目錄

• CPU型號確定
• 寄存器的地址問題
• GPIO寄存器
• • GPFESLn
  • GPSETn
  • GPCLRn
• 重要函數
• • mmap函數
  • munmap函數
• 點燈程序

平臺：樹莓派3B
版本： 2021-05-07-raspios-buster-armhf

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CPU型號確定

由

pinout

命令可知，所用的板子Soc型號為BCM2837

寄存器的地址問題

本節內容修改自虛擬地址/物理地址——virtual address(memory)/physical address: 樹莓派 mmap example —— 風竹夜
由于官方只公開了BCM2835的芯片手冊(Raspberry Pi Documentation)，而我們用的板子Soc為BCM2837，因此由手冊得到的地址是不準確的。但兩個芯片外設上區別不大，手冊仍有一定的參考價值。
手冊第5頁描繪了BCM2835的地址映射情況

其中要區分文檔中的三個地址，Bus Address、Physical Address、Virtual Address
在樹莓派中，借助ARM內部的MMU，CPU外設物理地址映射成了虛擬地址。
這里的 Virtual Address 和 Physical Address 是通過 ARM MMU 來實現映射的（先不管cache等其他因素）。主板上外設的實際地址是 Physical Address，所以要訪問 GPIO 寄存器，也就是訪問 Physical Address 中從 0x20000000 開始的某處的地址， 那么就需要在代碼中訪問 Virtual Address 中從 0xF2000000 開始的某處的地址，由于該虛擬地址在高地址內存，因此只能在內核的代碼中才能夠訪問到。

而在樹莓派3B中我們可以通過

sudo cat /proc/iomem

命令獲取物理地址分配情況

由圖可知，樹莓派3B GPIO 的物理起始地址為0x3f200000

GPIO寄存器

從手冊第89頁開始詳細地描述了GPIO外設。

第90-91頁的表格標明了和GPIO相關的寄存器的地址。
其中GPFESLn（選擇引腳功能）、GPSETn（設置引腳輸出高電平）和GPCLRn（設置引腳輸出低電平）是控制引腳輸出電平需要用到的寄存器。
雖然樹莓派3B的Soc換成了BCM2837，GPIO外設的基地址有變，但手冊上的偏移地址還是有參考價值的。
其中GPFESL0的偏移地址為0x00；GPSET0的偏移地址為0x1C；GPCLRn的偏移地址為0x28

GPFESLn

由手冊知
GPFESL0控制GPIO Pin 0~9；
GPFESL1控制GPIO Pin 10~19；
GPFESL2控制GPIO Pin 20~29；
GPFESL3控制GPIO Pin 30~39；
GPFESL4控制GPIO Pin 40~49；
GPFESL5控制GPIO Pin 50~59；
3位為間隔，000 為輸入，001為輸出

GPSETn

由手冊知
GPSET0控制GPIO pin 0~31
GPSET1控制GPIO pin 32~53

GPCLRn

由手冊知
GPCLR0控制GPIO pin 0~31
GPCLR1控制GPIO pin 32~53

重要函數

mmap函數

mmap將一個文件或者其它對象映射進內存。mmap操作提供了一種機制，讓用戶程序直接訪問設備內存，這種機制，相比較在用戶空間和內核空間互相拷貝數據，效率更高。

void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
start：映射區的開始地址，設置為0時表示由系統決定映射區的起始地址。
length：映射區的長度。//長度單位是 以字節為單位，不足一內存頁按一內存頁處理。
prot：期望的內存保護標志，不能與文件的打開模式沖突。
PROT_EXEC //頁內容可以被執行；
PROT_READ //頁內容可以被讀取；
PROT_WRITE //頁可以被寫入；
PROT_NONE //頁不可訪問
flags：指定映射對象的類型，映射選項和映射頁是否可以共享。
fd：有效的文件描述詞。一般是由open()函數返回。
offset：被映射對象內容的起點。
返回值：成功：被映射區的指針。失敗：MAP_FAILED[其值為(void *)-1]。

munmap函數

munmap()用來取消參數start所指的映射內存起始地址

int munmap(void *start,size_t length);
start：映射區的開始地址
length：欲取消的內存大小
返回值：成功：0；失敗：-1。

點燈程序

在合適的地方編寫main.c文件

nano main.c #include <stdio.h> #include <sys/mman.h> //mmap、munmap函數的定義 #include <fcntl.h> //open函數的定義 #include <unistd.h> //close函數的定義 #include <stdint.h> //uint8_t、uint32_t等類型的定義 #include <unistd.h> //sleep函數的定義#define GPIO_BASE_Physical_Address 0x3f200000#define GPFSEL0_Offs 0x00 #define GPSET0_Offs 0x1C #define GPCLR0_Offs 0x28 int main(int argc, char *argv[]) {int fd;uint8_t Pin = 3;fd = open("/dev/gpiomem", O_RDWR);if (fd == -1) //只有root用戶才能讀取/dev/mem, 故本實驗選擇讀取/dev/gpiomem，以實現普通用戶控制GPIO{printf("open Error!\n");return -1;}void *GPIO_BASE = mmap(0, sysconf(_SC_PAGESIZE), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd, GPIO_BASE_Physical_Address);close(fd);if(GPIO_BASE == MAP_FAILED){printf("mmap Error!\n");return -1;}volatile uint32_t * GPFSEL0 = (uint32_t *)(GPIO_BASE + GPFSEL0_Offs);volatile uint32_t * GPSET0 = (uint32_t *)(GPIO_BASE + GPSET0_Offs);volatile uint32_t * GPCLR0 = (uint32_t *)(GPIO_BASE + GPCLR0_Offs);*GPFSEL0 = (*GPFSEL0 & ~((uint32_t)7 << (3 * Pin))) | ((uint32_t)1) << (3 * Pin); //設置Pin 3為輸出模式for(uint8_t i = 0; i < 10; ++i) //反轉Pin 3 i次{*GPCLR0 = ((uint32_t)1) << Pin; sleep(1);*GPSET0 = ((uint32_t)1) << Pin; sleep(1);}*GPFSEL0 = *GPFSEL0 & ~((uint32_t)7 << (3 * Pin)); //設置Pin 3為輸入模式if(munmap(GPIO_BASE, sysconf(_SC_PAGESIZE)) == -1){printf("munmap Error!\n");return -1;}GPIO_BASE = MAP_FAILED;GPFSEL0 = MAP_FAILED;GPSET0 = MAP_FAILED;GPCLR0 = MAP_FAILED;return 0; }

其中sysconf(_SC_PAGESIZE)為頁的長度，相關知識見yaaangmin大佬的視頻：深入理解計算機系統20：內存 - 多級頁表、虛擬地址、物理地址

編寫Makefile文件

nano Makefile

注意Makefile里的縮進為Tab而不是空格

main: main.ogcc -o main main.o main.o: main.cgcc -c main.c clean:rm *.orm main clear:rm *.orm main

編譯并測試

make ./main

可見Pin 3 腳所連LED閃爍(Pin 3腳已事先接好LED和限流電阻下拉至GND)

此編號對應

gpio readall

命令下的BCM編號

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【树莓派学习笔记】九、C语言寄存器操作控制GPIO的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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