ARM（IMX6U）裸机C语言版本LED驱动实验

Posted 2021-08-19 行稳方能走远

参考：Linux之ARM（IMX6U）裸机C语言LED驱动实验–驱动编写,编译
作者：一只青木呀
发布时间： 2020-08-11 11:20:17
网址：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/107930284

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• 0.简介
• • ①、汇编文件
  • ②、C 语言文件
• 1.汇编文件初始化C语言运行环境
• • 1.设置处理器进入 SVC 模式
  • 2.设置SP指针
  • 3.跳转到C语言
  • 4.汇编实现
• 2.C 语言部分实验程序编写
• 3.编译(编写 Makefile)
• 4.烧写到SD卡并验证

0.简介

在开始部分用汇编来初始化一下 C 语言环境，比如初始化 DDR、设置堆栈指针 SP 等等，当这些工作都做完以后就可以进入 C 语言环境，也就是运行 C 语言代码，一般都是进入 main 函数。所以我们有两部分文件要做：

①、汇编文件

汇编文件只是用来完成 C 语言环境搭建。

②、C 语言文件

C 语言文件就是完成我们的业务层代码的，其实就是我们实际例程要完成的功能

1.汇编文件初始化C语言运行环境

1.设置处理器进入 SVC 模式

以前的 ARM 处理器有 7 种运行模型：User、FIQ、IRQ、Supervisor(SVC)、Abort、Undef和 System，其中 User 是非特权模式，其余 6 中都是特权模式。但新的 Cortex-A 架构加入了TrustZone 安全扩展，所以就新加了一种运行模式：Monitor，新的处理器架构还支持虚拟化扩展，因此又加入了另一个运行模式：Hyp，所以 Cortex-A7 处理器有 9 种处理模式，如表

模式	描述
User(USR)	用户模式，非特权模式，大部分程序运行的时候就处于此模式。
FIQ	快速中断模式，进入 FIQ 中断异常
IRQ	一般中断模式。
Supervisor(SVC)	超级管理员模式，特权模式，供操作系统使用。
Monitor(MON)	监视模式？这个模式用于安全扩展模式。
Abort(ABT)	数据访问终止模式，用于虚拟存储以及存储保护。
Hyp(HYP)	超级监视模式？用于虚拟化扩展。
Undef(UND)	未定义指令终止模式。
System(SYS)	系统模式，用于运行特权级的操作系统任务

怎么设置处理器进入 SVC 模式?
–>使用CPSR寄存器来设置

M[4:0] ：处理器模式控制位，含义如表

M[4:0]	处理器模式
10000	User 模式
10001	FIQ 模式
10010	IRQ 模式
10011	Supervisor(SVC)模式
10110	Monitor(MON)模式
10111	Abort(ABT)模式
11010	Hyp(HYP)模式
11011	Undef(UND)模式
11111	System(SYS)模式

总结：

2.设置SP指针

设置 SVC 模式下的 SP 指针=0X80200000，因为 I.MX6U-ALPHA 开发 板 上 的 DDR3 地 址 范 围 是 0X80000000~0XA0000000(512MB) 或 者0X80000000~0X90000000(256MB)，不管是 512MB 版本还是 256MB 版本的，其 DDR3 起始地址都是 0X80000000。由于 Cortex-A7 的堆栈是向下增长的（高地址向低地址增长），所以将 SP 指针设置为 0X80200000，因此 SVC 模式的栈大小 0X80200000-0X80000000=0X200000=2MB， 2MB 的栈空间已经很大了，如果做裸机开发的话绰绰有余，不用担心栈溢出。

总结：

3.跳转到C语言

使用b指令，跳转到C语言函数，比如main函数

4.汇编实现

start.s

.global _start

_start:

    /*设置处理器进入SVC模式 */
    mrs r0,cpsr      /*读取cpsr的值到r0 */
    bic r0,r0,#0x1f  /*清除cpsr的bit4--0 清除指令 具体参照相关汇编指令*/
    orr r0,r0,#0x13  /*使用SVC模式  这是汇编的与运算*/
    msr cpsr,r0      /*将r0写入到cpsr中去 */

    /*设置SP指针 */  /*有的芯片比如三星 还要在设置SP指针之前手动初始化DDR */

    ldr sp,=0x80200000  
    b main /*跳转到C语言main函数*/

2.C 语言部分实验程序编写

C 语言部分有两个文件 main.c 和 main.h， main.h 里面主要是定义的寄存器地址，在 main.h里面输入代码：
main.h

#ifndef  __MAIN_H
#define  __MAIN_H

/*定义要使用的寄存器*/
#define  CCM_CCGR0   *((volatile unsigned int *)0X020C4068)
#define  CCM_CCGR1   *((volatile unsigned int *)0X020C406C)
#define  CCM_CCGR2   *((volatile unsigned int *)0X020C4070)
#define  CCM_CCGR3   *((volatile unsigned int *)0X020C4074)
#define  CCM_CCGR4   *((volatile unsigned int *)0X020C4078)
#define  CCM_CCGR5   *((volatile unsigned int *)0X020C407C)
#define  CCM_CCGR6   *((volatile unsigned int *)0X020C4080)

/*
*  IOMUX 相关寄存器 
*/

#define SW_MUX_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0X020E02F4)

/*
* GPIO1相关寄存器           这里实际就用了前面两行定义的寄存器
*/

#define GPIO1_DR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C004)
#define GPIO1_PSR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C008)
#define GPIO1_ICR1 			*((volatile unsigned int *)0X0209C00C)
#define GPIO1_ICR2 			*((volatile unsigned int *)0X0209C010)
#define GPIO1_IMR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C014)
#define GPIO1_ISR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C018)
#define GPIO1_EDGE_SEL 		*((volatile unsigned int *)0X0209C01C)



#endif

在 main.h 中我们以宏定义的形式定义了要使用到的所有寄存器，后面的数字就是其地址，比如 CCM_CCGR0 寄存器的地址就是 0X020C4068

在 main.c里面输入代码：
main.c

#include "main.h"
/*使能外设时钟*/
void clk_enable(void)
{
    CCM_CCGR0 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR1 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR2 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR3 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR4 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR5 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR6 = 0xFFFFFFFF;
}

/*初始化LED灯*/
void led_init(void)
{
    SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5; /*复用为GPIO1--IO03 */

    SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;  /*设置GPIO1__IO03电气属性*/

    GPIO1_GDIR = 0x8; //设置为输出

    GPIO1_DR = 0x0;//默认打开LED灯

}
/*短延时*/
void delay_short(volatile unsigned int n)
{
    while(n--){}

}
/*
 * 延时  一次循环大概是1ms 在主频396MHz下测试的
 * n:延时ms数
*/
void delay(volatile unsigned int n)
{
    while (n--)
    {
        delay_short(0x7ff);
    }
    
}
/*打开LED灯*/
void  led_on(void)
{
    GPIO1_DR &= ~(1<<3); //bit3清零

}
/*关闭LED灯*/
void led_off(void )
{
    GPIO1_DR |= (1<<3);  //bit3置1
}
int main() 
{
    clk_enable();  //使能外设时钟

    led_init(); //初始化LED
  //  led_off();  
    
    while(1)
    {
        led_off();  
        delay(500);

        led_on();
        delay(500);
    }

    return 0;
}

main.c 文件里面一共有 7 个函数，这 7 个函数都很简单。 clk_enable 函数是使能CCGR0~CCGR6 所控制的所有外设时钟。 led_init 函数是初始化 LED 灯所使用的 IO，包括设置IO 的复用功能、 IO 的属性配置和 GPIO 功能，最终控制 GPIO 输出低电平来打开 LED 灯。led_on 和 led_off 这两个函数看名字就知道，用来控制 LED 灯的亮灭的。 delay_short()和 delay()这两个函数是延时函数， delay_short()函数是靠空循环来实现延时的， delay()是对 delay_short()的 简 单 封 装 ，在 I.MX6U 工作 在 396MHz(Boot ROM 设 置的 396MHz)的 主 频 的 时候delay_short(0x7ff)基本能够实现大约 1ms 的延时，所以 delay()函数我们可以用来完成 ms 延时。

main 函数就是我们的主函数了，在 main 函数中先调用函数 clk_enable()和 led_init()来完成时钟使能和 LED 初始化，最终在 while(1)循环中实现 LED 循环亮灭，亮灭时间大约是 500ms。

3.编译(编写 Makefile)

objs := start.o main.o

ledc.bin:$(objs)
	arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^
	arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@
	arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis

%.o:%.s
	arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

%.o:%.S
	arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

%.o:%.c
	arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

clean:
	rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis

第 1 行定义了一个变量 objs， objs 包含着要生成 ledc.bin 所需的材料： start.o 和 main.o，也就是当前工程下的 start.s 和 main.c 这两个文件编译后的.o 文件。这里要注意 start.o 一定要放到最前面！因为在后面链接的时候 start.o 要在最前面，因为 start.o 是最先要执行的文件！

第 3 行就是默认目标，目的是生成最终的可执行文件 ledc.bin， ledc.bin 依赖 start.o 和 main.o如果当前工程没有 start.o 和 main.o 的时候就会找到相应的规则去生成 start.o 和 main.o。比如start.o 是 start.s 文件编译生成的，因此会执行第 8 行的规则。

第 4 行是使用 arm-linux-gnueabihf-ld 进行链接，链接起始地址是 0X87800000，但是这一行用到了自动变量“” ， “ ^”，“
” ，“^”的意思是所有依赖文件的集合，在这里就是 objs 这个变量的值：start.o 和 main.o。链接的时候 start.o 要链接到最前面，因为第一行代码就是 start.o 里面的，因此这一行就相当于：

arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf start.o main.o

第 5 行使用 arm-linux-gnueabihf-objcopy 来将 ledc.elf 文件转为 ledc.bin，本行也用到了自动变量“@ ” ， “ @”，“@”，“@”的意思是目标集合，在这里就是“ledc.bin”，那么本行就相当于：

arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf ledc.bin

第 6 行使用 arm-linux-gnueabihf-objdump 来反汇编，生成 ledc.dis 文件。

第 8~15 行就是针对不同的文件类型将其编译成对应的.o 文件，其实就是汇编.s(.S)和.c 文件，比如 start.s 就会使用第 8 行的规则来生成对应的 start.o 文件。第 9 行就是具体的命令，这行也用到了自动变量“@ ” 和 “ @”和“@”和“<”，其中“$<”的意思是依赖目标集合的第一个文件。比如start.s 要编译成 start.o 的话第 8 行和第 9 行就相当于：

start.o:start.s
	arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o start.o start.s

第 17 行就是工程清理规则，通过命令“make clean”就可以清理工程。

4.烧写到SD卡并验证

烧写到SD卡并验证参照之前的博文：ARM（IMX6U）裸机汇编LED驱动实验——驱动编写、编译、烧写bin文件到SD卡中并运行

这里烧写到 sdb中