Linux on ARM 中的 WRITE 和 READ 内存映射设备寄存器答案

【问题标题】：WRITE and READ memory mapped device registers in Linux on ARMLinux on ARM 中的 WRITE 和 READ 内存映射设备寄存器
【发布时间】：2017-11-02 21:37:43
【问题描述】：

我正在尝试按照以下步骤在我的 ARM9 (SAM9X25) 上读取和写入寄存器：http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.faqs/ka3750.html
我以以下代码结束：

#include "stdio.h"

#define PIO_WPMR_BANK_D                     0xFFFFFAE4  // PIO Write Protection Mode Register Bank D
#define PIO_PUER_BANK_D                     0xFFFFFA64  // PIO Pull-Up Enable Register Bank D
#define PIO_PUSR_BANK_D                     0xFFFFFA68  // PIO Pull-Up Status Register Bank D

#define MASK_LED7                           0xFFDFFFFF  // LED7 Mask
#define DESABLE_WRITE_PROTECTION_BANK_D     0x50494F00  // Desable write protection Bank D

int main(void) {
    printf("test");
    unsigned int volatile * const register_PIO_WPMR_BANK_D = (unsigned int *) PIO_WPMR_BANK_D;

    unsigned int volatile * const register_PIO_PUSR_BANK_D = (unsigned int *) PIO_PUSR_BANK_D;

    unsigned int volatile * const port_D = (unsigned int *) PIO_PUER_BANK_D;

    *register_PIO_WPMR_BANK_D = DESABLE_WRITE_PROTECTION_BANK_D;

    *port_D = *register_PIO_PUSR_BANK_D & MASK_LED7;

    return 0; }

我在 Ubuntu 16.04 中交叉编译了我的代码，就像这样 arm-linux-gnueabi-gcc gpio.c -o gpio
但是在我的板上程序执行期间，我在 printf 之后有一个 Segmentation Fault。
我知道地址是对的...那为什么我会出现这个错误？
这是个好方法吗？
谢谢你的帮助！

解决方案：
谢谢@vlk，我可以让它工作！这是一个切换 LED 的小例子：

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


#define handle_error(msg) \
           do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

#define _PIOD_BANK_D                            0xA00

#define _PIO_OFFSET                             0xFFFFF000

/* When executing this on the board :
    long sz = sysconf(_SC_PAGESIZE);
    printf("%ld\n\r",sz);
   We have 4096.
*/
#define _MAP_SIZE                           0x1000  // 4096 

#define _WPMR_OFFSET                        0x0E4   // PIO Write Protection Mode Register Bank D

#define _PIO_ENABLE                         0x000
#define _PIO_DISABLE                        0x004
#define _PIO_STATUS                         0x008
#define _OUTPUT_ENABLE                      0x010
#define _OUTPUT_DISABLE                     0x014
#define _OUTPUT_STATUS                      0x018
#define _FILTER_ENABLE                      0x020
#define _FILTER_DISABLE                     0x024
#define _FILTER_STATUS                      0x028
#define _OUTPUT_DATA_SET                    0x030
#define _OUTPUT_DATA_CLEAR                  0x034
#define _OUTPUT_DATA_STATUS                 0x038
#define _PIN_DATA_STATUS                    0x03c
#define _MULTI_DRIVER_ENABLE                0x050
#define _MULTI_DRIVER_DISABLE               0x054
#define _MULTI_DRIVER_STATUS                0x058
#define _PULL_UP_DISABLE                    0x060
#define _PULL_UP_ENABLE                     0x064
#define _PULL_UP_STATUS                     0x068
#define _PULL_DOWN_DISABLE                  0x090
#define _PULL_DOWN_ENABLE                   0x094
#define _PULL_DOWN_STATUS                   0x098

#define _DISABLE_WRITE_PROTECTION           0x50494F00  // Desable write protection

#define LED_PIN                                 21

int main(void) {

    volatile void *gpio_addr;
    volatile unsigned int *gpio_enable_addr;
    volatile unsigned int *gpio_output_mode_addr;
    volatile unsigned int *gpio_output_set_addr;
    volatile unsigned int *gpio_output_clear_addr;
    volatile unsigned int *gpio_data_status_addr;
    volatile unsigned int *gpio_write_protection_addr;

    int fd = open("/dev/mem", O_RDWR|O_SYNC);
    if (fd < 0){
        fprintf(stderr, "Unable to open port\n\r");
        exit(fd);
    }


    gpio_addr = mmap(NULL, _MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, _PIO_OFFSET);


    if(gpio_addr == MAP_FAILED){
        handle_error("mmap");
    }


    gpio_write_protection_addr = gpio_addr + _PIOD_BANK_D + _WPMR_OFFSET;

    gpio_enable_addr = gpio_addr + _PIOD_BANK_D + _PIO_ENABLE;

    gpio_output_mode_addr = gpio_addr + _PIOD_BANK_D + _OUTPUT_ENABLE;

    gpio_output_set_addr = gpio_addr + _PIOD_BANK_D + _OUTPUT_DATA_SET;

    gpio_output_clear_addr = gpio_addr + _PIOD_BANK_D + _OUTPUT_DATA_CLEAR;

    gpio_data_status_addr = gpio_addr + _PIOD_BANK_D + _OUTPUT_DATA_STATUS;


    *gpio_write_protection_addr = _DISABLE_WRITE_PROTECTION;

    *gpio_enable_addr = 1 << LED_PIN;
    *gpio_output_mode_addr = 1 << LED_PIN; // Output


    // If LED
    if((*gpio_data_status_addr & (1<<LED_PIN)) > 0){
        *gpio_output_clear_addr = 1 << LED_PIN;
    }else{
        *gpio_output_set_addr = 1 << LED_PIN;
    }

    return 0;
}

编辑：
回答 cmets 中的 3)。如果您希望它与所有偏移量一起使用（即：mmap example），您必须更改 mmap 和分配：

#define _PIO_OFFSET                         0xFFFFFA00 // Instead of 0xFFFFF000
#define _MAP_SIZE                           0x1000  // 4096 
#define _MAP_MASK                           (_MAP_SIZE - 1)
#define _PA_OFFSET                          _PIO_OFFSET & ~_MAP_MASK

还有mmap：

gpio_addr = mmap(NULL, _MAP_SIZE + _PIO_OFFSET - _PA_OFFSET, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, _PA_OFFSET);

对于分配：

gpio_enable_addr = gpio_addr + _PIO_OFFSET - (_PA_OFFSET) + _PIO_ENABLE;

【问题讨论】：

阅读：Accessing physical address from user space
你不能直接从应用程序空间访问它们，你可以使用 mmap 在操作系统上打一个洞，或者编写内核驱动程序或运行裸机，但是按照编写它应该会出现段错误。

标签： c linux arm cpu-registers gpio

【解决方案1】：

您不能直接访问寄存器，因为 Linux 使用 MMU，这会为您的应用程序创建不同于物理 MCU 地址空间的虚拟地址空间，并且访问此虚拟地址空间之外会导致分段错误。

在 Linux 中访问这些寄存器的唯一方法（如果您不想编写内核驱动程序）是打开文件 /dev/mem 作为文件并将其映射到 mmap

例如，我有一个小型 python 库，用于访问 Atmel SAM MCU gpiosam 上的 GPIO 寄存器。您可以激发灵感并将其移植到 C。

【讨论】：

非常感谢@vlk！我可以写一个合适的 mmap ！但我对你的图书馆有一些疑问。 1) 我不太明白@中的`Gpio._mm[self._addr + register:self._addr + register + 4] = struct.pack('register:self._addr 是什么？是0xFFFFF000吗？为什么+4？
2) 在数据表中我们可以看到：Reading a one in PIO_PUSR means the pull-up is disabled and reading a zero means the pull-up is enabled.。所以`return (self._reg_get(Gpio._PULL_DOWN_STATUS) & self._bitval) > 0`应该是return **not** (self._reg_get(Gpio._PULL_UP_STATUS) & self._bitval) > 0或类似的不是？这样，如果位寄存器为1，则您将拥有FALSE 和TRUE。不？（下拉也一样）
3) 为什么将_PIO_OFFSET 从0xFFFFF000 更改为0xFFFFFA00（银行D）会导致mmap: Invalid argument？感谢您的帮助！
请参阅 EDIT 了解 3) 解决方案。
您好，感谢您的关注，1）因为 Gpio._mm 是字节（8 位）数组，我需要将 32 位数字放入该数组，Gpio._mm[self._addr + register:self._addr + register + 4] 在@987654337 之间的选定地址处返回 4 字节数组@ to self._addr + register + 4 2) 是的，你是对的，这是我的驱动程序中的错误。我稍后会解决这个问题，谢谢！ 3）偏移量必须与页面大小对齐：4KB，这就是我使用self_addr的原因。

【解决方案2】：

busybox devmem

busybox devmem 是一个小型 CLI 实用程序，可以映射 /dev/mem。

你可以在 Ubuntu 中使用：sudo apt-get install busybox

用法：从物理地址0x12345678读取4个字节：

sudo busybox devmem 0x12345678

写0x9abcdef0到那个地址：

sudo busybox devmem 0x12345678 w 0x9abcdef0

有关如何测试它的一些提示，请参阅此内容：Accessing physical address from user space

也提到过：https://unix.stackexchange.com/questions/4948/shell-command-to-read-device-registers

【讨论】：