《2440裸机》基础知识

1.启动过程

从两种方式来简单介绍启动方式，分别是Nor启动和Nand启动

Nor启动

使用Nor启动时，NorFlash的基地址为0，片内RAM地址为0x4000,0000

CPU读出Nor上第一个指令(前4个字节)执行。

Nand启动

使用Nand启动时，片内RAM的基地址为0，NorFlash是不可访问的状态。

2440的硬件把Nand前4K内容搬移到片内RAM中，然后CPU从0地址取出第一条指令执行。

CPU取第一条指令都是从0地址去取，只不过不同的启动方式，对应的0地址是不同的。有了第一条指令并执行，剩下的也就像多米诺骨牌一样。

2.汇编知识

LDR 读内存

LDR R0 ,[R1] 类似C语言中，R0 = *R1，读取R1指向内存区域中的内容，存入R0

STR 写内存

STR R0 ,[R1] 类似C语言中， *R1 = R0，将R0写入R1指向的内存区域

B 无条件跳转指令

MOV

MOV R0,R1 把 R1的值赋给R0

MOV R0,#0x100 把 100赋给R0

LDR伪指令

LDR R0,=0x12345678这句话的意思是，把0x12345678这个值赋给R0

但是我们会有一个问题？为什么我们不用MOV指令来将这个值给R0呢？其实原因很简单，每条指令最终都会翻译成32位(4字节)的机器码，机器码上需要几位来表示操作指令(MOV还是B,或者是其他)，还需要几位来表示操纵哪个寄存器，有时候还需要目的寄存器。这么下来，一条留给我们表示0x12345678这个数肯定是不够32位(4字节)的，所以一条指令完成不了这个赋值任务，所以需要用LDR伪指令来赋值。LDR伪指令最终是要被翻译成多条指令来完成这个任务的。

add

add r0,r1,#4 相当于r0=r1+4

sub

sub r0,r1,#4 相当于r0=r1-4

sub r0,r1,r2 相当于r0=r1-r2

bl

bl main 跳转到main，并且把返回地址(即下一条指令地址)保存在lr寄存器中

ldm 读内存，写入多个寄存器

ldmia sp,{fp,sp,pc}

其中ia（increase after） 后缀的意思是"先读后增"，什么叫先读后增呢，就是先把sp指向的位置的值读到寄存器中，之后sp再增加。(或者说先操纵数据，后移动指针)

stm 把多个寄存器的值，写入内存

stmdb sp!,{fp,ip,lr,pc}

其中db（decrease before）后缀的意思是"先减后存"，什么叫先减后存呢，就是sp先减少，之后把寄存器中的值存到sp指向的位置(或者说先移动指针，后操纵数据)

例子1：点灯程序led_on.S

.text

.global _start

_start:

/*配置GPF4为输出引脚*/

ldr r1,=0x56000050

mov r0,#0x100

str r0,[r1]

/*配置GPF4输出高电平*/

ldr r1,=0x56000054

mov r0,#0

str r0,[r1]

/*死循环*/

halt:

b halt

编译 arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.S

链接 arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf

生成bin arm-linux-objcopy -o binary -S led_on.elf led_on.bin

反汇编 arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis

例子2：在汇编中调用main函数

.text

.global _start

_start:

/*设置内存: sp栈*/

ldr sp,=4096 /*nand启动*/

//ldr sp,=0x40000000+4096 /*nor启动*/

/*调用main*/

bl main

halt:

b halt

例子3：判断是nor/nand启动

在编写程序时，需要先了解nor和nand的区别，通过区别编写程序就能得到实际的启动方式

/* 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，他对应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，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*/

3.gcc

4.Makefile

为什么要引入Makefile？因为makefile能只编译修改过的.c为.o，免去了重复编译的过程，提高效率。

4.1 Makefile基础

规则

当依赖比目标新的时候(也就是修改过了)，执行命令

目标文件：依赖文件

  命令

通配符

test:a.o b.o

gcc -o test $^

%.o:%.c

gcc -c -o $@ $<

【第二行】 $^表示所有的依赖，在上面的例子中也就是a.o b.o

【第三行】 %.o:%.c 对所有.c文件，都生成.o文件

【第四行】 $@ 表示的是目标文件，也就是%.o。$<表示第一个依赖文件，也就是%.c

假想目标

通过执行make <目标>命令，就可以执行makefile中相应目标文件下的命令(要满足依赖比目标新的规则)。如果没有<目标>的话，则会默认执行第一个目标。

有时候我们会遇到这种情况，如下所示

clean:

rm *.o test

如果这个时候目录中存在名字叫clean的文件的话，根据"依赖比目标新就执行命令"的规则，目标clean是没有依赖的，也就是依赖没有目标新，这个时候我们执行make clean命令的时候不能达到预期的效果。这时候就需要假想目标，声明假想目标的方式很简单，如下所示。

clean:

rm *.o test

.PHONY: clean

声明假想目标之后，在执行make clean就能达预期的效果了。

即时变量，延时变量

A:= xxxx A的值即可确定，这是即时变量

B = xxxx B的值使用到时才确定，这是延时变量

下面用一个例子更好说明这一点

A:= $(C)

B = $(C)

C = abc

all:

@echo $(A)

@echo $(B)

最终打印出来的结果是 A为空，B为abc。

makefile函数

$(foreach var,list,test)

这个函数的作用就是提取list中的每个字符串成员(以空格划分)，赋值给var，之后变成test，这样说可能比较抽象，我们看一个例子。

A = a b c

B = $(foreach f,$(A),$(f).o)

all:

@echo B = $(B)

最终打印的结果为B = a.o b.o c.o，例子中的a b c分别赋值给f，再变成$(f).o，也就是a.o b.o和c.o

$(filter pattern ...,text) 在text中取出符合pattern的值

$(filter-out pattern ...,text)在text中取出不符合pattern的值

C = a b c d/

D = $(filter %/,$(C))

E = $(filter-out %/,$(C))

all:

@echo D = $(D)

@echo E = $(E)

最终打印的结果为

D = d/

E = a b c

$(wildcard pattern) 在pattren中定义了文件名格式，wildcard函数的作用是取出这个符合这个格式并且存在的文件

例子：首先我们先假设当前目录下存在a.c b.c c.c三个文件

files = $(wildcard *.c)

filesname = a.c b.c c.c d.c e.c

files2 = $(wildcard $(filesname))

all:

@echo files = $(files)

@echo files2 = $(files2)

最终打印的结果为

files = a.c b.c c.c 符合*.c格式

files2 = a.c b.c c.c d.c e.c由于当前目录不存在，所以没有打印

$(patsubst pattern,replacement,$(var)) 从var中取每个值，如果符合pattern,就替换为replacement

例子：

files = a.c b.c c.c d.c e.c abc

dep_files = $(patsubst %.c,%.d,$(files))

all:

@echo dep_files = $(dep_files)

最终打印的结果为

dep_files = a.d b.d c.d d.d e.d abc

4.2 Makefile自动依赖

其中目录文件如下

在向makefile中自动添加头文件依赖的之前，我们需要知道下面几条gcc命令

gcc -M main.c

查看main.c依赖的头文件(-M会将标准库的头文件也包含进来，如果不想这样，可以使用-MM)，例如下面所示：

我们也可以将结果输出重定向到对应的.d文件中，如下所示：

gcc -MM main.c > main.d

sed命令

sed是一个非交互式的流编辑器。而流编辑器是指sed每次只从文件（或输入）读入一行，然后对该行进行指定的处理，并将结果输出到屏幕，接着读入下一行。

通过sed命令我们可以将main.d中的内容进行修改，由main.o: main.c szg_math.h 变更为main.o main.d : main.c szg_math.h 将main.d加入到目标文件中。

sed 's,(main).o[ :]*,1.o main.d : ,g' < main.d > main.q

看到结果果然如我们所料。上面的命令大体上分为两个步骤。

1.将main.d中内容交给sed进行处理

2.将sed处理好后的内容输出到main.q（名字瞎取的）

下面我们详细的分析一下sed命令的处理流程和参数意义：

sed 's,(main).o[ :]*,1.o main.d : ,g'

sed中的s符号告诉sed命令，这次要做一个替换的任务。

s符号的格式为：[address[,address]] s/pattern-to-find/replacement-pattern/[g p w n]。

[address[,address]]：是指要处理的行的范围，在这次的操作中采用的是默认值。

pattern-to-find：是指要匹配的字符串，在这次操作中指的是(main).o[ :]*。

(main)指的就是main，只不过括起来加入到符号表中，之后我们可以通过1来等价于main。

.o就是匹配字符.o。

[ :]*就是正则表达式，其意思为匹配若干个空格和冒号。

所以这一字段匹配的字符其实就是main.o:

replacement-pattern：是指要替换成的字符串,在这次操作中指的是1.o main.d :,将1替换过来其实就是main.o main.d :

在有了以上几条命令之后，我们用一个比较综合的例子来进行说明

# wildcard找到当前目录下所有的.c文件

# patsubst将所有%.c转化为%.o

SRC_FILES=$(wildcard *.c)

OBJ_FILES=$(patsubst %.c,%.o,$(SRC_FILES))

CC = gcc

CFLAGS = -lpthread -g

test:$(OBJ_FILES)

$(CC) -o test $^ $(CFLAGS)

%.o:%.c

$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)

sinclude $(SRC_FILES:.c=.d)

# 1.@ 告诉makefile不打印命令 

# 2.set -e的作用是告诉后面命令返回值非0时立刻退出,用分号是为了让

#    set -e作用到后面所有命令(makefile 中的''就是连接下一行,让其视为同一行命令)

# 3.$(CC) -MM $(CFLAGS) $< > $@.$$$$ 

# $$是转义字符$,假设$@是a.d 那最终执行的就是 > a.d.$$ 其中$$在shell中的特殊变量表示执行进程号

%.d:%.c

@set -e;rm -f $@;

$(CC) -MM $(CFLAGS) $< > $@.$$$$;

sed 's,($*).o[ :]*,1.o $@ : ,g' < $@.$$$$ > $@;

rm -f $@.$$$$

clean:

rm *.o *.d test 

.PHONY:clean