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基于Cortex-A9 LED匯編、C語言驅(qū)動編寫

作者： 土豆居士
系統(tǒng)
一般我們購買一個開發(fā)板，廠家都會給出對應(yīng)的電路圖文件，我們可以通過搜索對應(yīng)名稱來查找到對應(yīng)的外設(shè)。對于驅(qū)動工程師來說，我們只需要知道外設(shè)與SOC交互的一些數(shù)據(jù)線和信號線即可。

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 0. 前言

一般我們購買一個開發(fā)板，廠家都會給出對應(yīng)的電路圖文件，我們可以通過搜索對應(yīng)名稱來查找到對應(yīng)的外設(shè)。對于驅(qū)動工程師來說，我們只需要知道外設(shè)與SOC交互的一些數(shù)據(jù)線和信號線即可。

用主控芯片控制這些外設(shè)的一般步驟：

  1. 看電路原理圖，弄明白主控芯片和外設(shè)是怎么連接的，對于驅(qū)動工程師來說，主要是看外設(shè)的一些clk、數(shù)據(jù)引腳、控制引腳是如何連接的;
  2. 外設(shè)一般都會連接到SOC的1個或者多個控制器上，比如i2c、spi、gpio等，有的是數(shù)據(jù)線有的是信號線，中斷線等;
  3. 根據(jù)電路連接和需求對主控芯片進行設(shè)置，往往對外設(shè)的設(shè)置都是通過寄存器操作實現(xiàn);
  4. 書寫相應(yīng)代碼，實現(xiàn)功能，不同類型的外設(shè)，代碼結(jié)構(gòu)也不盡相同，比如按鍵，我們既可以通過輪詢方式讀取按鍵信息，也可以通過中斷方式來讀取。

下面我們就以華清遠見的fs4412開發(fā)板為例來看如何編寫led的裸機程序。SOC exynos 4412 datahseet 下載地址：

https://download.csdn.net/download/daocaokafei/12533438

一、LED燈電路圖

首先看下led電路圖：

 

LED電路圖

  1. 該板子有4個LED，是發(fā)光二極管，有電流是為藍色;
  2. led都接了上拉電阻;
  3. 三極管的基極接了SOC的某個GPIO引腳;
  4. 比如GPX1_0,當該引腳為高電平是，三極管pn結(jié)導(dǎo)通，于是LED3兩側(cè)就有了電勢差，LED3被點亮，如果該引腳為低電平，pn結(jié)截止，LED3兩側(cè)就沒有了電勢差，LED3熄滅。

下面是CPU核訪問GPIO控制器的數(shù)據(jù)通路：

AHB：高速總線

APB Bridge:APB總線橋

APB：外設(shè)總線，低速總線

GPIO掛載在APB總線上

GPIO 與 SOC

由上圖可知，cpu要訪問GPIO的寄存器需要經(jīng)過的路徑。

二、GPIO

GPIO(General Purpose I/O Ports)意思為通用輸入/輸出端口，通俗地說，就是一些引腳，可以通過它們輸出高低電平或者通過它們讀入引腳的狀態(tài)-是高電平或是低電平。

用戶可以通過GPIO口和硬件進行數(shù)據(jù)交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鳴器等),讀取硬件的工作狀態(tài)信號(如中斷信號)等。GPIO口的使用非常廣泛。

1. GPIO的優(yōu)點

  • 低功耗：GPIO具有更低的功率損耗(大約1µA，µC的工作電流則為100µA)。
  • 集成I²C從機接口：GPIO內(nèi)置I²C從機接口，即使在待機模式下也能夠全速工作。
  • 小封裝：GPIO器件提供最小的封裝尺寸—3mm x 3mm QFN!
  • 低成本：您不用為沒有使用的功能買單!
  • 快速上市：不需要編寫額外的代碼、文檔，不需要任何維護工作!
  • 靈活的燈光控制：內(nèi)置多路高分辨率的PWM輸出。
  • 可預(yù)先確定響應(yīng)時間：縮短或確定外部事件與中斷之間的響應(yīng)時間。
  • 更好的燈光效果：匹配的電流輸出確保均勻的顯示亮度。
  • 布線簡單：僅需使用2條I²C總線或3條SPI總線。

2. exynos4412 GPIO特性

  1. 172 個外部中斷
  2. 32個外部可喚醒中斷
  3. 252個多功能 input/output ports
  4. 在休眠模式下也可以控制GPIO引腳，但不包括 GPX0, GPX1, GPX2, and GPX3

3. 6 General Purpose Input/Output (GPIO) Control

Exynos 4412 SCP 包括304個多功能 input/output端口引腳和164 存儲端口引腳. 總共 37 個端口分組和兩個存儲端口分組.。

下圖為GPIO模塊圖：

GPIO Block Diagram

三、如何操作GPIO?

主要通過寄存器來操作GPIO引腳。

GPxCON用于選擇引腳功能，GPxDAT用于讀/寫引腳數(shù)據(jù);另外，GPxUP用于確定是否使用內(nèi)部上拉電阻。其中x為A、B…..H、J等。

1. GPxCON寄存器

從寄存器的名字可以看出，它用于配置(Configure)-選擇引腳功能。

LED3是連接到GPX1_0,該引腳說明如下：

GPX1CON

由上圖所示，

GPX1CON地址為0x1100C20;

LED3是輸出設(shè)備，所以需要將GPX1CON[3:0]設(shè)置為0x1，但是能修改其他的bite。

2. GPxDAT寄存器

GPxDAT用于讀/寫引腳;當引腳被設(shè)為輸入時，讀此寄存器可知相應(yīng)引腳的電平狀態(tài)是高還是低;當引腳被設(shè)為輸出時，寫此寄存器相應(yīng)位可以令此引腳輸出高電平或是低電平。

GPX1DAT

  1. GPX1DAT的地址是0x1100C24
  2. LED3對應(yīng)的輸出引腳是GPX1DAT[0]，點燈只需要將該引腳設(shè)置為1即可，滅燈將bite0置0。

3. GPxUP寄存器

GPxUP：某位為1時，相應(yīng)引腳無內(nèi)部上拉電阻;為0時，相應(yīng)引腳使用內(nèi)部上拉電阻。

上拉電阻的作用在于：當GPIO引腳處于第三態(tài)(即不是輸出高電平，也不是輸出低電平，而是呈高阻態(tài)，即相當于沒接芯片)時，它的電平狀態(tài)由上拉電阻、下拉電阻確定。

本例不用設(shè)置。

四、驅(qū)動編寫

下面我們分別用匯編和C語言來給LED編寫驅(qū)動程序。

1. 匯編代碼

大家如果掌握了我之前講解的匯編指令的知識點，那么這個代碼很容易就能看明白：

  1. .globl _start 
  2. .arm 
  3. _start: 
  4.  LDR R0,=0x11000C20 @將配置寄存器GPX1CON的地址寫入到R0 
  5.  LDR R1,[R0]  @讀取寄存器GPX1CON的值保存到R1 
  6.  BIC R1,R1,#0x0000000f @將R1的3:0位清0，目的是不覆蓋到其他bit的值 
  7.  ORR R1,R1,#0x00000001 @將R1的3:0位置1 
  8.  STR R1,[R0]  @將R1的值寫回寄存器GPX1CON 
  9. loop: 
  10.  LDR R0,=0x11000C24 @將data寄存器GPX1DAT的地址寫入到R0 
  11.  LDR R1,[R0] @讀取寄存器GPX1DAT的值保存到R1 
  12.  ORR R1,R1,#0x01 @將R1的值bite0 設(shè)置為1，即拉高，點燈 
  13.  STR R1,[R0]  @將R1的值寫回寄存器GPX1DAT 
  14.  BL delay  @調(diào)用延時函數(shù) 
  15.  LDR R1,[R0]  
  16.  BIC R1,R1,#0x01 @將R1的值bite0 設(shè)置為0，即拉低，滅燈 
  17.  STR R1,[R0] 
  18.  BL delay 
  19.  B loop 
  20. delay:     @delay延時函數(shù) 
  21.  LDR R2,=0xfffffff 
  22. loop1: 
  23.  SUB R2,R2,#0x1 
  24.  CMP R2,#0x0 
  25.  BNE loop1 
  26.  MOV PC,LR @返回 
  27. .end  

Makefile

  1. TARGET=gcd 
  2. all: 
  3.  arm-none-linux-gnueabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s 
  4.  arm-none-linux-gnueabi-ld   $(TARGET).o -Ttext 0x40008000 -N -o $(TARGET).elf 
  5.  arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin 
  6. clean: 
  7.  rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin 

程序功能很簡單，就是讓LED3呈現(xiàn)一閃一閃的效果。

執(zhí)行make，最終生成的gcd.bin文件。

2. c語言實現(xiàn)

如果要進入C語言執(zhí)行環(huán)境，那么就必須為設(shè)置?？臻g，函數(shù)調(diào)用參數(shù)和返回值會壓棧。

start.s

  1. .text 
  2. .global _start 
  3. _start: 
  4.   ldr  sp,=0x70000000         /*get stack top pointer*/ 
  5.   b  main 

main.c

  1. /* GPX1 */ 
  2. typedef struct { 
  3.     unsigned int CON; 
  4.     unsigned int DAT; 
  5.     unsigned int PUD; 
  6.     unsigned int DRV; 
  7. }gpx1; 
  8. #define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) 
  9.  
  10. void led_init(void) 
  11. { 
  12.  GPX1.CON = GPX1.CON & (~(0x0000000f)) | 0x00000001; 
  13. } 
  14. void led_on(int n) 
  15. {  
  16.  GPX1.DAT = GPX1.DAT|0x01; 
  17. } 
  18. void led_off() 
  19. {  
  20.  GPX1.DAT = GPX1.DAT&(~(0x01));   
  21. } 
  22. void  delay_ms(unsigned int num) 
  23. {   int i,j; 
  24.      for(i=num; i>0;i--) 
  25.       for(j=1000;j>0;j--) 
  26.          ; 
  27.  } 
  28. int main(void) 
  29. { 
  30.  led_init (); 
  31.  while (1) { 
  32.   led_on(); 
  33.   delay_ms(500); 
  34.   led_off(); 
  35.   delay_ms(500); 
  36.  } 
  37.  while(1); 
  38.     return 0; 
  39. }    

map.lds

  1. OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") 
  2. OUTPUT_ARCH(arm) 
  3. ENTRY(_start) 
  4. SECTIONS 
  5. { 
  6.  . = 0x40008000;     ;從該地址開始 
  7.  . = ALIGN(4); 
  8.  .text      :       ;指定代碼段 
  9.  { 
  10.   gcd.o(.text)  ;代碼的第一個部分，絕對不能錯 
  11.   *(.text) 
  12.  } 
  13.  . = ALIGN(4); 
  14.     .rodata :             ;只讀數(shù)據(jù)段 
  15.  { *(.rodata) } 
  16.     . = ALIGN(4); 
  17.     .data :              ;讀寫數(shù)據(jù)段 
  18.  { *(.data) } 
  19.     . = ALIGN(4); 
  20.     .bss :               
  21.      { *(.bss) } 
  22. } 

Makefile

  1. TARGET=gcd 
  2. TARGETC=main 
  3. all: 
  4.  arm-none-eabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGETC).o  $(TARGETC).c 
  5.  arm-none-eabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s 
  6.  arm-none-eabi-gcc -O0 -g -S -o $(TARGETC).s  $(TARGETC).c 
  7.  arm-none-eabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Tmap.lds -o  $(TARGET).elf 
  8.  arm-none-eabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin  
  9. clean: 
  10.  rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin 

執(zhí)行make命令，最終生成的gcd.bin文件。

這段代碼中，讀者可能不能理解的是下面的定義：

  1. typedef struct { 
  2.     unsigned int CON; 
  3.     unsigned int DAT; 
  4.     unsigned int PUD; 
  5.     unsigned int DRV; 
  6. }gpx1; 
  7. #define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) 

 

GPX1宏定義

 由上圖所示：

  1. (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) ：將常量0x11000C20 強轉(zhuǎn)成struct gpx1類型指針
  2. (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 )：查找指針對應(yīng)的內(nèi)存驅(qū)動，即對應(yīng)整個結(jié)構(gòu)體變量，結(jié)構(gòu)體變量地址為0x11000C20
  3. #define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) ：GPX1等價于地址為0x11000C20的結(jié)構(gòu)體變量

這樣我們要想操作GPX1的寄存器，就可以像結(jié)構(gòu)體變量一樣操作即可。

3. 測試

采用UBOOT自帶的命令loadb,通過串口以baud速率下載binary(.bin)至SDRAM中某一地址中，然后用go 命令從某地址處開始執(zhí)行程序。

該命令使用了kermit protocol，嵌入式系統(tǒng)通常使用該協(xié)議與pc傳送文件。

操作步驟如下：

  1. 串口連接開發(fā)板，開發(fā)板啟動后在讀秒階段，立即按下回車，進入uboot命令界面
  2. 執(zhí)行l(wèi)oadb 40008000 【該地址與Makefile 和map.lds文件中的地址保持一致】
  3. 選擇菜單transfer->send Kermit,
  4. 然后選擇我們編譯好的gcd.bin文件,
  5. 點擊OK，出現(xiàn)"Staring kermit transfer."字樣，
  6. 執(zhí)行 go 40008000，運行程序

 

運行裸機程序

執(zhí)行結(jié)果：

led

可以看到LED閃爍的現(xiàn)象。

5. 注意

該種測試方法需要bootloader選用uboot，并且需要串口工具支持Kermit協(xié)議，一口君使用的是SecureCRT7.3.3版本【其他低一些的版本可能不支持該協(xié)議】，該軟件的下載和安裝方法【安裝方法有點繁瑣】可以公眾號后臺回復(fù)【SecureCRT】。

SecureCRT版本

 

 

責(zé)任編輯：姜華 來源： 一口Linux
C語言Cortex-A9LED匯編
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