Linux之ARM（IMX6U）裸机C语言LED驱动实验--驱动编写,编译

阳光穿透心脏的1/2处 2022-11-26 07:55 384阅读 0赞

### Linux之ARM（IMX6U）裸机C语言LED驱动实验--驱动编写 ###

*  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
 *   *  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
 *   *  1.编写 Makefile
     *  4.烧写到SD卡并验证

# 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 #

## 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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>模式</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>User(USR)</td> 
   <td>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。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>FIQ</td> 
   <td>快速中断模式，进入 FIQ 中断异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IRQ</td> 
   <td>一般中断模式。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Supervisor(SVC)</td> 
   <td>超级管理员模式，特权模式，供操作系统使用。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Monitor(MON)</td> 
   <td>监视模式？这个模式用于安全扩展模式。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Abort(ABT)</td> 
   <td>数据访问终止模式，用于虚拟存储以及存储保护。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Hyp(HYP)</td> 
   <td>超级监视模式？用于虚拟化扩展。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Undef(UND)</td> 
   <td>未定义指令终止模式。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>System(SYS)</td> 
   <td>系统模式，用于运行特权级的操作系统任务</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

![在这里插入图片描述][20200811110410933.png]  
**M\[4:0\]** ：处理器模式控制位，含义如表

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

## 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，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。

## 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 ##

.global _start
    
    _start:
    
        /*设置处理器进入SVC模式 */
        mrs r0,cpsr      /*读取cpsr到r0 */
        bic r0,r0,#0x1f  /*清除cpsr的bit4--0 */
        orr r0,r0,#0x13  /*使用SVC模式 */
        msr cpsr,r0      /*将r0写入到cpsr中去 */
    
        /*设置SP指针 */
    
        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：

#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 */
    
    #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：

#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GPIO--IO03 */
    
        SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;  /*设置GPIO__IO03电器属性*/
    
        GPIO1_GDIR = 0x8; //设置为输出
    
        GPIO1_DR = 0x0;
    
    }
    /*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 * 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 #

## 1.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][SD]

这里烧写到 sdb中

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221124/b30db8d53231453dac1ae670e9741310.png
[20200811110410933.png]: /images/20221124/b14434ae8b484b5a970dbac569c74748.png
[SD]: https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/107883289