史上最全的LED点灯程序—使用STM32FPGALinux点亮你的LED灯

Posted 2021-08-28 果果小师弟

摘要：不知道小伙伴们点亮过多少板子的LED灯，有很多小伙伴留言说讲一下stm32、fpga、liunx他们之间有什么不同，不同点很多，口说无凭，今天就来点亮一下stm32、fpga和liunx板子的led灯，大家大致看一下点灯流程和点灯环境以及点灯流程，就能大概的了解一下三者的区别，可以有选择的去学习！

一、使用STM32点亮LED灯

STM32从字面上来理解ST是意法半导体，M是Microelectronics的缩写，32 表示32位，合起来理解，STM32就是指ST公司开发的32位微控制器。在如今的32 位控制器当中，STM32可以说是最璀璨的新星，它受宠若娇，大受工程师和市场的青睐，无芯能出其右。首先使用STM32电亮一个led灯，大家现在回过头来看是不是非常的简单。

STM32初始化流程

1、使能指定GPIO的时钟。

2、初始化GPIO，比如输出功能、上拉、速度等等。

3、STM32有的IO可以作为其它外设引脚，也就是IO复用，如果要将IO作为其它外设引脚使用的话就需要设置 IO 的复用功能。

4、最后设置GPIO输出高电平或者低电平。

1、新建工程

2、代码编写

//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{    	 
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能GPIOF时钟
  //GPIOF9,F10初始化设置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;//LED0和LED1对应IO口
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
  GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO	
  GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);//GPIOF9,F10设置高，灯灭
}

3、编译代码

4、配置下载器

烧录代码

二、使用FPGA点亮LED灯

FPGA(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)，译文：现场可编程门阵列，一种主要以数字电路为主的集成芯片，于1985年由Xilinx创始人之一 Ross Freeman发明，属于可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)的一种。真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为Xilinx所发明，这个时间差不多比著名的摩尔定律晚20年左右，但是FPGA一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象。

计数器是在FPGA设计中最常用的一种时序逻辑电路，根据计数器的计数值我们可以精确的计算出FPGA内部各种信号之间的时间关系，每个信号何时拉高、何时拉低、拉高多久、拉低多久都可以由计数器实现精确的控制。而让计数器计数的是由外部晶振产生的时钟，所以可以比较精准的控制具体需要计数的时间。计数器一般都是从0开始计数，计数到我们需要的值或者计数满溢出后清零，并可以进行不断的循环。

本例我们让计数器计数1s时间间隔，来实现led灯每隔1s闪烁一次的效果。

LED灯硬件原理图

流水灯实验管脚分配

1、模块框图

模块框图

输入输出信号描述

2、RTL代码的编写

开始RTL代码的编写，RTL代码编写出的模块叫RTL模块(后文中也称功能模块、可综合模块)。之所以叫RTL代码是因为用Verilog HDL在Resistances Transistors Logic（寄存器传输级逻辑）来描述硬件电路，RTL代码能够综合出真实的电路以实现我们设计的功能，区别于不可综合的仿真代码。

`timescale  1ns/1ns
//带标志信号的计数器
module  counter
#(
    parameter   CNT_MAX = 25'd24_999_999
)
(
    input   wire    sys_clk     ,   //系统时钟50Mhz
    input   wire    sys_rst_n   ,   //全局复位
    output  reg     led_out         //输出控制led灯
);

reg     [24:0]  cnt;       //经计算得需要25位宽的寄存器才够500ms
reg             cnt_flag;

//cnt:计数器计数,当计数到CNT_MAX的值时清零
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
    if(sys_rst_n == 1'b0)
        cnt <= 25'b0;
    else    if(cnt < CNT_MAX)
         cnt <= cnt + 1'b1;
    else
       cnt <= 25'b0;
//cnt_flag:计数到最大值产生的标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
    if(sys_rst_n == 1'b0)
        cnt_flag <= 1'b0;
    else    if(cnt == CNT_MAX - 1'b1)
        cnt_flag <= 1'b1;
    else
        cnt_flag <= 1'b0;
//led_out:输出控制一个LED灯,每当计数满标志信号有效时取反
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
    if(sys_rst_n == 1'b0)
        led_out <= 1'b0;
    else    if(cnt_flag == 1'b1)
        led_out <= ~led_out;
endmodule

3、代码的分析和综合

4、 查看RTL视图

5、Testbench代码的编写

`timescale  1ns/1ns
module  tb_counter();


//wire  define
wire            led_out     ;

//reg   define
reg             sys_clk     ;
reg             sys_rst_n   ;

//初始化系统时钟、全局复位
initial begin
    sys_clk    = 1'b1;
    sys_rst_n <= 1'b0;
    #20
    sys_rst_n <= 1'b1;
end

//sys_clk:模拟系统时钟，每10ns电平翻转一次，周期为20ns，频率为50Mhz
always #10 sys_clk = ~sys_clk;

initial begin
    $timeformat(-9, 0, "ns", 6);
    $monitor("@time %t: led_out=%b", $time, led_out);
end

//------------- counter_inst --------------
counter
#(
    .CNT_MAX    (25'd24     ) 
)
counter_inst
(
    .sys_clk    (sys_clk    ),  //input     sys_clk
    .sys_rst_n  (sys_rst_n  ),  //input     sys_rst_n

    .led_out    (led_out    )   //output    led_out
);
endmodule

6、ModelSim仿真波形

7、上板验证

程序下载完毕后，会看到板卡LED0不断闪烁，时间间隔为1秒。

三、使用I.MX6ULL IO点亮LED

嵌入式linux学习者大体可以分为两类，一类是进阶用户，主要指已经有大量mcu工作经验的开发者， 他们希望进阶到更有难度，薪资更高的mpu开发中去。另一类则是学生用户，主要是刚开始接触嵌入式开发的大学生群体。

I.MX应用处理器包括I.MX8、I.MX7、I.MX6及I.MX28系列，被广泛应用于工业控制、汽车电子领域，久经市场考验。而且它的产品线非常丰富，用户熟悉其中一款产品后就能非常方便地迁移至不同的平台。

一般拿到一款全新的芯片，第一个要做的事情的就是驱动其GPIO，控制其GPIO输出高低电平，我们学习I.MX6U也一样的，先来学习一下I.MX6U的GPIO。在学习I.MX6U的GPIO之前，我们可以对比一下STM32的GPIO初始化(如果没有学过 STM32 就不用回顾了)，我们以最常见的STM32F103为例来看一下STM32的GPIO初始化，示例代码如下：

void LED_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//使能 PB 端口时钟
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //PB5 端口配置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 口速度
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化 GPIOB.5
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //PB.5 输出高
}

STM32初始化流程

1、使能指定GPIO的时钟。

2、初始化 GPIO，比如输出功能、上拉、速度等等。

3、STM32 有的 IO 可以作为其它外设引脚，也就是 IO 复用，如果要将 IO 作为其它外设引脚使用的话就需要设置 IO 的复用功能。

4、最后设置GPIO输出高电平或者低电平。

I.MX6U的GPIO一共有5组：GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4和GPIO5，其中GPIO1有32个IO，GPIO2有22个IO，GPIO3有29个IO、GPIO4有29个IO，GPIO5最少，只有12个IO，这样一共有124个GPIO。

I.MX6ULL IO初始化流程

1、使能时钟，CCGR0—CCGR6这7个寄存器控制着6ULL所有外设时钟的使能。为了简单，设置CCGR0~CCGR6这7个寄存器全部为0XFFFFFFFF，相当于使能所有外设时钟。

2、IO复用，将寄存器IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03的bit3~0设置为0101=5，这样GPIO1_IO03就复用为GPIO。

3、寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03是设置GPIO1_IO03的电气属性。包括压摆率、速度、驱动能力、开漏、上下拉等。

4、配置GPIO功能，设置输入输出。设置GPIO1_DR寄存器bit3为1，也就是设置为输出模式。设置GPIO1_DR寄存器的bit3，为1表示输出高电平，为0表示输出低电平。

汇编由一条一条指令构成，指令就涉及到汇编指令。

Int a，b;
a=b;

假设a地址为0X20，b地址为0x30

LDR R0, =0X30
LDR R1, [R0]
LDR R0, =0X20
STR R1, [R0]

我们在使用汇编编写驱动的时候最常用的就是LDR和STR这两个指令。

1、新建工程

新建工程文件夹

2、在VSCode中编写代码

ubuntu中我们使用的是VScode编辑器来写代码，跟在windows中新建项目一样，新建项目、保存工作区，然后编写代码。

3、编写代码

.global _start  /* 全局标号 */

_start:

	/* 1、使能所有时钟 ldf如果用大写就全部用大写,如果小写就全部用小写*/
	ldr r0, =0X020C4068 //将寄存器CCGR0地址0X020C4068 存放到 寄存器R0 中
	ldr r1, =0XFFFFFFFF //把寄存器x地址0Xffffffff存放到 寄存器r1 中
	str r1, [r0]//把寄存器r1中的值(0XFFFFFFFF) 写入到寄存器r0里面的值作为地址的内存里面
	
	ldr r0, =0X020C406C/*将寄存器CCGR1地址(0X020C4068) 存放到 寄存器R0 中*/
	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]

	/* 2、设置GPIO1_IO03复用为GPIO1_IO03 */
	ldr r0, =0X020E0068	/* 将寄存器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]

	/* 3、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]

	/* 4、设置GPIO1_IO03为输出 */
    ldr r0, =0X0209C004	/*寄存器GPIO1_GDIR */
    ldr r1, =0X0000008		
    str r1,[r0]

	/* 5、打开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 				
.global _start @全局标号
/**/

4、编译代码

使用如下三条命令来编译代码

arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c leds.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

最终生成了led.o led.elf led.bin三个文件

5、烧写代码

STM32中代码烧写到内部FLASH。IMX6ULL支持SD卡、EMMC、NAND、nor、SPI flash等启动。裸机例程选择烧写到SD卡里面。在ubuntu下向SD卡烧写裸机bin文件。烧写不是将bin文件拷贝到SD卡中，而是将bin文件烧写到SD卡绝对地址上。而且对于I.MX而言，不能直接烧写bin文件，比如先在bin文件前面添加头部。完成这个工作，需要使用正点原子提供的imxdownload软件。

烧写的三个命令

ls /dev/sd* -l
chmod 777 imxdownload 
./imxdownload led.bin /dev/sdb

Imxdownload使用方法，确定要烧写的SD卡文件，需要使用ls /dev/sd* -l命令来检测SD是哪一个文件，我的是/dev/sdb。

给予imxdownload可执行权限：Chmod 777 imxdownload

烧写：./imxdownload led.bin /dev/sdb

Imxdownlaod会向led.bin添加一个头部，生成新的load.imx文件，这个load.imx文件就是最终烧写到SD卡里面去的。

这里要注意的是如果烧写的速度在几十MB/S左右的话，那么可能意味着烧写失败了。而且是因为SD卡没找到而导致烧写失败，这个问题只能重启 ubuntu解决。

之后就可以从读卡器中把SD拔下来，然后插入到开发板中，将拨码开关拔止SD卡模式，供电之后，蓝色LED亮，红色LED灭，两秒钟之后红色LED亮。