【i.MX6ULL】驱动开发4——点亮LED(寄存器版)
)，介绍了i.MX6ULL芯片的GPIO的工作原理与寄存器配置。
在介绍如何通过寄存器来控制LED之前，需要先来了解一下有关Linux地址映射相关的知识。
1 地址映射
Linux或是STM32，对于硬件的控制，本质都是操作寄存器，在对应的地址进行数据的读写。若是在裸机开发中，可以控制CPU直接操作寄存器的地址，实现相应的功能，其过程是这样的：
linux环境，一般是不会直接访问物理内存，因为如果用户不小心修改了内存中的数据，很有可能造成错误甚至系统崩溃。为了避免这些问题，linux内核便引入了MMU和TLB进行内存地址映射，通过访问虚拟地址实现对实际物理地址的读写：
1.1 MMU介绍
MMU，Memory Manage Unit，即内存管理单元，它提供统一的内存空间抽象，程序通过访问虚拟内存中的地址，MMU将虚拟地址（Virtual Address）翻译成实际的物理地址（Physical Address） ，之后CPU即可操作实际的物理地址。
MMU具有如下功能：
保护内存： MMU给一些指定的内存块设置了读、写以及可执行的权限，这些权限存储在页表当中，MMU会检查CPU当前所处的是特权模式还是用户模式，只有和操作系统所设置的权限匹配才可以访问。
提供方便统一的内存空间抽象，实现虚拟地址到物理地址的转换：CPU可以运行在虚拟的内存当中，虚拟内存一般要比实际的物理内存大很多，使得CPU可以运行比较大的应用程序。
1.2 TLB介绍
TLB，Translation Lookaside Buffer，即转译后备缓冲器，也称页表缓存，里面存放的是一些页表文件（虚拟地址到物理地址的转换表），又称为快表技术。
当CPU第一次查找一个虚拟地址时，硬件通过3级页表（page table）得到最终的PPN（Physical Page Number），TLB会保存虚拟地址到物理地址的映射关系。这样在下一次访问同一个虚拟地址时，处理器通过查看TLB来直接返回物理地址，而不需要通过page table得到结果，从而提高地址转换的效率。
1.3 I/O映射函数
Linux内核启动的时候会初始化MMU，设置好内存映射，设置好以后CPU访问的都是虚拟地址。
那在程序编写的时候，如何进行物理内存和虚拟内存之间的转换呢？这就需要用到两个函数：ioremap和iounmap。
ioremap()
ioremap函数用将物理地址映射为虚拟地址。
iounmap()
iounmap函数的作用是释放掉ioremap函数所做的映射，即反向操作，在卸载驱动的时候需要调用。
1.4 I/O内存访问函数
在使用ioremap函数将物理地址转换成虚拟地址之后，理论上我们便可以直接读写 I/O 内存，但是为了符合驱动的跨平台以及可移植性，我们应该使用 linux 中指定的函数（如：iowrite8()、iowrite16()、iowrite32()、ioread8()、ioread16()、ioread32() 等）去读写 I/O 内存，而非直接通过映射后的指向虚拟地址的指针进行访问。读写 I/O 内存的函数如下：
对于读I/O而言，他们都只有一个 __iomem 类型指针的参数，指向被映射后的地址，返回值为读取到的数据；
对于写I/O而言他们都有两个参数，第一个为要写入的数据，第二个参数为要写入的地址，返回值为空。
与这些函数相似的还有writeb、writew、writel、readb、readw、readl 等
在 ARM 架构下，writex（readx）函数与 iowritex（ioreadx）有一些区别，writex（readx）不进行端序的检查，而 iowritex（ioreadx）会进行端序的检查。
2 程序编写
2.1 LED驱动程序
led驱动也是属于字符设备驱动的，之前介绍了新旧两种字符驱动的写法，本篇led驱动就按照新字符设置驱动的写法来编写。
关于新字符设备的驱动模块，可参考之前的文章：
这里再放一张新字符设备开发的模板框架
2.1.1 字符设备的基本框架
2.1.2 具体完善
1）GPIO寄存器宏定义
需要配置相关的寄存器，就要对照着LED这个GPIO的硬件按需配置。
有关GPIO的各种寄存器的使用原理介绍，请参考上篇文章的介绍。
CCM 是用来进行时钟的使能，其寄存器包括CCGR0~CCGR6，因为LED用到GPIO属于GPIO5，它对应的时钟配置寄存器就是CCM_CCGR1
MUX 是用来将IO复用为GPIO
PAD 是用来配置IO的基本参数（驱动能力、压摆率、上下拉等）
GPIO5_DR 数据寄存器，当GPIO为输出模式时，用来设置对应的高低电平
GPIO5_GDIR 方向寄存器，用来设置输入还是输出
以上是先对这些需要使用的寄存器的地址声明宏定义（这些寄存器的地址可通过查阅i.MX6ULL数据手册得到），然后再声明对应的虚拟地址的指针，因为Linux开始MMU后，就不能直接对寄存器的地址直接操作了，需要使用映射后的虚拟地址。
2）GPIO硬件初始化
主要包括以下几步：
寄存器地址映射：将需要用的寄存器的物理地址映射为虚拟地址
使能GPIO1时钟：就是配置CCM_CCGR1寄存器
设置GPIO5_IO03的复用功能：配置MUX和PAD寄存器
设置GPIO5_IO03为输出功能：配置GPIO5_GDIR方向寄存器
初始默认关闭LED：配置GPIO5_DR数据寄存器
具体配置过程如下，主要这里使用"与"和"或"的位运算操作，来配置寄存器中对应位的值。
3）字符设备初始化
需要定义led字符设备结构体，来管理这个led设备。
具体的led字符设备初始化流程:
初始化LED的GPIO（上面刚介绍）
创建设备号
初始化cdev字符设备
添加cdev字符设备
创建类
创建设备
4）LED亮灭控制
驱动程序中，对于LED的控制，可以分为两步。
第一步是接收和解析应用层发来的控制数据（0或1来控制亮灭），将控制参数传递给具体的开关led的函数：
第二步就是根据指令参数，通过控制数据寄存器GPIO5_DR来实现GPIO的高低电平输出，从而实现LED的亮灭：
5）驱动退出
驱动不再使用时，需要注销相关的设备：
首先释放掉这些地址映射：
具体的注销过程：
驱动程序基本就是这些，完整的程序见我的gitee仓库：https://gitee.com/xxpcb/imx6ull
2.2 LED应用程序
写完了驱动程序（BSP），还要写对应的应用程序（APP）。
目前的应用程序比较简短，因为在Linux中，一切皆文件，所以，对于LED的控制，就是通过向文件中写入0或1来实现LED的亮灭。
先来对0和1进行宏定义：
然后就是main函数了：
3 实验测试
3.1 程序编译与下载
再来复习一下基本步骤：
ubuntu中通过gcc交叉编译器编译出led的驱动程序和应用程序
搭建局域网环境（电脑和linux板子连接到同一个路由器下，Linux板子以及烧录了镜像文件，能够正常运行）
通过tftp服务将两个文件发送到linux板子的对应目录中（/lib/modules/4.1.15目录）
进行字符设备的加载，以及文件读写测试（控制led亮灭）
程序的具体编译过程与之前的类似，这里不再赘述，可参考之前的文章（如这篇：）
3.2 实验现象
首先来看一下板子上LED的位置，如下图的电路上的标号D14处：
然后在串口中，按照之前介绍字符设备的加载流程，先加载led字符设备，然后就可以下向应用程序写1或0来控制led的亮灭了。
led点亮的效果如下：
4 总结
本篇主要介绍了如何通过操作寄存器来点亮i.MX6ULL开发板上的led，通过编写LED对应的驱动程序和应用程序，实现程序设计的分层。
因为Linux使用了MMU进行虚拟地址管理，因此在操作寄存器时，要进行地址映射后再操作。最后通过程序的实际测试，验证了led的亮灭功能。
本篇的完整程序见我的gitee仓库：https://gitee.com/xxpcb/imx6ull
