#include <iostream>     // вывод сообщений    
#include <fcntl.h>      // открытие файлов 
#include <sys/mman.h>   // mmap и munmap 
#include <unistd.h>     // usleep и close
#include <cstring>      // perror
#include <cstdint>      // для uint32_t

/*
1. Userspace драйвер GPIO.
Управление GPIO Raspberry Pi через mmap обеспечивает прямой доступ к регистрам периферии, 
минуя медленные системные вызовы. Это реализуется через открытие /dev/mem, 
мапирование базового адреса GPIO 
*/

#define GPIO_BASE 0x3F200000    // физический адрес начала блока регистров GPIO на SoC BCM2835
#define BLOCK_SIZE 4096         // Размер отображ. памяти Регистры GPIO занимают 41 байт, но мы отображаем целую страницу для простоты.
#define TIME_SLEEP 500000       // Время задержки в микросекундах

int main() {
    // открытие спец.файла физической памяти. Флаги - чтение и запись + отключение кэширования
    int mem_fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
    // Если не удалось открыть - вывод ошибки 
    if (mem_fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    /*
    Отображение памяти регистров в виртуальное адресное пространство
    mmap создаёт отображение физической памяти, начиная с адреса GPIO_BASE, размером BLOCK_SIZE, в виртуальную память процесса.
    NULL – ядро само выбирает адрес для отображения.
    BLOCK_SIZE – количество байт.
    PROT_READ | PROT_WRITE – разрешено чтение и запись.
    MAP_SHARED – изменения видны другим процессам и синхронизируются с файлом (важно для доступа к реальной памяти).
    mem_fd – файловый дескриптор /dev/mem.
    GPIO_BASE – смещение в файле (физический адрес).
    */  
    void* gpio_map = mmap(
        NULL,
        BLOCK_SIZE,
        PROT_READ | PROT_WRITE,
        MAP_SHARED,
        mem_fd,
        GPIO_BASE
    );

    if (gpio_map == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        return 1;
    }

    // Указатель приводится к типу volatile uint32_t*, чтобы:
    // Обращаться к памяти 32-битными словами.
    // volatile запрещает компилятору оптимизировать обращения, т.к. значения регистров могут меняться аппаратно.
    volatile uint32_t* gpio = (volatile uint32_t*)gpio_map;

    // GPIO17 = бит 21 в GPFSEL1
    gpio[1] &= ~(7 << 21);   // очистить
    gpio[1] |=  (1 << 21);   // output

    while (true) {
        gpio[7] = (1 << 17);  // set
        usleep(TIME_SLEEP);
        gpio[10] = (1 << 17); // clear
        usleep(TIME_SLEEP);
    }
    // освобождение ресурсов, при выходе 
    munmap(gpio_map, BLOCK_SIZE);
    close(mem_fd);
}