5.14. MMIO (Memory-Mapped I/O) Device Access
============================================

Введение
--------

MMIO (Memory-Mapped I/O) — это механизм доступа к аппаратным устройствам через адресное пространство памяти.  
Он позволяет обращаться к регистрам периферийных устройств (GPIO, UART, SPI и др.) **точно так же, как к обычным переменным**,  
если известен базовый физический адрес устройства и структура его регистров.

На Raspberry Pi это особенно актуально при работе с низкоуровневыми устройствами, не обёрнутыми в готовые драйверы.

---

Как это работает
----------------

1. Аппаратные регистры устройств отображаются в память через физические адреса (например, `0x3F200000` для GPIO).
2. Драйвер резервирует и отображает (remap) эти адреса в виртуальное пространство ядра с помощью `ioremap()`.
3. Доступ к значениям регистров производится через функции:

   - `readl()` / `writel()` — 32-битный доступ
   - `readb()` / `writeb()` — байтовый доступ
   - `readw()` / `writew()` — 16-битный доступ

4. По завершении работы память освобождается функцией `iounmap()`.

---

Пример использования MMIO
--------------------------

Простой пример драйвера, который включает/выключает GPIO21 напрямую через регистры:

.. code-block:: c

    #define GPIO_BASE_PHYS 0x3F200000
    #define GPIO_LEN       0xB4

    static void __iomem *gpio_base;

    static int __init mmio_example_init(void)
    {
        gpio_base = ioremap(GPIO_BASE_PHYS, GPIO_LEN);
        if (!gpio_base) {
            pr_err("Failed to map GPIO MMIO region\n");
            return -ENOMEM;
        }

        // Настройка GPIO21 как выход (GPFSEL2)
        u32 val = readl(gpio_base + 0x08);
        val &= ~(7 << 3);     // очистить биты FSEL21
        val |=  (1 << 3);     // установить как output (001)
        writel(val, gpio_base + 0x08);

        // Включаем GPIO21 (GPSET0)
        writel(1 << 21, gpio_base + 0x1C);

        return 0;
    }

    static void __exit mmio_example_exit(void)
    {
        // Выключаем GPIO21 (GPCLR0)
        writel(1 << 21, gpio_base + 0x28);

        iounmap(gpio_base);
    }

    module_init(mmio_example_init);
    module_exit(mmio_example_exit);

---

Важно
-----

- `ioremap()` возвращает **виртуальный адрес**, через который производится доступ
- **Нельзя** просто использовать `(volatile uint32_t *)0x3F200000` — это нарушает принципы безопасности ядра
- Всегда вызывайте `iounmap()` при выгрузке модуля
- Не забывайте про `MODULE_LICENSE()` и права доступа

---

Когда использовать MMIO
------------------------

MMIO нужен, когда:

- Нет стандартного драйвера для устройства
- Требуется максимальная производительность
- Вы реализуете **прототип** низкоуровневой периферии (например, на FPGA или нестандартной плате)
- Нужно изучить поведение контроллера "вживую"

---

Вывод
-----

MMIO — это мощный и универсальный способ взаимодействия с железом на Linux.  
Но он требует **точного знания адресов**, регистров и правильной работы с памятью ядра.

Мы будем использовать MMIO при разработке собственного драйвера для RGB LED и других устройств,  
где важно получить прямой доступ к битам конфигурации GPIO.