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第008课 第1个ARM裸板程序及引申(部分免费)
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= 第001节_辅线1_硬件知识_LED原理图 = 当我们学习C语言的时候,我们会写个Hello程序。那当我们写ARM程序,也该有一个简单的程序引领我们入门,这个程序就是点亮LED。 我们怎样去点亮一个LED呢? 分为三步: #看原理图,确定控制LED的引脚; #看主芯片的芯片手册,确定如何设置控制这个引脚; #写程序; 先来讲讲怎么看原理图: LED样子有很多种,像插脚的,贴片的。 ![](./lesson/lesson1/lesson1_001.jpg) 它们长得完全不一样,因此我们在原理图中将它抽象出来。 点亮LED需要通电源,同时为了保护LED,加个电阻减小电流。 控制LED灯的亮灭,可以手动开关LED,但在电子系统中,不可能让人来控制开关,通过编程,利用芯片的引脚去控制开关。 ![](./lesson/lesson1/lesson1_002.jpg) LED的驱动方式,常见的有四种。 方式1:使用引脚输出3.3V点亮LED,输出0V熄灭LED。 方式2:使用引脚拉低到0V点亮LED,输出3.3V熄灭LED。 有的芯片为了省电等原因,其引脚驱动能力不足,这时可以使用三极管驱动。 方式3:使用引脚输出1.2V点亮LED,输出0V熄灭LED。 方式4:使用引脚输出0V点亮LED,输出1.2V熄灭LED。 ![](./lesson/lesson1/lesson1_003.png) 由此,主芯片引脚输出高电平/低电平,即可改变LED状态,而无需关注GPIO引脚输出的是3.3V还是1.2V。 所以简称输出1或0: 逻辑1-->高电平 逻辑0-->低电平 =第002节_辅线1_硬件知识_S3C2440启动流程与GPIO操作 = 在原理图中,同名的Net表示是连在一起的。 怎么样GPF4怎么输出1或0? 1. 配置为输出引脚; 2. 设置状态; 因此,设置GPFCON[9:8]=0b01,即GPF4配置为输出; 设置GPFDAT[4]=1或者0,即输出高电平或低电平; S3C2440框架: ![](./lesson/lesson2/lesson2_001.png) S3C2440启动流程: ① Nor启动: Nor Flash的基地址为0,片内RAM地址为0x4000 0000; CPU读出Nor上第1个指令(前4字节),执行; CPU继续读出其它指令执行。 ②Nand启动: 片内4k RAM基地址为0,Nor Flash不可访问; 2440硬件把Nand前4K内容复制到片内的RAM,然后CPU从0地址取出第1条指令执行。 = 第003节_编写第1个程序点亮LED = 在开始写第1个程序前,先了解一些概念。 2440是一个SOC,它里面的CPU有R1、R2、R3……等 寄存器; 它里面的GPIO控制器也有很多寄存器,如 GPFCON、GPFDAT。 这两个寄存器是有差异的,在写代码的时候,CPU里面的寄存器可以直接访问,其它的寄存器要以地址进行访问。 把GPF4配置为输出,需要把0x100写入GPFCON这个寄存器,即写到0x5600 0050上; 把GPF4输出1,需要把0x10写到地址0x5600 0054上; 把GPF4输出0,需要把0x00写到地址0x5600 0054上; 这里的写法会破坏寄存器的其它位,其它位是控制其它引脚的,为了让第一个裸板程序尽可能的简单,才简单粗暴的这样处理。 写程序需要用到几条汇编代码: ①LDR (load):读寄存器 举例:LDR R0,[R1] 假设R1的值是x,读取地址x上的数据(4字节),保存到R0中; ②STR (store):写寄存器 举例:STR R0,[R1] 假设R1的值是x,把R0的值写到地址x(4字节); ③B 跳转 ④MOV (move)移动,赋值 举例1:MOV R0,R1 把R1的值赋值给R0; 举例2:MOV R0,#0x100 把0x100赋值给R0,即R0=0x100; ⑤LDR 举例: LDR R0,=0x12345678 这是一条伪指令,即实际中并不存在这个指令,他会被拆分成几个真正的ARM指令,实现一样的效果。 最后结果是R0=0x12345678。 为什么会引入伪指令?<br> 在ARM的32位指令中,有些字节表示指令,有些字节表示数据,因此表示数据的没有32位,不能表示一个32位的任意值,只能表示一个较小的简单值,这个简单值称为立即数。引入伪指令后,利用LDR可以为R0赋任意大小值,编译器会自动拆分成真正的的指令,实现目的。 有了前面5个汇编指令的基础,我们就可以写代码了。 第一个程序只能是汇编,以前你们可能写过单片机程序,一上来就写main()函数,那是编译器帮你封装好了。 第一个LED程序代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > /* * 点亮LED1: gpf4 */ .text .global _start _start: /* 配置GPF4为输出引脚 * 把0x100写到地址0x56000050 */ ldr r1, =0x56000050 ldr r0, =0x100 /* mov r0, #0x100 */ str r0, [r1] /* 设置GPF4输出高电平 * 把0写到地址0x56000054 */ ldr r1, =0x56000054 ldr r0, =0 /* mov r0, #0 */ str r0, [r1] /* 死循环 */ halt: b halt </syntaxhighlight> 将代码上传到服务器, 先编译: arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.s ; 再链接: arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf ; 生成bin文件: arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin ; 以上的命令,要是我们每次都输入会容易输错,因此我们把他们写到一个文件里,这个文件就叫Makefile. 关于Makefile以后会讲。本次所需的Makefile如下: <syntaxhighlight lang="c" > all: arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.S arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin clean: rm *.bin *.o *.elf </syntaxhighlight> 以后只需要 使用 make 命令进行编译, make clean 命令进行清理。 最后烧写到开发板上,即可看到只有一个LED亮,符合我们预期。 = 第004节_汇编与机器码 = 前面介绍过伪指令,伪指令是实际不存在的ARM命令,编译器在编译时转换成存在的ARM指令。我们代码中的`ldr r1, =0x56000050`这条伪指令的真实指令时什么呢? 我们可以通过反汇编来查看。 在前面的Makefile中加上: arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis 上传服务器,编译。 生成的led_on.dis就是反汇编文件。led_on.dis如下: <syntaxhighlight lang="s" > led_on.elf: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <_start>: 0: e59f1014 ldr r1, [pc, #20] ; 1c <.text+0x1c> 4: e3a00c01 mov r0, #256 ; 0x100 8: e5810000 str r0, [r1] c: e59f100c ldr r1, [pc, #12] ; 20 <.text+0x20> 10: e3a00000 mov r0, #0 ; 0x0 14: e5810000 str r0, [r1] 00000018 <halt>: 18: eafffffe b 18 <halt> 1c: 56000050 undefined 20: 56000054 undefined </syntaxhighlight> 第一列是地址,第二列是机器码,第三列是汇编; 在反汇编文件里可以看到,`ldr r1, =0x56000050`被转换成`ldr r1, [pc, #20]`,`pc+20`地址的值为0x56000050,通过这种方式为r1赋值。 对于立即数0x100而言,`ldr r0,=0x100`即是转换成了`mov r0,#256`; 在2440这个SOC里面,R0-R15都在CPU里面,其中: R13 别名:sp (Stack Pointer)栈指针 R14 别名:lr (Link Register)返回地址 R15 别名:pc (program Counter)程序计数器=当前指令+8 ==为什么 PC=当前指令+8?== ARM指令采用流水线机制,当前执行地址A的指令,已经在对地址A+4的指令进行译码,已经在读取地址A+8的指令,其中A+8就是PC的值。 C/汇编(给人类方便使用的语言)———编译器———>bin,含有机器码(给CPU使用) =第005节_编程知识_进制 = 17个苹果,有4种表示方式,它们表示同一个数值: ![](./lesson/lesson5/lesson54_001.png) *计算验证: 十进制:17=1x10^1 + 7x10^0; 二进制:17=1x2^4 + 0x2^3 + 0x2^2 + 0x2^1 + 1x2^0; 八进制:17=2x8^1 + 1x8^0; 十六进制:17=1x16^1 + 1x16^0; 为何引入二进制?<br> 在硬件角度看,晶体管只有两个状态:on是1,off是0; 数据使用多个晶体管进行表示,用二进制描述,吻合硬件状态。 为何引入八进制?<br> 将二进制的三位作为一组,把这一组作为一位进行表示,就是八进制。 为何引入十六进制?<br> 将二进制的四位作为一组,把这一组作为一位进行表示,就是十六进制。八进制和十六进制方便我们描述,简化了长度。 如何快速的转换2/8/16进制: 首先记住8 4 2 1 ——>二进制权重 *举例1: 将二进制0b01101110101转换成八进制: 将二进制从右到左,每三个分成一组: ![](./lesson/lesson5/lesson5_002.png) 结果就是1565; *举例2: 将二进制0b01101110101转换成十六进制: 将二进制从右到左,每四个分成一组: ![](./lesson/lesson5/lesson5_003.png) 结果就是375; *举例3: 将十六进制0xABC1转换成二进制: 将十六进制从右到左,每个分成四位: ![](./lesson/lesson5/lesson5_004.png) 结果就是1010 1011 1100 0001; 在C语言中怎么表示这些进制呢?<br> 十进制: int a = 96; 八进制: int a = 0140;//0开头 十六进制: int a = 0x60;//0x开头 用0b开头表示二进制,约定俗成的规定。 =第006节_编程知识_字节序_位操作 = * 字节序: 假设`int a = 0x12345678;` 前面说了16进制每位是4个字节,在内存中,是以8个字节作为1byte进行存储的,因此0x12345678中每两位作为1byte,其中0x78是低位,0x12是高位。 在内存中的存储方式有两种: ![](./lesson/lesson6/lesson6_001.png) 0x12345678的低位(0x78)存在低地址,即方式1,叫做小字节序(Little endian); 0x12345678的高位(0x12)存在低地址,即方式2,叫做大字节序(Big endian); 一般的arm芯片都是小字节序,对于2440可以设置某个寄存器,让整个系统使用大字节序或小字节序,它默认使用小字节序。 * 位操作: 1. 移位 左移: int a = 0x123; int b = a<<2;--> b=0x48C 右移: int a = 0x123; int b = a>>2;--> b=0x48 左移是乘4,右移是除4; 2. 取反 原来问0的位变1,原来为1的位变0; int a = 0x123; int b = ~a;a=2 3. 位与 1 & 1 = 1 1 & 0 = 0 0 & 1 = 0 0 & 0 = 0 int a = 0x123; int b = 0x456; int c = a&b;--> c=0x2 4. 位或 1 | 1 = 1 1 | 0 = 1 0 | 1 = 1 0 | 0 = 0 int a = 0x123; int b = 0x456; int c = a|b;--> c=0x577 5. 置位 把a的bit7、8置位(变为1) int a = 0x123; int b = a|(1<<7)|(1<<8);--> c=0x1a3 6. 清位 把a的bit7、8清位(变为0) int a = 0x123; int b = (a& ~(1<<7))&(~(1<<8));--> c=0x23 置位和清位在后面寄存器的操作中,会经常使用。 =010节_完善LED程序_编写按键程序 = 在上一节视频里,我们编写的程序代码是先点亮led1,然后延时一会,再点亮led2,进入死循环。 但在开发板上的实际效果是led1先亮,延时一会,led2再亮,然后一会之后,led1再次亮了。 这和我们的设计的代码流程不吻合,这是因为2440里面有个看门狗定时器,开发板上电后,需要在一定时间内“喂狗”(设置相应的寄存器),负责就会重启开发板。之所以这样设计,是为了让芯片出现死机时,能够自己复位,重新运行。 这里我们写个led灯循环的程序,步骤如下: # 这里暂时用不到看门狗,先关闭看门狗,从参考手册可知,向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗; # 设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash; # 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚; # 循环点灯,依次设置GPFDAT寄存器; 完整代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > .text .global _start _start: /* 关闭看门狗 */ ldr r0, =0x53000000 ldr r1, =0 str r1, [r0] /* 设置内存: sp 栈 */ /* 分辨是nor/nand启动 * 写0到0地址, 再读出来 * 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动 * 否则就是nor启动 */ mov r1, #0 ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */ str r1, [r1] /* 0->[0] */ ldr r2, [r1] /* r2=[0] */ cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */ ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */ moveq sp, #4096 /* nand启动 */ streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */ bl main halt: b halt </syntaxhighlight> led.c <syntaxhighlight lang="c" > void delay(volatile int d) { while (d--); } int main(void) { volatile unsigned int *pGPFCON = (volatile unsigned int *)0x56000050; volatile unsigned int *pGPFDAT = (volatile unsigned int *)0x56000054; int val = 0; /* val: 0b000, 0b111 */ int tmp; /* 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚 */ *pGPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12)); *pGPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12)); /* 循环点亮 */ while (1) { tmp = ~val; tmp &= 7; *pGPFDAT &= ~(7<<4); *pGPFDAT |= (tmp<<4); delay(100000); val++; if (val == 8) val =0; } return 0; } </syntaxhighlight> 2440里面有很多寄存器,如果每次对不同的寄存器进行查询和操作会很麻烦,因此可以先提前定义成宏,做成一个头文件,每次调用就行。 再举一个按键控制LED的程序,,步骤如下: # 这里暂时用不到看门狗,先关闭看门狗,从参考手册可知,向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗; # 设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash; # 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚; # 设置3个按键引脚为输入引脚; # 循环执行,读取按键引脚值,点亮对应的led灯; 完整代码如下: <syntaxhighlight lang="c" > #include "s3c2440_soc.h" void delay(volatile int d) { while (d--); } int main(void) { int val1, val2; /* 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚 */ GPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12)); GPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12)); /* 配置3个按键引脚为输入引脚: * GPF0(S2),GPF2(S3),GPG3(S4) */ GPFCON &= ~((3<<0) | (3<<4)); /* gpf0,2 */ GPGCON &= ~((3<<6)); /* gpg3 */ /* 循环点亮 */ while (1) { val1 = GPFDAT; val2 = GPGDAT; if (val1 & (1<<0)) /* s2 --> gpf6 */ { /* 松开 */ GPFDAT |= (1<<6); } else { /* 按下 */ GPFDAT &= ~(1<<6); } if (val1 & (1<<2)) /* s3 --> gpf5 */ { /* 松开 */ GPFDAT |= (1<<5); } else { /* 按下 */ GPFDAT &= ~(1<<5); } if (val2 & (1<<3)) /* s4 --> gpf4 */ { /* 松开 */ GPFDAT |= (1<<4); } else { /* 按下 */ GPFDAT &= ~(1<<4); } } return 0; } </syntaxhighlight> ='''《《所有章节目录》》'''= <categorytree mode=all background-color:white;">ARM裸机加强版</categorytree> [[Category:ARM裸机加强版 ]]
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