使用汇编按照GPIO操作流程点亮LED灯

Posted 2021-06-28 行稳方能走远

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• LED汇编程序
• 编译LED汇编程序

通过第五章我们对ARM 汇编语法有了初步的认识，在本章我们开始使用汇编编写我们的第一个汇编实验，在开发板的额外众多外设里面，原理最简单，最适合初学者入门的就是gpio 的驱动，在我们的开发板上板载了一个led 发光二极管，他的实现原理就是通过gpio 来控制led 的亮灭（控制gpio 输出高低电平）。

LED汇编程序

按照前面的介绍，我们需要对GPIO1_IO03 做如下的设置：

1.使能GPIO1 的时钟

GPIO1 的时钟由CCM_CCGR1 寄存器的bit27 和26 控制，我们把这两位设置成1，就会使能GPIO1 的时钟了。

2.配置GPIO1_IO03 的复用功能

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器是GPIO1_IO03 的复用寄存器，地址是0x20e0068，把这个寄存器设置成GPIO 功能。

3.配置GPIO1_IO03 上下拉

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器是GPIO1_IO03 的配置寄存器，通过该寄存器配置GPIO1_IO03 为GPIO 的上下拉。

4.设置GPIO1_IO03 输出

在第二步骤我们已经把GPIO1_IO03 复用成GPIO 了，然后我们需要配置GPIO 为输出，以及输出时候的高低电平，在《IMX6ULL 参考手册》的1357 页我们可以看到PIO1_IO03 对应的GPIO 寄存器组，如图所示：

通过设置寄存器GPIO1_GDIR 的bit3 为1，可以设置GPIO1_IO03 为输出。然后通过设置GPIO1_DR 寄存器的bit3 为0，可以控制GPIO1_IO03 输出低电平，LED 会亮。GPIO1_DR 的bit3 设置为1，可以控制GPIO1_IO03输出高电平，LED 会灭。

本实验的源码在开发板光盘资料的"i.MX6UL 终结者光盘资料\\04_裸机例程源码\\1_leds\\1_leds"目录下，我们可以把这个文件夹拷贝到UBuntu 下，使用交叉编译器编译。

下面我们开始一步步的实现LED 这个实验。首先登录Ubuntu 系统，在用户的根目录下的work 文件夹创建led 文件夹然后在led 目录下新建“led.s”的汇编文件，如图所示：

然后使用“vi led.s”命令打开led.s 文件，在led.s 文件输入如下代码：

.global _start  /* 全局标号 */

/*
 * 	_start函数，程序从此函数开始执行此函数完成时钟使能、
 *	GPIO初始化、最终控制GPIO输出低电平来点亮LED灯。
 */
_start:
	/* 1、使能所有时钟 */
	ldr r0, =0X020C4068 	/* CCGR0 */
	ldr r1, =0XFFFFFFFF  
	str r1, [r0]		
	
	ldr r0, =0X020C406C  	/* CCGR1 */
	str r1, [r0]

	ldr r0, =0X020C4070  	/* CCGR2 */
	str r1, [r0]
	
	ldr r0, =0X020C4074  	/* CCGR3 */
	str r1, [r0]
	
	ldr r0, =0X020C4078  	/* CCGR4 */
	str r1, [r0]
	
	ldr r0, =0X020C407C  	/* CCGR5 */
	str r1, [r0]
	
	ldr r0, =0X020C4080  	/* CCGR6 */
	str r1, [r0]
	

	/* 设置GPIO1_IO03为GPIO模式 */
	ldr r0, =0X020E0068	/* 把寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE加载到r0中 */
	ldr r1, =0X5		/* 设置寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE的MUX_MODE为5 */
	str r1,[r0]

	/* 配置GPIO1_IO03的IO属性	
	 		*bit 16:0 HYS关闭
	 		*bit [15:14]: 00 默认下拉
     	*bit [13]: 0 kepper功能
     	*bit [12]: 1 pull/keeper使能
     	*bit [11]: 0 关闭开路输出
     	*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
     	*bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
     	*bit [0]: 0 低转换率
   */
    ldr r0, =0X020E02F4	/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
    ldr r1, =0X10B0
    str r1,[r0]

	/* 设置GPIO1_IO03为输出 */
    ldr r0, =0X0209C004	/*寄存器GPIO1_GDIR */
    ldr r1, =0X0000008		
    str r1,[r0]

	/* 点亮LED0
	 * 设置GPIO1_IO03输出低电平
	 */
	 ldr r0, =0X0209C000	/*寄存器GPIO1_DR */
   ldr r1, =0		
   str r1,[r0]

/*
 * 描述：	loop死循环
 */
loop:
	b loop 				

第2 行我们定义了全局标号_start，程序就是从_start 标号处开始顺序往下执行的。

第8 行使用ldr 向寄存器r0 写入0x020c4068，这是CCM_CCGR0 的寄存器地址。

第9 行使用ldr 向寄存器r1 写入0xffffffff，开启所有外设的时钟。

第10 行使用str 命令把r1 中的值写到r0 所保存的地址中，相当于给0x20c4068 这个地址写入0xffffffff，也就是CCM_CCGR0 寄存器设置成0xffffffff，使能CCM_CCGR0 寄存器控制的所有外设时钟。

第11 行到第22 行是向CCM_CCGR1-CCM_CCGR6 寄存器写入0xffffffff，使能所有的外设时钟。

第24 行到第26 行是设置GPIO1_IO03 这个IO 为GPIO 模式，GPIO1_IO03 的复用寄存器是0x20e0068,把该寄存器的MUX_MODE 设置为5（GPIO 模式）

第37 行到第39 行设置GPIO1_IO03 的IOMUX_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 配置寄存器

第40 行到第43 行是设置GPIO 为输出功能。

第47 到第49 是设置GPIO 输出0（低电平）

第53 到第54 行是死循环，使用b 跳转指令，程序不断的跳转到loop 执行。

编译LED汇编程序

前面用汇编写的代码后缀名是.s文件，所以省去了预处理和编译，直接进行汇编就可以了。

我们在Ubuntu 下通过vim 编辑好LED 的汇编程序（6.6 章节），然后保存并退出。然后我们使用arm交叉编译器来编译该程序，我们在终端输入“arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o”命令，把led.s 编译成led.o，其中的“-g”参数是产生调试信息，可以使用GDB 来调试代码。“-c”参数是编译源文件，不链接。“-o”参数是指定产生的文件名称，我们指定生成led.o，运行效果如图所示：

我们可以看到通过arm 交叉编译生成了led.o 文件，这个文件相当于中间文件，我们还需要把编译生成的.o 文件链接起来生成可执行文件（我们这里只有一个led.o，对于有的工程可能会生成多个.o 文件）。

接下来我们使用交叉编译器的“arm-linux-gnueabihf-ld”命令来把“.o”文件链接起来。链接的目的就是把我们的程序固定到某个地址，这样cpu 在运行的时候就可以通过链接地址找到我们的程序，并运行它。在链接之前我们需要先了解下i.MX6ULL 的启动，i.MX6ULL 支持SD 卡，EMMC，NAND 等方式启动，i.MX6ULL启动的时候首先将代码从SD 卡，EMMC，NAND 中拷贝到运行地址，然后开始从运行地址处开始运行，i.MX6ULL芯片内部有128K 的RAM（0X900000~0X91FFFF），另外外部扩展了DDR，所以i.MX6ULL 的链接地址可以是内部的RAM，也可以是外部的DDR。我们所有的例程都是链接到DDR 中，其地址为0X87800000。i.MX6ULL终结者开发板的DDR 有两种：256MB 和512MB，起始地址都是0X80000000。256MB 的终止地址是0X8FFFFFFF，
512M 的终止地址是0X9FFFFFFF，之所以选择地址0X87800000，是因为后面我们要学的Uboot 链接地址也是0X87800000。所以为了学习方便，我们统一使用0X87800000 地址。

下面我们开始使用arm-linux-gnueabihf_ld 命令将前面我们生成的“led.o”文件链接到0X87800000地址处，我们在终端输入“arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf”，其中的“-Ttext”指定链接地址（0X87800000），“-o”生成链接文件名，运行效果如图所示：

我们需要把链接文件转换成“.bin”文件，然后烧写到EMMC，才能运行。
接下来我们使用“arm-linux-gnueabihf-objcopy”命令将链接文件led.elf 转换成“led.bin”文件。
我们在终端输入“arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin”命令，其中“-O”指定以什么格式输出（binary 表示二进制输出），“-S”表示不要复制源文件中的重定位信息和符号信息，“-g”表示不复制源文件中的调试信息，运行效果如图所示：

至此我们生成了最终的可执行程序“led.bin”文件。
我们可以总结下，为了生成led.bin 文件，我们分别使用了命令：

arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o

arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf

arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin

为了编译方便，我们可以使用Makefile 来编译我们的led 汇编程序，首先我们在led 工程目录下使用“touch Makefile”命令创建Makefile 文件，如图所示：

然后使用vim 编辑器打开Makefile 文件，输入下面的命令：

led.bin:led.s
arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin
clean:
rm -rf *.o led.bin led.elf

添加完上面的命令，保存并退出，然后在led 工程目录下执行“make”命令编译led.S，过程如图所示：

如果要清除工程，我们在终端执行“make clean”即可。
至此关于arm 交叉编译器的使用，我们就先介绍到这里。编译生成了led.bin 执行文件，下一步我们还需要给led.bin 文件添加一些数据头才能执行。我们为用户提供了添加数据头的工具“create_imx”（光盘资料的“i.MX6UL 终结者光盘资料\\01_开发及烧写工具\\2.裸机镜像制作工具”目录下），我们通过ssh工具拷贝该文件到led 工程目录下，然后在终端输入命令“./create_imx led.bin”，生成bare.imx 文件，如图所示：

现在我们开始使用MFG 烧写工具来烧写（光盘资料的“i.MX6UL 终结者光盘资料\\01_开发及烧写工具\\3.mfgtools_for_6ULL”文件夹），首先我们进到该文件夹，我们修改“cfg.ini”文件，如果您的板子是EMMC 版本（8G flash 容量），按照图的方式修改：

如果您的板子是NAND 版本（512MB flash 容量）（NAND 版本的裸机验证我们需要使用一张TF 卡），按照图所示修改：

修改完“cfg.ini”配置文件，然后我们在Ubuntu 系统生成的“bare.imx”文件通过ssh 工具拷贝到MFG 烧写工具的“Profiles\\Linux\\OS Firmware\\files\\linux\\”目录下，如图9.7.9 所示：

然后我们鼠标双击打开MFG 烧写工具，如图所示：

MFG 烧写工具打开以后，我们使用开发板配带的USB 数据线，连接开发板的OTG 接口和PC 的USB 接口，使用开发板配带的电源连接到开发板的电源接口，然后开发板的拨码开关设置成USB 启动，如图9.7.11 所示：

（如果我们使用的是NAND 版本的开发板，我们需要先拔掉TF 卡）然后按下开发板的电源开关，使开发板上电，此时我们会看到MFG 烧写工具识别到开发板，如图所示：

（如果我们使用的是NAND 版本的开发板，我们需要插入TF 卡），然后我们点击MFG 烧写工具的“Start”按钮，开始烧写镜像，如图所示：

等到进度条显示绿色，烧写完成，如图所示：

然后我们在按下开发板的电源按键给开发板断电，然后修改拨码开关设置正常启动。
如果您的板子是EMMC 版本（8GB Flash 存储），拨码开关如图所示：

如果您的开发板是NAND 版本（512M Flash 存储），拨码开关如图所示（设置成TF 卡启动模式）：

最后我们在按下开发板的电源开关，给开发板上电，此时我们会看到开发板的LED2 被点亮了，如图所示：

本节我们详细的介绍了如何编译代码，并且如何使用MFG 烧写生成的镜像到开发板的Flash 里面，并最终运行测试。后面我们的程序都是用MFG 工具进行代码的烧写。