入坑树莓派-07-BCM2835驱动研究

2023年11月22日 WKX Comments 0 Comment

1.前言

前面的文章中我们提到，树莓派4搭载的SOC是博通BCM2711，配套的函数库是bcm2835-1.73.tar.gz。

这个函数库实质上只有两个小文件：

我们尝试把他集成到之前写的控制单色LED灯小程序中，并删掉一切影响我们理解原理的代码，得到了如下的极简小程序：

#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

#define BCM2835_GPFSEL0             0x0000
#define BCM2835_GPSET0              0x001c
#define BCM2835_GPCLR0              0x0028

#define BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP      0x01
#define BCM2835_GPIO_FSEL_MASK      0x07

volatile uint32_t *bcm2835_gpio = NULL;

uint32_t bcm2835_peri_read(volatile uint32_t* paddr)
{
    uint32_t ret;
    __sync_synchronize();
    ret = *paddr;
    __sync_synchronize();
    return ret;
}

void bcm2835_peri_write(volatile uint32_t* paddr, uint32_t value)
{
      __sync_synchronize();
      *paddr = value;
      __sync_synchronize();
}

void bcm2835_peri_set_bits(volatile uint32_t* paddr, uint32_t value, uint32_t mask)
{
    uint32_t v = bcm2835_peri_read(paddr);
    v = (v & ~mask) | (value & mask);
    bcm2835_peri_write(paddr, v);
}

void bcm2835_gpio_fsel(uint8_t pin, uint8_t mode)
{
    volatile uint32_t* paddr = bcm2835_gpio + BCM2835_GPFSEL0/4 + (pin/10);
    uint8_t   shift = (pin % 10) * 3;
    uint32_t  mask = BCM2835_GPIO_FSEL_MASK << shift;
    uint32_t  value = mode << shift;
    bcm2835_peri_set_bits(paddr, value, mask);
}

void bcm2835_gpio_set(uint8_t pin)
{
    volatile uint32_t* paddr = bcm2835_gpio + BCM2835_GPSET0/4 + pin/32;
    uint8_t shift = pin % 32;
    bcm2835_peri_write(paddr, 1 << shift);
}

void bcm2835_gpio_clr(uint8_t pin)
{
    volatile uint32_t* paddr = bcm2835_gpio + BCM2835_GPCLR0/4 + pin/32;
    uint8_t shift = pin % 32;
    bcm2835_peri_write(paddr, 1 << shift);
}

int bcm2835_init(void)
{
    FILE *fp = fopen("/proc/device-tree/soc/ranges", "rb");
    if (NULL == fp)
        return -1;

    unsigned char buf[16];
    if (fread(buf, 1, 16, fp) != 16)
    {
        fclose(fp);
        return -1;
    }
    fclose(fp);

    uint32_t peri_off = (buf[8]  << 24) | (buf[9]  << 16) | (buf[10] << 8) | (buf[11] << 0);
    uint32_t peri_siz = (buf[12] << 24) | (buf[13] << 16) | (buf[14] << 8) | (buf[15] << 0);

    int memfd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
    if (memfd < 0)
        return -1;

    uint32_t* peri_addr = mmap(NULL, peri_siz, (PROT_READ | PROT_WRITE), MAP_SHARED, memfd, peri_off);
    if (peri_addr == MAP_FAILED)
    {
        close(memfd);
        return -1;
    }

    bcm2835_gpio = peri_addr + 0x200000 / 4;

    close(memfd);

    return 0;
}

// gcc -o blink blink.c

#define PIN_R 17  // 红色LED灯GPIO端口
#define PIN_Y 27  // 黄
#define PIN_G 22  // 绿
#define PIN_B 5   // 蓝

int main(int argc, char **argv)
{
    if (bcm2835_init() < 0)
      return 1;

    bcm2835_gpio_fsel(PIN_R, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    bcm2835_gpio_fsel(PIN_Y, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    bcm2835_gpio_fsel(PIN_G, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    bcm2835_gpio_fsel(PIN_B, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    while (1)
    {
        bcm2835_gpio_set(PIN_R);
        usleep(50000);
        bcm2835_gpio_clr(PIN_R);
        bcm2835_gpio_set(PIN_Y);
        usleep(50000);
        bcm2835_gpio_clr(PIN_Y);
        bcm2835_gpio_set(PIN_G);
        usleep(50000);
        bcm2835_gpio_clr(PIN_G);
        bcm2835_gpio_set(PIN_B);
        usleep(50000);
        bcm2835_gpio_clr(PIN_B);
    }
    return 0;
}

下面我们深入分析。