文章目录

硬件知识 LED 原理
GPIO 引脚操作方法
- GPIO 模块一般结构
- GPIO 寄存器的一般操作
STM32MP157的GPIO操作方法
- 先使能PLL4
- MPU、MCU共享GPIO模块
- - 1. 在MPU上使能某个GPIO模块
  - 2. 在MCU上使能某个GPIO模块
- GPIO模块
- 设置引脚工作模式：GPIO模式
- 对于输出引脚：设置输出类型
- 对于输出引脚：设置输出速度
- 对于输入/输出引脚：设置上下拉电阻
- 对于输入/输出引脚：读取引脚电平
- 对于输出引脚：设置引脚电平，方法1
- 对于输出引脚：设置引脚电平，方法2
STM32MP157的LED操作方法
STM32MP157点亮LED灯
- led_drv.c
- ledtest.c
- Makefile
- 编译测试

硬件知识 LED 原理

LED 的驱动方式，常见的有四种。

① 使用引脚输出 3.3V 点亮 LED，输出 0V 熄灭 LED。
② 使用引脚拉低到 0V 点亮 LED，输出 3.3V 熄灭 LED。
③ 使用引脚输出 1.2V 点亮 LED，输出 0V 熄灭 LED。
④ 使用引脚输出 0V 点亮 LED，输出 1.2V 熄灭 LED。

有的芯片为了省电等原因，其引脚驱动能力不足，这时可以使用三极管驱动（如方式3和4）。
在这里插入图片描述
由此，主芯片引脚输出高电平/低电平，即可改变 LED 状态，而无需关注GPIO 引脚输出的是 3.3V 还是 1.2V。所以简称输出 1 或 0：

GPIO 引脚操作方法

GPIO 模块一般结构

有多组 GPIO，每组有多个 GPIO
使能：电源/时钟
模式(Mode)：引脚可用于 GPIO 或串口或其他功能
方向：引脚 Mode 设置为 GPIO 时，可以继续设置它是输出引脚，还是输入引脚
数值：
- 对于输出引脚，可以设置寄存器让它输出高、低电平
- 对于输入引脚，可以读取寄存器得到引脚的当前电平

GPIO 寄存器的一般操作

芯片手册一般有相关章节，用来介绍：power/clock

可以设置对应寄存器使能某个 GPIO 模块(Module)
有些芯片的 GPIO 是没有使能开关的，即它总是使能的

一个引脚可以用于 GPIO、串口、USB 或其他功能，

有对应的寄存器来选择引脚的功能

对于已经设置为 GPIO 功能的引脚，有方向寄存器用来设置它的方向：输出、输入

对于已经设置为 GPIO 功能的引脚，有数据寄存器用来写、读引脚电平状态；GPIO 寄存器的 2 种操作方法：

直接读写：读出、修改对应位、写入

a) 要设置 bit n：
val = data_reg;
val = val | (1<<n);
data_reg = val;

b) 要清除 bit n：
val = data_reg;
val = val & ~(1<<n);
data_reg = val;

set-and-clear protocol：

set_reg, clr_reg, data_reg 三个寄存器对应的是同一个物理寄存器,
a) 要设置 bit n：set_reg = (1<<n);
b) 要清除 bit n：clr_reg = (1<<n);//这里的置1表示该位清零，硬件内部会操作

STM32MP157的GPIO操作方法

先使能PLL4

PLL4用于给各种外设提供时钟，最先要使能PLL4；

GPIO是低速设备，我们可以先不去设置PLL4的频率；仅仅使能即可

GPIO 外设的时钟来源各自不同，具体的可以从手册当中可以看到，其中 GPIOA-K 的时钟来源为 hclk4，GPIOZ 的时钟来源为 hclk5。因此为了使用 GPIO，我们需要使能锁相环和外设 GPIO 各自对应的时钟。设置 RCC_PLL4CR 使能 hclk4 使用的时钟

RCC_PLL4CR地址：0x50000000 + 0x894

在这里插入图片描述
还需要读取bit 1 ，查看PLL4是否使能

MPU、MCU共享GPIO模块

对于A7、M4而言，GPIO模块是公用的，寄存器的操作也是类似的
在这里插入图片描述

1. 在MPU上使能某个GPIO模块

在这里插入图片描述

2. 在MCU上使能某个GPIO模块

在这里插入图片描述

GPIO模块

GPIO引脚电路原理图：
在这里插入图片描述
对于 STM32MP157 来说,每一个 GPIO 端口有四个 32 位的配置寄存器（GPIOx_MODER, GPIOx_OTYPER, GPIOx_OSPEEDR 和 GPIOx_PUPDR），两个32 位的数据寄存器(GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR)，一个 32 位的设置/复位寄存器(GPIOx_BSRR)。此外，所有的 GPIO 都有一个 32 位的锁定寄存器（GPIOx_LCKR）和两个 32 位的多功能选择寄存器（GPIOx_AFRH andGPIOx_AFRL）。此外，还有 GPIO 外设时钟控制寄存器。

设置引脚工作模式：GPIO模式

在这里插入图片描述

对于输出引脚：设置输出类型

在这里插入图片描述

对于输出引脚：设置输出速度

在这里插入图片描述
输出速度越快越容易对其他外设造成影响

对于输入/输出引脚：设置上下拉电阻

在这里插入图片描述

对于输入/输出引脚：读取引脚电平

在这里插入图片描述

对于输出引脚：设置引脚电平，方法1

在这里插入图片描述

对于输出引脚：设置引脚电平，方法2

该方法部分芯片支持，需要阅读芯片手册
在这里插入图片描述

STM32MP157的LED操作方法

LED的操作主要分为两个部分：

查看开发板内部的LED原理图（引脚），GPIOA的基地址
查看开发板GPIO的操作方法

所以，打开原理图，该开发板提供两个LED模块
在这里插入图片描述
本次实验使用到的 GPIOA 和 GPIOG 的基地址

根据上一章中GPIO操作的方法，操作指定寄存器，完成指定功能

先使能PLL4：RCC_PLL4CR地址：0x50000000 + 0x894
使能GPIOA：RCC_MP_AHB4ENSETR地址：0x50000000 + 0xA28（或RCC_MC_AHB4ENSETR地址：0x50000000 + 0xAA8）
设置PA10，用作输出：GPIOA_MODER地址：0x50002000 + 0x00，设置bit[21:20]=0b01
设置PA10的输出电平：
1. 方法一：读寄存、修改值、写回去(低效)：GPIOA_ODR地址： 0x50002000 + 0x14
2. 方法二：直接写寄存器，一次操作即可，高效GPIOA_BSRR地址： 0x50002000 + 0x18

STM32MP157点亮LED灯

功能：

实现 led_open 函数，在里面初始化 LED 引脚。
实现 led_write 函数，在里面根据 APP 传来的值控制 LED。

led_drv.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/device.h>

static int major;
static struct class *led_class;

/* registers */
// RCC_PLL4CR地址：0x50000000 + 0x894
static volatile unsigned int *RCC_PLL4CR = NULL;

// RCC_MP_AHB4ENSETR 地址：0x50000000 + 0xA28
static volatile unsigned int *RCC_MP_AHB4ENSETR = NULL;

// GPIOA_MODER 地址：0x50002000 + 0x00
static volatile unsigned int *GPIOA_MODER = NULL;

// GPIOA_BSRR 地址： 0x50002000 + 0x18
static volatile unsigned int *GPIOA_BSRR = NULL;

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
			 size_t count, loff_t *ppos)
{
	char val;
	/* copy_from_user : get data from app */
	copy_from_user(&val, buf, 1);

	/* to set gpio register: out 1/0 */
	if (val)
	{
		/* set gpa10 to let led on */
		*GPIOA_BSRR = (1<<26);
	}
	else
	{

		/* set gpa10 to let led off */
		*GPIOA_BSRR = (1<<10);
	}
	return 1;
}

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/* enalbe PLL4, it is clock source for all gpio */
	*RCC_PLL4CR |= (1<<0);
	while ((*RCC_PLL4CR & (1<<1)) == 0);
	
	/* enable gpioA */
	*RCC_MP_AHB4ENSETR |= (1<<0);
	
	/*
	 * configure gpa10 as gpio
	 * configure gpio as output 
	 */
	*GPIOA_MODER &= ~(3<<20);//清零
	*GPIOA_MODER |= (1<<20);

	return 0;
}

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

/* 入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
	printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
	major = register_chrdev(0, "my_led", &led_fops);

	/* ioremap(base_phy, size); */
	// RCC_PLL4CR地址：0x50000000 + 0x894
	RCC_PLL4CR =  (volatile unsigned int *)ioremap(0x50000000 + 0x894, 4);
	
	// RCC_MP_AHB4ENSETR 地址：0x50000000 + 0xA28
	RCC_MP_AHB4ENSETR =  (volatile unsigned int *)ioremap(0x50000000 + 0xA28, 4);
	
	// GPIOA_MODER 地址：0x50002000 + 0x00
	GPIOA_MODER =  (volatile unsigned int *)ioremap(0x50002000 + 0x00, 4);
	
	// GPIOA_BSRR 地址： 0x50002000 + 0x18
	GPIOA_BSRR =  (volatile unsigned int *)ioremap(0x50002000 + 0x18, 4);

	led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myled"); /* /dev/myled */
	
	return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
	iounmap(RCC_PLL4CR);
	iounmap(RCC_MP_AHB4ENSETR);
	iounmap(GPIOA_MODER);
	iounmap(GPIOA_BSRR);
	
	device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(led_class);
	
	unregister_chrdev(major, "my_led");
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

ledtest.c

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


// ledtest /dev/myled on
// ledtest /dev/myled off

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char status = 0;
	
	if (argc != 3)
	{
		printf("Usage: %s <dev> <on|off>\n", argv[0]);
		printf("  eg: %s /dev/myled on\n", argv[0]);
		printf("  eg: %s /dev/myled off\n", argv[0]);
		return -1;
	}
	// open
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can not open %s\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	// write
	if (strcmp(argv[2], "on") == 0)
	{
		status = 1;
	}

	write(fd, &status, 1);
	return 0;	
}

Makefile

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order
	rm -f ledtest

obj-m	+= led_drv.o

makefile原理可以查看博文：驱动程序——字符设备驱动框架

编译测试

在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块hello_drv.ko和可执行程序hello_drv_test，移植到开发板上

insmod /mnt/led_drv.ko //挂载驱动程序
echo none > /sys/class/leds/heartbeat/trigger // 关闭心跳灯
./ledtest /dev/myled on // 点灯
./ledtest /dev/myled off

LED驱动（原始架构）——STM32MP157

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硬件知识 LED 原理

GPIO 引脚操作方法

GPIO 模块一般结构

GPIO 寄存器的一般操作

STM32MP157的GPIO操作方法

先使能PLL4

MPU、MCU共享GPIO模块

1. 在MPU上使能某个GPIO模块

2. 在MCU上使能某个GPIO模块

GPIO模块

设置引脚工作模式：GPIO模式

对于输出引脚：设置输出类型

对于输出引脚：设置输出速度

对于输入/输出引脚：设置上下拉电阻

对于输入/输出引脚：读取引脚电平

对于输出引脚：设置引脚电平，方法1

对于输出引脚：设置引脚电平，方法2

STM32MP157的LED操作方法

STM32MP157点亮LED灯

led_drv.c

ledtest.c

Makefile

编译测试

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