第008课 第1个ARM裸板程序及引申(点亮LED灯)

2020-03-20来源: eefocus关键字:ARM  裸板程序  点亮LED灯

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。

这里写图片描述

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。

这里写图片描述

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。


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?


配置为输出引脚;


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:

这里写图片描述

S3C2440启动流程:


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。


Nand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 :

  18:   eafffffe    b   18

  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)


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: 

这里写图片描述

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?

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?

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?

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: 

这里写图片描述

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:

这里写图片描述

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:

这里写图片描述

结果就是1010 1011 1100 0001;


在C语言中怎么表示这些进制呢?

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:

这里写图片描述

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:


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;


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


位与


1 & 1 = 1 

1 & 0 = 0 

0 & 1 = 0 

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关键字:ARM  裸板程序  点亮LED灯 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic492293.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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