为什么通过内核模块访问 GPIO2 和 GPIO3 时 Beaglebone Black 出现分段错误？

Question

我一直试图通过内核模块访问 beaglebone black 上的 GPIO2 和 GPIO3，但没有成功。每次我尝试将输出值分配给 GPIO 2 和 3 时，都会出现分段错误。

完全相同的代码（具有适当的引脚分配）适用于 GPIO0 和 GPIO1。

我尝试了 P8 和 P9 上与 GPIO2 和 GPIO3 相关的各种引脚，但均未成功。另一方面，相同的代码适用于 GPIO0 和 GPIO1，并具有适当的引脚分配。

对于引脚值，我使用的是官方 BBB 手册。为了获得适当的 I/O GPIO 可用性，我正在从 beagleboard.com 检查此图：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <net/tcp.h>

//Macros
#define GPIO1_START_ADDR 0x4804C000
#define GPIO2_START_ADDR 0x481AC000
#define GPIO2_END_ADDR 0x481ACFFF
#define GPIO3_START_ADDR 0x481AE000

#define SIZE (GPIO2_END_ADDR - GPIO2_START_ADDR)
#define GPIO_OE 0x134
#define GPIO_DATAOUT 0x13C

//A couple of standard descriptions
MODULE_LICENSE("GPL");

static int hello_init(void)
{
    volatile void *gpio_addr;
    volatile unsigned int *oe_addr;
    volatile unsigned int *dataout_addr;

    printk(KERN_NOTICE "Module: Initializing module\n");

    printk(KERN_NOTICE "Module: Map GPIO\n");
    gpio_addr = ioremap(GPIO3_START_ADDR,SIZE);

    printk(KERN_NOTICE "Module: Set oe_addr\n");
    oe_addr = gpio_addr + GPIO_OE;

    printk(KERN_NOTICE "Module: Set dataout_addr\n");
    dataout_addr = gpio_addr + GPIO_DATAOUT;

    //Code will work up to here for any GPIO.
    //It crashes on the following for GPIO2 and GPIO3:

    printk(KERN_NOTICE "Module: Set pin to OUTPUT\n");
    *oe_addr &= (0xFFFFFFFF ^ (1<<19));

    printk(KERN_NOTICE "Module: Set pin output to HIGH\n");
    *dataout_addr |= (1<<19);

    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Exit module.\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

如果我屏蔽了这两行 *oe_addr &= (0xFFFFFFFF ^ (1<<19)); 和 *dataout_addr |= (1<<19);，该程序在所有 GPIO 上运行均无故障。

$uname -a: Linux beaglebone 3.8.13-bone79

为什么访问 GPIO2 和 GPIO3 时出现分段错误？

Answer 1

经过大量研究，我发现了一些有用的链接，例如 this one 和 this one。

需要指出的是，GPIO 寄存器 1、2 和 3 的默认设置是时钟禁用，因此在尝试访问寄存器时出现分段错误。当系统请求导出 GPIO 时，它会启用时钟并且 GPIO 寄存器可供使用。

要解决此问题，我们需要手动启用这些 GPIO 的时钟。使用链接中的代码示例，我无法做到这一点。

但是通过使用

echo 5 > /sys/class/gpio/export
echo 65 > /sys/class/gpio/export
echo 105 > /sys/class/gpio/export

在运行插入 mod 之前，我发现事情可以正常工作。通过监控每个 GPIO 上的时钟值，我发现该值从某个值变为“2”。但是，手动将 2 输入到这些值中不足以使 GPIO 工作。

如果我找到通过内存控制正确启用时钟的方法，我将更新此答案。

编辑：

经过更多的大惊小怪和研究，我已经让代码正常工作。我已经把它写成一个单独的模块，它是在插入问题上发布的模块之前插入的：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <net/tcp.h>

#define CM_PER_ADDR 0x44E00000
#define CM_PER_SIZE 0x3FF
#define CM_PER_GPIO1_ADDR   0xAC
#define CM_PER_GPIO2_ADDR   0xB0
#define CM_PER_GPIO3_ADDR   0xB4

#define GPIO_COUNT 3


//A couple of standard descriptions
MODULE_LICENSE("GPL");

static int hello_init(void)
{
    static volatile void* cm_per;
    static volatile unsigned int* cm_per_gpio[GPIO_COUNT];

    static volatile int cm_per_addr[GPIO_COUNT] = {CM_PER_GPIO1_ADDR, CM_PER_GPIO2_ADDR, CM_PER_GPIO3_ADDR};

    static int i = 0;

    printk(KERN_NOTICE "Module2: Initializing module\n");

    cm_per = ioremap(CM_PER_ADDR, CM_PER_SIZE);
        if(!cm_per){
            printk (KERN_ERR "Error: Failed to map GM_PER.\n");
            return -1;  //Break to avoid segfault
        }

    for(i = 0; i < GPIO_COUNT; i++){
        cm_per_gpio[i] = cm_per + cm_per_addr[i];

        //Check if clock is disabled
        if(*cm_per_gpio[i] != 0x2){
        printk(KERN_NOTICE "Enabling clock on GPIO[%d] bank...\n", (i+1));
            *cm_per_gpio[i] = 0x2;  //Enable clock
            //Wait for enabled clock to be set
            while(*cm_per_gpio[i] != 0x2){}
        }

        //Print hex value of clock
        printk(KERN_NOTICE "cm_per_gpio[%d]: %04x\n", (i+1), *(cm_per_gpio[i]));
    }


    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Module: Exit module.\n"); //Print exit notice and exit without exploding anythin
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

从AM335x and AMIC110 Sitara™ ProcessorsTechnical Reference Manual，我们可以看到 CM_PER_GPIO#_CLKCTRL 寄存器 是如何组织的（其中 # 代表我们正在查看的 GPIO 组）：

表 8-60。 CM_PER_GPIO2_CLKCTRL 寄存器字段说明

它也告诉我们寄存器的reset（默认）值是30000h，意思是CLOCK DISABLED，意思是module disabled。

Answer 2

你的代码为什么会出现分段错误的答案实际上是无关紧要的，因为作为一个内核模块，它被误导了，需要被扔掉，你需要重写它。您的模块绝对没有任何业务试图直接访问“GPIO（控制）寄存器”，这些寄存器已经由 pin-control (pinctrl) 子系统拥有。

GPIO 引脚是内核管理的（通用）资源。您会编写一个刚开始使用任意内存块作为其缓冲区的驱动程序吗？
希望不会，因为内存是由内核管理的（另一种）资源。
但是你的模块只是随心所欲地使用GPIO管脚！

请参阅正确的 GPIO 文档以了解您正在使用的确切 Linux 内核版本：Documentation/gpio.txt for version 3.8.13。

您的模块可以使用的可用例程包括：

gpio_request()
gpio_free()

gpio_direction_input()
gpio_direction_output()

gpio_get_value()
gpio_set_value()

---

（顺便说一句，您的代码忽略了检查 ioremap() 的返回值，它可能为 null，然后可能导致分段错误。）