一、地址映射

我们先了解MMU，全称是Memory Manage Unit。在老版本的Linux中要求处理器必须有MMU，但是现在Linux内核已经支持五MMU。MMU主要完成的功能如下：

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

对于32位的处理器来说，虚拟地址范围是2^32=4GB，我们的开发板上有512MB的DDR3，这512MB内存就是物理内存，经过MMU可以将其映射到整个4GB的虚拟空间，如图所示

Linux内核启动的时候会初始化MMU，设置好内存映射，设置好CPU以后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。

1、ioremap函数

ioremap函数用于获取指定物理地址空间对应的虚拟地址空间，定义在arch/arm/include/asm/io.h文件中。假如我们要获取IMX6ULL的IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03寄存器对应的虚拟地址，使用如下代码

#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。

2、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

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

iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);

二、实验程序编写

1、驱动代码

新建名为2_led文件夹，然后在2_led文件夹里面创建VScode工程，工作区命名为led，工程创建好以后新建led.c文件，此文件就是led的驱动文件，代码如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>

#define LED_MAJOR  200
#define LED_NAME   "led"

//寄存器物理地址
#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C)
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)

//映射后的寄存器虚拟地址指针
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;

#define LEDOFF   0
#define LEDON    1

static void led_switch(u8 sta)
{
    u32 val = 0;

    if(sta == LEDON){
        val = readl(GPIO1_DR);
        val &= ~(1 << 3);
        writel(val,GPIO1_DR);
    }
    else if(sta == LEDOFF){
        val = readl(GPIO1_DR);
        val |= (1 << 3);
        writel(val,GPIO1_DR);
    }
}

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

static int led_release(struct inode *inode,struct file *flip)
{
    return 0;
}

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
             size_t count, loff_t *ppos)
{
    int retvalue;
    unsigned char databuf[1];

    retvalue = copy_from_user(databuf,buf,count);
    if(retvalue < 0){
        printk("kernel write failed!\r\n");
        return -EFAULT;
    }
    led_switch(databuf[0]);
}

static const struct file_operations led_fops = {
    .owner      = THIS_MODULE,
    .write    = led_write,
    .open     = led_open,
    .release  = led_release,
};

static int __init led_init(void)
{
    int ret = 0;
    unsigned int val = 0;
     
    //寄存器地址映射
    IMX6U_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);
      
    //使能GPIO1时钟
    val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
    val &= ~(3 << 26);
    val |= 3 << 26;

    //设置GPIO1_IO03的复用功能
    writel(val,IMX6U_CCM_CCGR1);
    //设置IO属性
    writel(0x5,SW_MUX_GPIO1_IO03);
    writel(0x10B0,SW_PAD_GPIO1_IO03);

    //设置为输出功能
    val = readl(GPIO1_GDIR);
    val |= 1 << 3;
    writel(val,GPIO1_GDIR);

    //默认关闭LED
    val = readl(GPIO1_DR);
    val |= (1 << 3);
    writel(val,GPIO1_DR);

    //输出字符设备驱动
    ret = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME,&led_fops);
    if(ret < 0)
    {
        printk("register chardev failed!\r\n");
        return -EIO;
    }
    printk("led_init\r\n");
    return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
    unsigned int val = 0;
    val = readl(GPIO1_DR);
    val |= (1 << 3);
    writel(val,GPIO1_DR);

    //取消映射
    iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
    iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
    iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
    iounmap(GPIO1_DR);
    iounmap(GPIO1_GDIR);

    //注销字符设备驱动
    unregister_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME);
    printk("led_exit\r\n");
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("mxh");

2、编写测试APP

编写测试APP，led驱动加载成功以后手动创建/dev/led节点，应用APP通过操作/dev/led文件完成对LED设备的控制，向/dev/led文件写0表示关闭LED灯，写1表示打开LED灯，新建ledAPP.c，代码如下

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

#define LEDOFF 0
#define LEDON 1

int main(int argc,char *argv[])
{
    int fd,retvalue;
    char *filename;
    unsigned char databuf[1];

    if(argc != 3){
        printf("Error Usage!\r\n");
        return -1;
    }
    filename = argv[1];

    //打开led驱动
    fd = open(filename,O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("file %s open failed!\r\n",filename);
        return -1;
    }
    databuf[0] = atoi(argv[2]);

    //向/dev/led文件写入数据
    retvalue = write(fd,databuf,sizeof(databuf));
    if(retvalue < 0){
        printf("LED Control Failed!\r\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

3、运行测试

3.1、编译驱动程序

编写Makefile文件，代码如下

KERNELDIR := /home/mxh/linux/IMX6ULL/linux/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga

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

注意第5行是led.o

输入如下命令编译出驱动模块文件

make -j4

3.2、编译测试APP

输入如下命令测试

arm-linux-gnueabihf-gcc ledAPP.c ledAPP

编译成功后就会生成ledAPP这个应用程序

3.3、运行测试

将编译出来的led.ko和ledAPP这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15目录，重启开发板，进入到目录rootfs/lib/modules/4.1.15，输入如下命令加载led.ko驱动模块

depmod             //第一次加载驱动需要运行此命令
modprobe led.ko   //加载驱动

驱动加载成功以后创建/dev/led设备节点

mknod /dev/led.c 200 0

驱动创建成功以后就可以使用ledAPP软件来测试驱动是否正常工作

./ledAPP /dev/led 1    //打开LED灯
./ledAPP /dev/led 0    //关闭LED灯

卸载驱动

rmmod led.ko

其它字符设备都按照这个模板来写