嵌入式驱动开发 用户态 IO

背景介绍：作为嵌入式开发人员，经常会遇到需要配置IO地址空间的寄存器，然而一般情况下，这些配置会由芯片厂商事先在kernel中（通常是在BSP代码中）配置好，所以即使开发人员知道配那个、配多少，也必须先钻到kernel代码中分析后修改。那么，其实确实有一种方法，允许应用程序在用户空间直接读写IO设备，避免了修改内核或驱动，提升了效率。
简介：
  Linux内核为用户提供了一个/dev/mem的驱动程序，使应用程序在用户空间直接访问物理地址空间（包含IO地址空间）成为可能。/dev/mem是linux下的一个字符设备，源文件是kernel/drivers/char/mem.c，这个设备文件是专门用来读写物理地址用的。
  网络上有个对/dev/mem很贴切的评价：/dev/mem是个好玩的东西，你竟然可以直接访问物理内存，这在linux下简直太神奇了，就想一个小偷想偷银行，可是发现银行戒备森严，正在小偷苦无对策的时候，突然发现银行有个后门，而且这个后门直通银行的金库。
  既然/dev/mem这么强大，难道就不怕黑客利用/dev/mem对内存或IO外设做非法操作吗？其实内核有对/dev/mem访问的物理地址空间做检查，而且通过CONFIG_STRICT_DEVMEM来控制。如果关闭选项CONFIG_STRICT_DEVMEM，用户就可以通过/dev/mem设备访问所有物理地址空间。（注：如果没有关闭CONFIG_STRICT_DEVMEM选项，在执行如上应用程序时可能会出现Segmentation fault的错误。）
代码：
  代码实现很简单，通过mmap将物理地址（/dev/mem就是物理地址空间的全镜像）映射到用户空间的虚拟地址上，然后就可以读写这些物理地址空间。如下是我参考：http://blog.chinaunix.net/uid-20680966-id-5520530.html，读写gpio pin的应用程序。

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

#define REGISTER_BYTE_LEN 0x4    //寄存器长度
#define UINT_BYTE_LEN 0x4    //unsigned int型占用的字节长度

int main (int argc, char* argv[])
{
    if (5 > argc)
    {
        printf("Usage:\n%s [register base address] [register offset address] [mask] [value]\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    unsigned int addr_base = strtoul( argv[1], 0, 16);
    unsigned int addr_offset = strtoul( argv[2], 0, 16);
    unsigned int mask = strtoul( argv[3], 0, 16);
    unsigned int value = strtoul( argv[4], 0, 16);
    unsigned int reg_value = 0;

    int mem_fd = open( "/dev/mem", O_RDWR|O_SYNC );
    if (mem_fd == -1)
    {
        perror("open /dev/mem");
        return -1;
    }

    unsigned int size = addr_offset + REGISTER_BYTE_LEN;
    unsigned int *addr = (unsigned int*)mmap( 0, size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_SHARED, mem_fd, addr_base);//最后参数必须与页大小对齐
    close(mem_fd);
    if (addr == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap");
        return -1;
    }

    //read
    printf( "0x%08x\n", *(addr+ (size-REGISTER_BYTE_LEN)/UINT_BYTE_LEN) );
    //write
    reg_value = ((*(addr+ (size-REGISTER_BYTE_LEN)/UINT_BYTE_LEN) & ~mask) | value);
    *(volatile unsigned int *)(addr+ (size-REGISTER_BYTE_LEN)/UINT_BYTE_LEN) = reg_value;
    printf( "0x%08x\n", *(addr+ (size-REGISTER_BYTE_LEN)/UINT_BYTE_LEN) );

    munmap(addr, size);

    return 0;
}

调试：
  我用此程序，通过gpio来控制ICETEK OMAPL138上的4个面板灯。这里分3步：先配置LED所在pin的pinmux为gpio；再配置gpio的方向；最后控制gpio拉高拉低。
需要注意的是，LED所在pin的pinmux不能使用此应用程序在用户空间配置，原因芯片手册也有写：

  在内核设置好pinmux后（怎么配见我以前的文章），接下来就是设置gpio方向和拉高拉低了，串口控制脚本如下：
./gpioctl 0x01e26000 0x038 0x00f00000 0x00000000//设方向
./gpioctl 0x01e26000 0x03c 0x00f00000 0x00000000//拉低4个灯---点亮
./gpioctl 0x01e26000 0x03c 0x00f00000 0x00f00000//拉高4个灯---熄灭