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S3C2440—3.用点亮LED来熟悉裸机开发的详细流程

发布时间:2021-12-15 发布时间:
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裸机点亮LED可以分为三步:


看原理图,确定控制LED的引脚


看芯片手册,确定如何设置/控制引脚


编写驱动程序


一.硬件知识

1.LED原理图

原理图将LED抽象化,就像下面这样:

LDE的电阻一般很小,而电压一般为3.3V,这样以来电流就很大了,为了避免LED被大电流烧坏,需要给LED串联一个保护电阻。


然而电路中不是依靠我们手动打开电路开关的,可以通过芯片的引脚电平输出3.3V来点亮LED :

或者如下,控制芯片引脚输出0V来点亮LED:

当引脚的驱动能力不足时(电压不够3.3V),可以使用三极管。


如示,只要引脚输出电压满足三极管导通,就可以使3.3V电压加在LED上,这里引脚的输出控制三极管的导通,从而控制3.3V电压在LED上的导通,间接实现了引脚高电平点亮LED:

如示,这种情况,引脚输出1.2V低电压,使第一个三极管导通,这样俩个三极管的连接点电压就接近于0(导通了第一个三极管的GND),这样第二个三极管就不能导通,LED处于熄灭状态;反之,当引脚输出低电平时,俩个三极管之间有电压,第二个三极管导通,点亮LDE,间接实现了引脚低电平点亮LED:

简单来说,主芯片引脚输出高电平或者低电平,即可改变LED的状态。


但是我们不关心GPIO引脚输出的电压是3.3V还是1.2V,我们只关注输出的是高电平还是低电平,即输出的逻辑电平是1还是0!


2.芯片手册

Ⅰ.找LED原理图

先找出JZ2440的LED原理图,可以看出,LED是低电平点亮的:

Ⅱ.找对应引脚

根据同名的nLED 1(n表示低电平有效)的信息找出,与之相连的GPIO引脚,可以看出与GPF4引脚相连:

Ⅲ.在芯片手册中查找引脚信息

这时候打开JZ2440的芯片手册来查看引脚说明,看出总共有8组引脚,GPF4:

然后查看GPF4引脚所支持功能:

可以看出GPF4引脚可以作为通用IO引脚,也可以作为外部中断触发引脚。


Ⅳ.查看寄存器说明

可以通过配置寄存器使GPF4输出相应电平:


1.先配置为输出引脚模式


2.再设置引脚状态


这个与STM32的引脚配置类似


在芯片手册中转到GPFx引脚的配置寄存器说明:

可以看出主要是由俩个寄存器来控制:GPFCON(配置寄存器)、GPFDAT(数据寄存器)


可以得知GPFCON的信息:


起始地址:0X56000050


可读可写


复位值为0


可以配置引脚的模式:

GPFDAT的信息:


起始地址:0X56000054

可读可写

可以配置引脚的输出电平:

Ⅴ.配置寄存器

所以要想点亮LED1,只需要使GPF4输出低电平,可以在GPF4的GPFCON寄存器中的对应位写入01(代表输出)、在GPFDAT寄存器的对应位中写入0(代表低电平)!


也就是在:

0X56000050地址中写入0X100


0X5600054地址中写入0


二.S3C2440框架与启动过程

S3C2440的核心是SOC, SOC(System on Chip),指的是片上系统,MCU只是芯片级的芯片,而SOC是系统级的芯片,它既MCU(51,avr)那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大,不单单是放简单的代码,可以放系统级的代码,也就是说可以运行操作系统(将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一) 。


S3C2440中的SOC框架大体如下:

可以看出,有:CPU、GPIO控制器、SRAM、Nand FLASH控制器,外面还有Nor FLASH、Nand FLASH。


前面了解了,一般裸机的程序都是烧录在Nor FLASH中,也就是程序的bin文件存储在Nor FLASH中,而且起始地址为Nor FLASH的0位。


大多数的ARM芯片都是从0地址启动的:


以Nor FLASH方式启动时,Nor FLASH基地址就为0,SRAM地址为0X4000,000,这是因为SRAM大小为4K,CPU会之间从Nor FLASH中读取执行指令。

以Nand FLASH方式启动时,硬件会把Nand FLASH的前4K内容复制到SRAM中,然后CPU从SRAM读取执行指令,此时SRAM的基地址就是0。

另外,CPU内部还有一些寄存器,当CPU访问内部寄存器时,之间按照寄存器名字就可以,当CPU访问CPU外部寄存器,比如GPIO控制器中的GPFDAT寄存器时,就要从地址来访问了。


三.要用到的软件

1.远程登陆工具 MobaXterm

MobaXterm是一个全功能的终端软件。支持SSH连接,支持FTP、串口等协议。


这个软件可以通过建立SSH连接远程登陆Ubuntu(前提是Ubuntu是开着的),前提是Ubuntu中安装了ssh。Ubuntu中安装SSH,并开启SSH的命令行如下:


sudo apt install ssh

sudo /etc/init.d/ssh start


完成之后,打开 MobaXterm的SSH登录界面:


输入远程登陆的Ubuntu的IP地址和用户名,端口默认为22

打开后输入登陆密码就可以远程登陆Ubuntu了:

2.FTP传输工具FileZilla

使用FileZilla可以将Windows下编写好的程序文件传输到Ubuntu中,由arm-linux-gcc交叉编译工具将程序编译为可执行文件,bin文件,然后传回Windows,在Windows下烧录进裸机。


FileZilla登录界面如下,可以之间将文件传到Ubuntu中:

3.交叉编译工具arm-linux-gcc

之前在Linux中,只要使用gcc就可以生成可执行文件,但gcc仅仅适用于PC机,要想在ARM板子上运行程序,就要生成ARM可执行的文件,这个时候就用到Linux中的交叉编译工具arm-linux-gcc了


四.编写点亮LED的程序

1.汇编语言版

要知道,能够使机器识别的语言只有0、1,也就是二进制语言,也就是机器码(一般以十六进制显示),所以程序最终都是转化为机器码执行的。


然鹅,程序员所编写的一般是C语言,或者是汇编语言,这些代码都是要经过编译器的编译后的得到机器码,然后存储在内存中,CPU会通过读写这些机器码来执行相关的程序。


所以,编写程序可以使用汇编语言,一般是C语言写的,这里体会一下汇编语言的魅力。


涉及到的汇编代码:


LDR(load):读内存命令


STR(store):写内存命令


B:跳转


MOV(move):赋值


用法如下:


LDR R0,[x] ;读取地址x开始的四个字节的数据,赋值给R0

LDR R0,=0X12345678 ;伪指令,会被拆分成几条真正的ARM指令

STR R0,[x] ;把R0的值写到地址x

MOV R0,R1 ;把R1的值赋值给R0

MOV R0,#0X4a ;把0X4a 赋值给R0


出现伪指令的原因是:ARM是32位的,一次只能操作32位的指令,指令中不仅包含了值,还包含了操作对象的信息,所以当赋值过大时,就会拆分为几次指令,来实现。


0X56000050地址中写入0X100


0X5600054地址中写入0


汇编.S代码为:


.text

.global _start


_start:

ldr r1, =0X56000050

ldr r0, =0X100

str r0, [r1] ;将0X100写入寄存器地址0X56000050

ldr r1, =0X56000054

ldr r0, =0

str r0, [r1] ;将0写入寄存器地址0X56000054

halt:

b halt ;死循环在这里


接下来就是把.S代码通过FileZilla上传到Ubuntu中,经过交叉编译后,返回Windows,再由oflash烧写进S3C2440


我们可以通过交叉编译工具的反汇编,来查看我们编写的汇编代码的机器码形式:

可以看出,我们反汇编所得到的汇编码与我们的不同,这是因为我们编写汇编语言的时候用到了伪指令,而反汇编的时候已经转换为汇编语言的正规军了。此外也可以查看机器码与汇编码的关系,可以通过手册来查看汇编代码与机器码之间的关系,更进一步加深我们对程序的理解。


2.C语言版

C语言实现点亮LED,通过对GPF4的对应寄存器地址实现操作来。


C的main函数如下:


int main(void)

{

/* 寄存器的地址是32位,所以采用无符号整型数据类型(32位) */

unsigned int *GPFCON = (unsigned int*)0X56000050;

unsigned int *GPFDAT = (unsigned int*)0X56000054;

*GPFCON = 0X100; //[9:8]=01

*GPFDAT = 0; //都为0

}


看起来和我们平常写的代码没有什么区别,仔细看一下,发现少了头文件:#include


这是因为我们不需要C的stdio库,我们只是利用了C语言中的指针,对内存地址进行赋值而已。


但问题来了,main函数中的指针指向的地址以何为标准???main函数中也没有指明,而且烧录之后,ARM又是怎么调用main函数呢???


所以还有写一个引导程序,用汇编写一个引导程序的作用有俩点:


确定地址在ARM内存中的起始位置,也就是分配内存空间

引导ARM加载main函数

写的汇编代码如下:


.text

.global _start


_start: ;程序从这里开始执行

ldr sp, =4096 ;利用sp栈指针确定程序运行的内存空间,Nand启动时前4K是片内内存

bl main ;跳转执行main函数

halt:

b halt


然后通过FTP软件将.c文件和.S文件传到Ubuntu中,利用交叉编译工具将C文件和S文件分别编译,然后链接起来,最后生成.bin文件,再传回主机,通过oflash将持续烧写到Nand FLASH。


一切就绪后,LED可以正常点亮。


这就是裸机开发的流程。


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