“第008课 第1个ARM裸板程序及引申(部分免费)”的版本间的差异

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片内4k RAM基地址为0,Nor Flash不可访问;
 
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。
 
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。
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= 第003节_编写第1个程序点亮LED =
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在开始写第1个程序前,先了解一些概念。
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2440是一个SOC,它里面的CPU有R1、R2、R3……等 寄存器;
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它里面的GPIO控制器也有很多寄存器,如 GPFCON、GPFDAT。
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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。
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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;
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把GPF4输出1,需要把0x10写到地址0x5600 0054上;
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把GPF4输出0,需要把0x00写到地址0x5600 0054上;
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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。
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写程序需要用到几条汇编代码:
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①LDR  (load):读寄存器
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举例:LDR R0,[R1]
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假设R1的值是x,读取地址x上的数据(4字节),保存到R0中;
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②STR  (store):写寄存器
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举例:STR R0,[R1]
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假设R1的值是x,把R0的值写到地址x(4字节);
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③B  跳转
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④MOV  (move)移动,赋值
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举例1:MOV R0,R1
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把R1的值赋值给R0;
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举例2:MOV R0,#0x100
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把0x100赋值给R0,即R0=0x100;
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⑤LDR 
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举例:
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LDR R0,=0x12345678
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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。
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最后结果是R0=0x12345678。
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为什么会引入伪指令?<br>
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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。
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有了前面5个汇编指令的基础,我们就可以写代码了。
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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。
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第一个LED程序代码如下:
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<syntaxhighlight lang="c" >
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/*
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* 点亮LED1: gpf4
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*/
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.text
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.global _start
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_start:
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/* 配置GPF4为输出引脚
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* 把0x100写到地址0x56000050
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*/
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ldr r1, =0x56000050
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ldr r0, =0x100 /* mov r0, #0x100 */
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str r0, [r1]
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/* 设置GPF4输出高电平
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* 把0写到地址0x56000054
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*/
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ldr r1, =0x56000054
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ldr r0, =0 /* mov r0, #0 */
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str r0, [r1]
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/* 死循环 */
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halt:
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b halt
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</syntaxhighlight>
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将代码上传到服务器,
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先编译:
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arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.s ;
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再链接:
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arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf ;
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生成bin文件:
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arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin ;
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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.
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关于Makefile以后会讲。本次所需的Makefile如下:
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<syntaxhighlight lang="c" >
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all:
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arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.S
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arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf
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arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin
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clean:
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rm *.bin *.o *.elf
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</syntaxhighlight>
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以后只需要 使用 make 命令进行编译, make clean 命令进行清理。
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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。
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= 第004节_汇编与机器码 =
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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?
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我们可以通过反汇编来查看。
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在前面的Makefile中加上:
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arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis
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上传服务器,编译。
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生成的led_on.dis就是反汇编文件。led_on.dis如下:
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<syntaxhighlight lang="c" >
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led_on.elf:    file format elf32-littlearm
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Disassembly of section .text:
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00000000 <_start>:
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  0: e59f1014 ldr r1, [pc, #20] ; 1c <.text+0x1c>
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  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>
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第一列是地址,第二列是机器码,第三列是汇编;
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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。
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对于立即数0x100而言,`ldr r0,=0x100`即是转换成了`mov r0,#256`;
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在2440这个SOC里面,R0-R15都在CPU里面,其中:
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R13  别名:sp (Stack Pointer)栈指针
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R14  别名:lr (Link Register)返回地址
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R15  别名:pc (program Counter)程序计数器=当前指令+8
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==为什么 PC=当前指令+8?==
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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。
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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)
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=010节_完善LED程序_编写按键程序 =
 
=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。
 
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。

2018年1月16日 (二) 17:14的版本

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:

  1. 看原理图,确定控制LED的引脚;
  2. 看主芯片的芯片手册,确定如何设置控制这个引脚;
  3. 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?
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:

/*
 * 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

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:

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

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:

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

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)



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:

  1. 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;
  2. 设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
  3. 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
  4. 循环点灯,依次设置GPFDAT寄存器;


完整代码如下:

.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


led.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;
}

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:

  1. 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;
  2. 设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
  3. 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
  4. 设置3个按键引脚为输入引脚;
  5. 循环执行,读取按键引脚值,点亮对应的led灯;

完整代码如下:

#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;
}