第008课 第1个ARM裸板程序及引申(部分免费)
目录
第001节_辅线1_硬件知识_LED原理图
当我们学习C语言的时候，我们会写个Hello程序。那当我们写ARM程序，也该有一个简单的程序引领我们入门，这个程序就是点亮LED。
我们怎样去点亮一个LED呢？ 分为三步：
- 看原理图，确定控制LED的引脚;
- 看主芯片的芯片手册，确定如何设置控制这个引脚;
- 写程序;
先来讲讲怎么看原理图： LED样子有很多种，像插脚的，贴片的。  它们长得完全不一样，因此我们在原理图中将它抽象出来。
点亮LED需要通电源，同时为了保护LED，加个电阻减小电流。 控制LED灯的亮灭，可以手动开关LED，但在电子系统中，不可能让人来控制开关，通过编程，利用芯片的引脚去控制开关。 
LED的驱动方式，常见的有四种。 方式1：使用引脚输出3.3V点亮LED，输出0V熄灭LED。 方式2：使用引脚拉低到0V点亮LED，输出3.3V熄灭LED。 有的芯片为了省电等原因，其引脚驱动能力不足，这时可以使用三极管驱动。 方式3：使用引脚输出1.2V点亮LED，输出0V熄灭LED。 方式4：使用引脚输出0V点亮LED，输出1.2V熄灭LED。 
由此，主芯片引脚输出高电平/低电平，即可改变LED状态，而无需关注GPIO引脚输出的是3.3V还是1.2V。 所以简称输出1或0： 逻辑1-->高电平 逻辑0-->低电平
第002节_辅线1_硬件知识_S3C2440启动流程与GPIO操作
在原理图中，同名的Net表示是连在一起的。
怎么样GPF4怎么输出1或0? 1. 配置为输出引脚； 2. 设置状态；
因此，设置GPFCON[9:8]=0b01,即GPF4配置为输出； 设置GPFDAT[4]=1或者0，即输出高电平或低电平；
S3C2440框架： 
S3C2440启动流程： ① Nor启动： Nor Flash的基地址为0，片内RAM地址为0x4000 0000; CPU读出Nor上第1个指令（前4字节），执行； CPU继续读出其它指令执行。
②Nand启动： 片内4k RAM基地址为0，Nor Flash不可访问； 2440硬件把Nand前4K内容复制到片内的RAM，然后CPU从0地址取出第1条指令执行。
第003节_编写第1个程序点亮LED
在开始写第1个程序前，先了解一些概念。 2440是一个SOC，它里面的CPU有R1、R2、R3……等 寄存器； 它里面的GPIO控制器也有很多寄存器，如 GPFCON、GPFDAT。 这两个寄存器是有差异的，在写代码的时候，CPU里面的寄存器可以直接访问，其它的寄存器要以地址进行访问。
把GPF4配置为输出，需要把0x100写入GPFCON这个寄存器，即写到0x5600 0050上； 把GPF4输出1，需要把0x10写到地址0x5600 0054上； 把GPF4输出0，需要把0x00写到地址0x5600 0054上； 这里的写法会破坏寄存器的其它位，其它位是控制其它引脚的，为了让第一个裸板程序尽可能的简单，才简单粗暴的这样处理。
写程序需要用到几条汇编代码：
①LDR (load):读寄存器
举例：LDR R0,[R1] 假设R1的值是x，读取地址x上的数据（4字节），保存到R0中；
②STR (store):写寄存器
举例：STR R0,[R1] 假设R1的值是x，把R0的值写到地址x（4字节）；
③B 跳转
④MOV (move)移动，赋值
举例1：MOV R0,R1 把R1的值赋值给R0; 举例2：MOV R0,#0x100 把0x100赋值给R0,即R0=0x100;
⑤LDR
举例： LDR R0,=0x12345678 这是一条伪指令，即实际中并不存在这个指令，他会被拆分成几个真正的ARM指令，实现一样的效果。 最后结果是R0=0x12345678。
为什么会引入伪指令？
在ARM的32位指令中，有些字节表示指令，有些字节表示数据，因此表示数据的没有32位，不能表示一个32位的任意值，只能表示一个较小的简单值，这个简单值称为立即数。引入伪指令后，利用LDR可以为R0赋任意大小值，编译器会自动拆分成真正的的指令，实现目的。
有了前面5个汇编指令的基础，我们就可以写代码了。 第一个程序只能是汇编，以前你们可能写过单片机程序，一上来就写main()函数，那是编译器帮你封装好了。 第一个LED程序代码如下：
/*
* 点亮LED1: gpf4
*/
.text
.global _start
_start:
/* 配置GPF4为输出引脚
* 把0x100写到地址0x56000050
*/
ldr r1, =0x56000050
ldr r0, =0x100 /* mov r0, #0x100 */
str r0, [r1]
/* 设置GPF4输出高电平
* 把0写到地址0x56000054
*/
ldr r1, =0x56000054
ldr r0, =0 /* mov r0, #0 */
str r0, [r1]
/* 死循环 */
halt:
b halt
将代码上传到服务器, 先编译：
arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.s ；
再链接：
arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf ；
生成bin文件：
arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin ；
以上的命令，要是我们每次都输入会容易输错，因此我们把他们写到一个文件里，这个文件就叫Makefile. 关于Makefile以后会讲。本次所需的Makefile如下：
all:
arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.S
arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf
arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin
clean:
rm *.bin *.o *.elf
以后只需要 使用 make 命令进行编译， make clean 命令进行清理。
最后烧写到开发板上，即可看到只有一个LED亮，符合我们预期。
第004节_汇编与机器码
前面介绍过伪指令，伪指令是实际不存在的ARM命令，编译器在编译时转换成存在的ARM指令。我们代码中的`ldr r1, =0x56000050`这条伪指令的真实指令时什么呢? 我们可以通过反汇编来查看。 在前面的Makefile中加上：
arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis
上传服务器，编译。 生成的led_on.dis就是反汇编文件。led_on.dis如下：
led_on.elf: file format elf32-littlearm
Disassembly of section .text:
00000000 <_start>:
0: e59f1014 ldr r1, [pc, #20] ; 1c <.text+0x1c>
4: e3a00c01 mov r0, #256 ; 0x100
8: e5810000 str r0, [r1]
c: e59f100c ldr r1, [pc, #12] ; 20 <.text+0x20>
10: e3a00000 mov r0, #0 ; 0x0
14: e5810000 str r0, [r1]
00000018 <halt>:
18: eafffffe b 18 <halt>
1c: 56000050 undefined
20: 56000054 undefined
第一列是地址，第二列是机器码，第三列是汇编；
在反汇编文件里可以看到，`ldr r1, =0x56000050`被转换成`ldr r1, [pc, #20]`,`pc+20`地址的值为0x56000050,通过这种方式为r1赋值。 对于立即数0x100而言，`ldr r0,=0x100`即是转换成了`mov r0,#256`;
在2440这个SOC里面，R0-R15都在CPU里面，其中：
R13 别名：sp （Stack Pointer）栈指针 R14 别名：lr （Link Register）返回地址 R15 别名：pc （program Counter）程序计数器=当前指令+8
为什么 PC=当前指令+8？
ARM指令采用流水线机制，当前执行地址A的指令，已经在对地址A+4的指令进行译码，已经在读取地址A+8的指令，其中A+8就是PC的值。
C/汇编（给人类方便使用的语言）———编译器———>bin，含有机器码（给CPU使用）
010节_完善LED程序_编写按键程序
在上一节视频里，我们编写的程序代码是先点亮led1，然后延时一会，再点亮led2，进入死循环。 但在开发板上的实际效果是led1先亮，延时一会，led2再亮，然后一会之后，led1再次亮了。 这和我们的设计的代码流程不吻合，这是因为2440里面有个看门狗定时器，开发板上电后，需要在一定时间内“喂狗”（设置相应的寄存器），负责就会重启开发板。之所以这样设计，是为了让芯片出现死机时，能够自己复位，重新运行。
这里我们写个led灯循环的程序，步骤如下：
- 这里暂时用不到看门狗，先关闭看门狗，从参考手册可知，向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗；
- 设置内存的栈，通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
- 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
- 循环点灯，依次设置GPFDAT寄存器；
完整代码如下：
.text
.global _start
_start:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 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, 它对应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? 如果相等表示是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 */
bl main
halt:
b halt
led.c
void delay(volatile int d)
{
while (d--);
}
int main(void)
{
volatile unsigned int *pGPFCON = (volatile unsigned int *)0x56000050;
volatile unsigned int *pGPFDAT = (volatile unsigned int *)0x56000054;
int val = 0; /* val: 0b000, 0b111 */
int tmp;
/* 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚 */
*pGPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12));
*pGPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12));
/* 循环点亮 */
while (1)
{
tmp = ~val;
tmp &= 7;
*pGPFDAT &= ~(7<<4);
*pGPFDAT |= (tmp<<4);
delay(100000);
val++;
if (val == 8)
val =0;
}
return 0;
}
2440里面有很多寄存器，如果每次对不同的寄存器进行查询和操作会很麻烦，因此可以先提前定义成宏，做成一个头文件，每次调用就行。
再举一个按键控制LED的程序，，步骤如下：
- 这里暂时用不到看门狗，先关闭看门狗，从参考手册可知，向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗；
- 设置内存的栈，通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
- 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
- 设置3个按键引脚为输入引脚;
- 循环执行，读取按键引脚值，点亮对应的led灯；
完整代码如下：
#include "s3c2440_soc.h"
void delay(volatile int d)
{
while (d--);
}
int main(void)
{
int val1, val2;
/* 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚 */
GPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12));
GPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12));
/* 配置3个按键引脚为输入引脚:
* GPF0(S2),GPF2(S3),GPG3(S4)
*/
GPFCON &= ~((3<<0) | (3<<4)); /* gpf0,2 */
GPGCON &= ~((3<<6)); /* gpg3 */
/* 循环点亮 */
while (1)
{
val1 = GPFDAT;
val2 = GPGDAT;
if (val1 & (1<<0)) /* s2 --> gpf6 */
{
/* 松开 */
GPFDAT |= (1<<6);
}
else
{
/* 按下 */
GPFDAT &= ~(1<<6);
}
if (val1 & (1<<2)) /* s3 --> gpf5 */
{
/* 松开 */
GPFDAT |= (1<<5);
}
else
{
/* 按下 */
GPFDAT &= ~(1<<5);
}
if (val2 & (1<<3)) /* s4 --> gpf4 */
{
/* 松开 */
GPFDAT |= (1<<4);
}
else
{
/* 按下 */
GPFDAT &= ~(1<<4);
}
}
return 0;
}
