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树莓派GPIO配置详解

树莓派作为一个功能强大的开发板，拥有丰富的GPIO接口，可供开发者进行各种输入输出操作。本文将详细介绍树莓派的GPIO寄存器及其配置方法，帮助开发者充分利用GPIO功能。

1. 树莓派寄存器介绍

树莓派的GPIO模块由多个寄存器组成，每个寄存器管理多个引脚的输入输出功能。树莓派共有54个引脚，分布在六个不同的功能寄存器中：

• GPFEL0-GPFEL5：每个寄存器管理8个引脚的输入输出功能。
• GPFSEL0-GPFSEL5：每个寄存器管理8个引脚的功能配置。

这些寄存器通过特定的位模式控制引脚的功能，如输入、高度电平、低电平、推挽输出等。

2. 引脚4配置

为了配置树莓派引脚4为输出，需要使用GPFSEL0寄存器。该寄存器的功能位如下：

• 位12-14：控制引脚4的功能。
• 要将引脚4设置为输出，需将这三个位设置为001。

通过芯片手册P95可知，GPFSEL0寄存器的操作可以通过以下方式实现：

*GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);*GPFSEL0 |= (0x1 << 12);

这样，引脚4将被配置为输出。

3. 设置pin4为1和清零

要将引脚4设置为高电平（1）或低电平（0），需要使用GPSET0和GPCLR0寄存器：

• GPSET0：用于设置引脚状态为高电平。

  *GPSET0 |= (1 << 4);

• GPCLR0：用于清除引脚状态。

  *GPCLR0 |= (1 << 4);

4. 寄存器地址管理

树莓派的GPIO寄存器地址空间从0x3f200000开始，Linux通过ioremap函数进行内存虚拟化。需要注意的是，开发者应使用虚拟地址进行操作，而非物理地址。

5. 底层驱动开发

以下是树莓派引脚4的驱动代码示例：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      static struct file_operations pin4_fops = {    .open = pin4_open,    .write = pin4_write,    .read = pin4_read,};static ssize_t pin4_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {    int userCmd;    copy_from_user(&userCmd, buf, count);    if (userCmd == 1) {        *GPSET0 |= 0x1 << 4;    } else if (userCmd == 0) {        *GPCLR0 |= 0x1 << 4;    }    return count;}static int pin4_open(struct inode *inode, struct file *file) {    *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);    *GPFSEL0 |= (0x1 << 12);    return 0;}static ssize_t pin4_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {    return 0;}device_t devno;static dev_t dev;static struct class *pin4_class;static struct device *pin4_dev;static ssize_t pin4_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {    int userCmd;    copy_from_user(&userCmd, buf, count);    if (userCmd == 1) {        printk("set 1\n");        *GPSET0 |= 0x1 << 4;    } else if (userCmd == 0) {        printk("set 0\n");        *GPCLR0 |= 0x1 << 4;    } else {        printk("undo\n");    }    return count;}static int pin4_open(struct inode *inode, struct file *file) {    printk("pin4_open\n");    *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);    *GPFSEL0 |= (0x1 << 12);    return 0;}static ssize_t pin4_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {    printk("pin4_read\n");    return 0;}static struct file_operations pin4_fops = {    .owner = THIS_MODULE,    .open = pin4_open,    .write = pin4_write,    .read = pin4_read,};static int pin4_drv_init(void) {    printk("insmod driver pin4 success\n");    devno = MKDEV(231, 0);    register_chrdev(231, "pin4", &pin4_fops);    pin4_class = class_create(THIS_MODULE, "pin4");    pin4_dev = device_create(pin4_class, NULL, devno, NULL, "pin4");    GPSEL0 = ioremap(0x3f200000, 4);    GPSET0 = ioremap(0x3f20001C, 4);    GPCLR0 = ioremap(0x3f200028, 4);    return 0;}void pin4_drv_exit(void) {    iounmap(GPSEL0);    iounmap(GPSET0);    iounmap(GPCLR0);    device_destroy(pin4_class, devno);    unregister_chrdev(231, "pin4");    class_destroy(pin4_class);}module_init(pin4_drv_init);module_exit(pin4_drv_exit);
     
    
   

6. 应用层代码

应用层代码示例：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       int main() {    int fd;    int cmd;    fd = open("/dev/pin4", O_RDWR);    if (fd < 0) {        printf("open pin4 fail\n");        exit(-1);    } else {        printf("open pin4 success\n");    }    printf("Please input: ");    scanf("%d", &cmd);    printf("cmd=%d\n", cmd);    if (cmd == 1) {        printf("set 1\n");        write(fd, &cmd, 1);    } else if (cmd == 0) {        printf("set 0\n");        write(fd, &cmd, 1);    }    return 0;}
      
     
    
   

7. 编译步骤

请参考以下链接进行编译：编译步骤

通过以上配置，您可以轻松控制树莓派引脚的输入输出状态。