Linux下使用mmap(/dev/mem)操作GPIO

前面介绍了使用sysfs操作GPIO，这儿介绍另一种方式：mmap。mmap可以将物理设备/dev/mem映射到内存，通过读写内存的方式操作GPIO寄存器，使用起来速度比sysfs更快。

测试环境： 飞凌OKMX8MM-C开发板

使用寄存器操作GPIO时，需要设置的寄存器有：

• Pad Mux Register，PAD复用寄存器
• Pad Control Register，PAD控制寄存器
• GDIR，GPIO 方向寄存器
• DR，数据寄存器

下面以GPIO5_IO00为例，先从手册中找到各寄存器的地址，并介绍基本配置。

Pad Mux Register

Pad Mux Register是端口复用寄存器，GPIO5_IO00复用的端口为SAI3_TXC，对应的寄存器为IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_TXC，可以看到地址为0x303301DC，占用四个字节。文档内容如下图所示：

Pad Mux Register
Mux Mode 其中后三位用于设置复用模式。从表格中可以看到，MUX_MODE设置为101，可以复用为IO模式。

Pad Control Register

对应的寄存器为IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXC，查手册可以看到地址为0x30330444。

Pad Control Register 本次实验中主要用到FSEL部分，设置为FAST模式，即0x10。

GDIR和DR

GDIR和DR设置比较简单，所以放在一起说。根据手册可以看到，GPIO5对应的GDIR寄存器地址为0x30240004，DR寄存器地址为 0x30240000。

GDIR和DR 其中GDIR用于设置IO方向，具体内容为：
GDIR介绍 从上面可以看到，如果我们使用GPIO某个引脚，将对应的位置1或者置0即可。这儿我们使用GPIO5_IO00用于输出，所以将GPIO5对应的GDIR寄存器0位置为1即可。

同样，DR寄存器用于设置IO输出电平，将对应的位置1或置0即可：

DR寄存器 我们使用的是GPIO5_IO00，所以操作GPIO5对应的DR寄存器第0位即可。

综上所述，GPIO5_IO00对应的寄存器为：

• Pad Mux Register，0x303301DC
• Pad Control Register，0x30330444
• GDIR，0x30240004
• DR，0x30240000

测试

首先打开/dev/mem文件，然后使用mmap映射到内存。使用mmap时要注意起始位置、长度和偏移。在这里我从偏移为GPIO5_DR 0x30240000处开始映射，IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXC 0x30330444处结束，共984132个字节。在这儿getpagesize()大小为4096，所以把长度设为getpagesize() * 250，这儿只要不小于实际长度就行。

下面是完整测试代码：

//
// Created by txfly on 2020/8/26.
//

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

// gpio5_00
#define GPIO5_DR                         0x30240000
#define GPIO5_GDIR                       0x30240004
#define GPIO5_PSR                        0x30240008
#define IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_TXC   0x303301DC
#define IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXC   0x30330444

static volatile uint32_t *gpio;

int main(int argc, char **argv) {
    int fd;
    if ((fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC | O_CLOEXEC)) < 0) {
        printf("Unable to open /dev/mem: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    gpio = (uint32_t *) mmap(0, getpagesize() * 250, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, GPIO5_DR);
    if ((void *) gpio == MAP_FAILED) {
        printf("mmap failed: %s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }

    printf("start config mux...\n");
    *(gpio + (IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_TXC - GPIO5_DR) / 4) |= 0x5;
    printf("start config pad...\n");
    *(gpio + (IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXC - GPIO5_DR) / 4) |= 0x10;
    printf("start config direction...\n");
    *(gpio + (GPIO5_GDIR - GPIO5_DR) / 4) |= 0x1;

    printf("start...\n");

    while (1) {
        *gpio ^= 0x1;
        usleep(500000);
    }

    munmap(gpio, getpagesize() * 250);
    close(fd);
}

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