ARM编程进阶之三 —— 裸机硬件的控制方法与例程

到目前为止，我们已经能够编写较复杂的ARM汇编程序了，遗憾的是这些程序是运行在ads自带的虚拟开发板ARMUL下的，（在axd界面下，单击options->configure target，可见到如下的目标板配置界面）

而我们最终的目的是要让程序运行在实际的硬件产品上，并能控制硬件。本文将初步介绍如何建立真实硬件的开发和调试环境，编写控制硬件的程序的方法。

第一部分内容：如何建立真实硬件的开发和调试环境

由于基于ARM的嵌入式开发板种类众多，硬件仿真器、调试代理软件也是种类繁多，使用方法各异，这就为学习编写ARM裸机程序控制硬件带来了较大的难度。为便于初学者快速入门，有必要选择一套成熟、易于学习和实践的软硬件环境。经过比较，本文（包括本系列所有与ARM硬件有关的文章）均采用友善之臂提供的带有nor flash 的qq2440（或者mini2440）嵌入式开发板（自带简易的jtag调试仿真器小板）和h-jtag调试器代理软件。以下关于开发和调试环境的搭建，均来源于友善之臂提供的qq2440用户手册（稍微修改），在此表示敬意。

1、 安装并设置H-JTAG

(1)安装H-JTAG

H-JTAG 安装文件位于 “Windows 平台工具\H-JTAG”目录，双击运行，按照其提示安装即可。

安装完毕，会在桌面生成H-JTAG 和H-Flasher 快捷方式，双击运行H-JTAG，程序将自动检测是否连接了JTAG 设备，因为之前我们还没有做任何设置，所以会跳出一个提示窗口：

点击确定，进入程序主界面，因为没有连接任何目标器件，因此显示如图所示：

(2)设置JTAG 端口

在H-JTAG 主界面的菜单里点Setting->Jtag Settings，作如下图所示设置，点OK 返回主界面。

(3)设置初始化脚本

把本文提供给你的qq2440_yangzhu.his 和H-Flasher_QQ2440_yangzhu.hfc 文件（点击下载）复制到H-JTAG 的安装目录，如图：

注：后续图及文档中的FriendlyARM2440.his都请认为是qq2440_yangzhu.his，H-Flasher_QQ2440.hfc都请认为是H-Flasher_QQ2440_yangzhu.hfc

在H-JTAG 的主界面，点Script->Init Script，跳出Init Script 窗口，点该窗口下面的Load 按钮，找到并选择打开刚刚复制的FriendlyARM2440.his 文件，如图：

这时，Init Script 窗口会被载入的脚本填充，如图，注意要点选“Enable Auto Init”，

点OK 退回H-JTAG 主界面：

(4)检测目标器件

使用开发板附带的JTAG 小板连接开发板的JTAG 接口，并接上打开电源。点主菜单Operations->Detect Target，或者点工具栏相应的图标也可以，这时就可以看到已经检测到目标器件了。

提示：如果没有设置初始化脚本，也可以检测到CPU，但无法进行下面的单步调试。

（5）设置自动下载程序到nor flash

单击Flasher,点选”Auto Download”

2、为H-JTAG 配置AXD DEBUGGER

(1)运行AXD Debugger

如图所示打开运行ADS1.2 软件的调试软件－AXD Debugger：

AXD Debugger 主界面：

(2)设置AXD Debugger

点菜单Options->Confiuguer Target…，出现如下窗口：

在该窗口中点击Add 按钮，跳出选择文件对话框，找到H-JTAG 安装目录，选择并打开里面的H-JTAG.dll 文件，如图。

此时会在Choose Target 窗口中多了一项H-JTAG，如图，点OK 返回AXD Debugger主界面。

（3） 使用H-JTAG 在ADS1.2 环境下进行仿真调试

关闭AXD Debugger。在CodeWarrior中点击菜单Project->Debug，它将自动启动AXD Debugger，AXD Debugger会启动目标映象，并通过Jtag 下载至目标板，这时在AXD Debugger 底部的状态栏会出现下载过程提示，下载完毕就可以进行单步或者全速调试了，调试过程中您可以看到CPU 各个寄存器的值，也可以设置断点等，详细的用法请参考ADS 附带的英文说明手册，这基本上和常见的VisualC++等集成开发环境是类似的。

第二部分内容：编写控制裸机硬件的方法与例程

1、程序控制硬件的编程原理

每一种硬件在其控制器芯片上都会有物理的寄存器（注意这里的寄存器不是指的CPU内部的寄存器R1等等，而是指的硬件芯片上的存储单元，在ARM体系下，这些存储单元与内存进行统一编址，可以被CPU通过访存指令，像访问内存一样去访问），这些寄存器通常分为3种类型：命令寄存器、状态寄存器、数据寄存器。程序控制硬件的办法通常是：程序通过str指令向命令寄存器写入合适的内容，就可以完成对硬件进行配置的操作或者要求硬件进行某种物理操作。到此为止，软件就完成了所有它该做的事情，之后硬件会自动完成相应操作，在硬件完成操作后，程序又可以通过ldr指令从数据寄存器中获得想要的数据，或者从状态寄存器中获知硬件的状态。可见，程序控制硬件，简单地说，其实就是程序对硬件的寄存器进行读写操作，命令硬件完成操作，获取硬件状态和数据，仅此而已。这里的关键是：某个硬件寄存器的内存地址是多少？为使硬件执行某个操作，应当向哪个寄存器写入什么值？这些都是程序员需要解决的问题，而这些问题的解决，关键在于程序员能：a）理解要控制的硬件的运作机制；b）能熟练查阅硬件的手册（手册中会指明寄存器的内存地址以及寄存器各种取值的含义）；c）能看懂硬件的连线原理图

2、最简单的裸机硬件控制程序（控制led灯的亮灭，点击下载示例代码）

如何才能点亮led灯呢？首先必须先看硬件连接图

显而易见，要点亮led1，则必须在nLED_1连接线上输出低电平。

要在nLED_1连接线上输出低电平，就必须让CPU的GPB5为低电平。

如何才能让CPU的GPB5为低电平？通过查阅S3C2440的硬件手册（点击下载）的第9章可知，需要将地址为0x56000010的这个寄存器的bit11和10设置为01，从而将GPB5这个管脚配置为输出，然后将地址为0x56000014的这个寄存器的bit5写为0，这样CPU的GPB5管脚就会输出低电平。

这就对应于示例代码中的如下关键代码：

#define    GPBCON        (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define    GPBDAT        (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
#define LEDS   (1<<5|1<<6|1<<7|1<<8)
GPBCON     = 0x00015400;
GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<6|1<<7|1<<8);

示例代码中的readme.txt中，说道：

for running on real board, you need do following 3 things:
1. Change Target from ARM7TDMI to ARM920t
2. Change load address from 0x8000 to 0x30000000
3. Change image layout for placing init.o(INIT2440) at the first

做1的原因是开发板的CPU——S3C2440是ARM920t的内核，所以编译器编译时必须匹配

做2的原因是开发板的RAM位于0x30000000——0x34000000地址（共64M），程序必须被调试器加载到ARM才能运行。

特别说明：配置中的0x30000000被我称为“程序的期望加载地址”，简称“加载地址”。“运行地址”与“加载地址”是很重要的2个概念，请大家一定要弄清楚。“运行地址”是给编译器看的，通过看“运行地址”编译器就能计算出程序中各个标号、变量、函数等在内存中的绝对地址，从而完成涉及地址的指令的正确编译。而“加载地址”是给调试器或者操作系统看的，它的作用是让调试器或者操作系统将程序加载到正确（期望）的内存地址。通常情况下，代码的这2个地址是相等的，数据则不一定。

做3的原因是init.o的INIT2440段的代码是首先运行的代码，因此必须放在整个二进制程序文件的最开头