointer to clock controlregister block (virtualized by OS)
    unsigned int value;

    // Open /dev/mem:
    if ((mem = open ("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) < 0)
    {
        printf("Cannot open /dev/mem\n");
        return 1;
    }
    printf("Opened /dev/mem\n");

    // map a pointer to the clock control block:
    pClockControl = (char *)mmap(0, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, mem, CM_PER_BASE);

    if(pClockControl == (char *)0xFFFFFFFF) 
    {
        printf("Memory map failed. error %i\n", (uint32_t)pClockControl);
        close( mem );
        return 2;
    }

    value = *(uint32_t *)(pClockControl + CM_PER_SPI0_CLKCTRL);
    printf("CM_PER_SPI0_CLKCTRL was 0x%08X\n", value);

    *(uint32_t *)(pClockControl + CM_PER_SPI0_CLKCTRL) = SPIO_CLKCTRL_MODE_ENABLE;

    value = *(uint32_t *)(pClockControl + CM_PER_SPI0_CLKCTRL);
    printf("CM_PER_SPI0_CLKCTRL now 0x%08X\n", value);

    munmap( pClockControl, 4096 );              // free this memory map element

一旦我执行了这个代码片段，我就可以使用另一个 mmap() 指针访问 SPI0 寄存器。如果我不首先启用 SPI0 模块时钟，那么当我尝试访问这些 SPI 寄存器时会出现总线错误。启用时钟是持久的：一旦以这种方式启用，它就会一直保持下去，直到您禁用它，或者直到您使用 spidev 然后关闭它，或重新启动。因此，如果您的应用程序使用您启用的硬件完成，您可能希望禁用它以节省电量。

于 2014-02-08T03:00:03.237 回答
2

用于启用 GPIO bank....

enableClockModules () {
    // Enable disabled GPIO module clocks.
    if (mapAddress[(CM_WKUP_GPIO0_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK) {
      mapAddress[(CM_WKUP_GPIO0_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] |= MODULEMODE_ENABLE;
      // Wait for the enable complete.
      while (mapAddress[(CM_WKUP_GPIO0_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK);
    }
    if (mapAddress[(CM_PER_GPIO1_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK) {
      mapAddress[(CM_PER_GPIO1_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] |= MODULEMODE_ENABLE;
      // Wait for the enable complete.
      while (mapAddress[(CM_PER_GPIO1_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK);
    }
    if (mapAddress[(CM_PER_GPIO2_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK) {
      mapAddress[(CM_PER_GPIO2_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] |= MODULEMODE_ENABLE;
      // Wait for the enable complete.
      while (mapAddress[(CM_PER_GPIO2_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK);
    }
    if (mapAddress[(CM_PER_GPIO3_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK) {
      mapAddress[(CM_PER_GPIO3_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] |= MODULEMODE_ENABLE;
      // Wait for the enable complete.
      while (mapAddress[(CM_PER_GPIO3_CLKCTRL - MMAP_OFFSET) / GPIO_REGISTER_SIZE] & IDLEST_MASK);
    }
}

在哪里...

MMAP_OFFSET = 0x44C00000

MMAP_SIZE = 0x481AEFFF - MMAP_OFFSET

GPIO_REGISTER_SIZE = 4

MODULEMODE_ENABLE = 0x02

IDLEST_MASK = (0x03 << 16)

CM_WKUP = 0x44E00400

CM_PER = 0x44E00000

CM_WKUP_GPIO0_CLKCTRL = (CM_WKUP + 0x8)

CM_PER_GPIO1_CLKCTRL = (CM_PER + 0xAC)

CM_PER_GPIO2_CLKCTRL = (CM_PER + 0xB0)

CM_PER_GPIO3_CLKCTRL = (CM_PER + 0xB4)

我写了一个小库，也许你可能会感兴趣。目前仅适用于数字引脚。

问候

于 2014-12-02T08:33:03.747 回答
1

REF: madscientist159

// OE: 0 is output, 1 is input
#define GPIO_OE 0x14d
#define GPIO_IN 0x14e
#define GPIO_OUT 0x14f
should be
// OE: 0 is output, 1 is input
#define GPIO_OE 0x4d
#define GPIO_IN 0x4e
#define GPIO_OUT 0x4f

unsigned int 偏移地址派生自 unsigned char 地址

于 2014-10-23T11:37:24.577 回答
1

这种异常似乎是 AM335x 芯片中地址解码不完整造成的。有意义的是，0x4D、0x4E 和 0x4F 作为访问这些寄存器的基地址的偏移量。C/C++ 指针算法将这些偏移量乘以 4 以产生 0x134、0x138 和 0x13C 的真实偏移量。但是，可以通过 0x14D、0x14E 和 0x14F 访问这些寄存器的“影子”副本。我已经验证了两组偏移量都有效。我没有费心尝试 0x24D 等。

可以使用偏移量 0x64 访问 GPIO_CLEARDATAOUT 寄存器，并且可以使用偏移量 0x65 访问 GPIO_SETDATAOUT 寄存器。

于 2014-10-30T16:39:10.027 回答