韋東山嵌入式新一期筆記第一個ARM裸板程序及引申

第一個ARM裸板程序及引申1、點亮LED（怎么做）1）看原理圖確定控制LED的引腳。2）看主芯片手冊，確定如何設置/控制引腳3）寫程序。注意：a）LED導通電阻很小，為防止回路電流過大，需串聯(lián)一電阻。b）引腳驅動能力不足一般指輸出電流或電壓過小，無法驅動負載正常工作。（采用三極管一＞開關作用，基極電壓控制e、c間通斷）c）電子系統(tǒng)中，我們不關心引腳輸出電壓具體多少，只關心輸出為高電平還是低電平（如我們不關心輸出3.3v還是1.2v，只關心輸出了高電平），即輸出1/0（邏輯1/邏輯0）d）同名net表示引腳連接在一起。VDDiJV 'nLED2ln.lR^KW力一口1nLm2nLED2ln.lR^KW力一口1nLm2iiLLL："?LED*uLED1MI7nL±D2LI4□LED4LI5nLED*ILKEIN/跖哂riNT4OT4EINTSOTiEINTWUPFGEINTJOTTr>ni-tv!I力網(wǎng)EIN/跖哂riNT4OT4EINTSOTiEINTWUPFGEINTJOTTr>ni-tv!I力網(wǎng)pein1KUBVML1ALEIXRED）_ED（RE曲—產(chǎn)一衿JIDtRLDie）nLED_1：n表示低電平有效。（如低電平燈亮，在這里有效即指燈亮）2、GPF4輸出1/0（怎么做）1）配置為輸出引腳。（GPFCON）2）設置它的狀態(tài)（pinstates，配置GPFDAT寄存器）。3、S3C2440框架與啟動過程SOC（SystemOnChip）：CPU+GPIO控制器+4KSRAM（4K內(nèi)存）+NandFlash控制器注：GPIO：GeneralPurposeInput/Output啟動過程：1）NOR啟動：NORFlash基地址為0，片內(nèi)SRAM地址為0x4000,0000，CPU讀出NOR上第一個指令（前4字節(jié)），執(zhí)行。CPU繼續(xù)讀出其他指令執(zhí)行。2）Nand啟動：片內(nèi)4KSRAM基地址為0，NORFlash不可訪問（即設為Nand啟動時，就無法使用NORFlash）。S3C2440的硬件把Nand前4K內(nèi)容復制到片內(nèi)內(nèi)存（SRAM），然后CPU從0地址（SRAM內(nèi)）取出第一條指令執(zhí)行。注：NOR與Nand區(qū)別：CPU可直接讀取NORFlash內(nèi)的數(shù)據(jù)；CPU讀取NandFlash中數(shù)據(jù)時，需先將代碼復制到SRAM（內(nèi)存）中，再從SRAM中讀取NandFlash的數(shù)據(jù)（即CPU不能直接讀取NandFlash中的數(shù)據(jù)）。參考資料：鏈接庫\001_LED原理圖及S3C2440啟動流程.jpg4、點亮LED程序寄存器：1）CPU寄存器：R1、R2、R3、...（可使用R1、R2等直接訪問）2）GPIO寄存器：GPFCON、GPFDAT、GPFUP、...（僅能通過寄存器地址進行訪問）注：1）訪問即指對寄存器的操作，修改、設置寄存器中各個位的值。2）ARM9為32位處理器，所有寄存器都為32位（4字節(jié)一＞一個指令長度3）處理器中所有的內(nèi)存或者寄存器都是編址的，即每個地址都對應一塊特定的空間（1個字節(jié)），可能是內(nèi)存，也可能是寄存器。幾條匯編：1）LDR（load）：讀內(nèi)存命令如：LDRR0,[R1],假設R1值為x，讀取地址x（實際上是地址x所對應的那塊區(qū)域，可能是內(nèi)存，也可能是寄存器）上的數(shù)據(jù)（4字節(jié)，因為是32位處理器），保存到R0中。注： a）計算機是按字節(jié)存儲數(shù)據(jù)，一個字節(jié)對應一個地址。32位處理器一次處理4字節(jié)數(shù)據(jù)（32位），所以地址按4依次增加32位處理器的寄存器大小也為32位，所以寄存器地址也按4依次增加。b）設x、y為十進制數(shù)x-y=a，證明兩數(shù)據(jù)差值為a設x、y位十六進制數(shù)x-y=a，證明兩數(shù)據(jù)差值為a即，兩個數(shù)據(jù)間差值即為兩數(shù)據(jù)之差，與進制無關系。如：寄存器GPFCON地址為0x56000050，GPFDAT地址為0x56000054，兩寄存器地址相差4,因為其差值為4,與其是幾進制數(shù)據(jù)無關。又如0b1011與0b1010差值為1，因為0b1011-0b1010=1，或者0b1011=0d11,0b1010=0d10,0d11-0d10=1。由上分析可知，數(shù)據(jù)運算結果與其進制形式無關，進制形式僅是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式（書寫形式）不同而已，數(shù)據(jù)的本質一大小是保持不變的，采用不同的進制形式是為了方便數(shù)據(jù)的書寫、表達和分析、處理，或者在某些專業(yè)領域某些進制形式更符合物理實際，更利于觀察規(guī)律、解決問題?？傊捎貌煌倪M制形式是為了在數(shù)據(jù)使用操作過程中更加方便，而數(shù)據(jù)的本質屬性一大小是不發(fā)生改變的。2）STR（store）：寫內(nèi)存命令如：STRR0,[R1],假設R1值為x，把R0的值寫到地址x（實際上是地址x所對應的那塊區(qū)域，可能是內(nèi)存，也可能是寄存器）上去（4字節(jié)因為是32位處理器）。B：跳轉MOV（move）如：MOVR0,R1把R1的值賦給R0,即R0=R1MOVR0,#0x100即，R0=0x100LDRR0,=0x12345678（偽指令：并不存在這樣一條指令，它最終會被拆分成幾條真正的ARM指令）最終所得結果為：R0=0x12345678注：R0=0x12345678如果使用MOV指令完成，即，MOVR0,#0x12345678，則會被報告為錯誤指令，原因如下：一條ARM指令有32位，其中某些為表示MOV指令本身和R0，剩下不足32位來存放數(shù)據(jù)，如果該數(shù)據(jù)過大（超過32位或者等于32位），則該指令會報錯。即，MOV指令不能處理任意值，只能處理簡單值（又被稱為立即數(shù)）。所以引入偽指令:LDRR0,=任意值（與之前讀內(nèi)存指令區(qū)別在于多了一個“二”）注：關于配置Linux服務器，進行l(wèi)inux與Windows直接文件傳輸與共享的教程（鏈接庫\Ubuntu16.04如何使用samba服務器.pdf）注：關于arm-linux-gcc安裝配置的一系列問題參考。（鏈接庫\Ubuntu16.04[64bit]嵌入式交叉編譯環(huán)境arm-linux-gcc搭建過程圖解.pdf）5、.S（匯編文件）文件編譯成.bin（二進制流一機器碼）文件1）arm-linux-gcc-c-oled_on.oled_on.S（編譯:匯編-->機器碼--0/1代碼）2）arm-linux-ld-Ttext0led_on.o-oled_on.elf（鏈接:機器碼-->機器碼--增加了鏈接庫代碼）3）arm-linux-objcopy-Obinary-Sled_on.elfled_on.bin（鏈接文件-->bin文件，都是機器碼；注意大寫O、S）4）arm-linux-objdump-Dled_on.elf>led_on.dis（反匯編指令:機器碼-->匯編代碼）6、CPU寄存器CPU內(nèi)部有15個寄存器：R1--R15,每個寄存器都有對應的別名（代表其各自的功能），如：R15-->pc、R14-->lr、R13-->sp等。PC：程序計數(shù)器（program禽口也?『當前指令+8）CPU工作模式為流水線：當前執(zhí)行地址A的指令，已經(jīng)在對地址A+4的指令進行譯碼，已經(jīng)在讀取地址A+8的指令。（注：一個字節(jié)對應一個地址

編號，ARM9為32位處理器，一次處理32位數(shù)據(jù)，4字節(jié)，對應4個地址編號，所以下一個取指令地址為A+4）stackpointer：棧LinkRegister：返回地址（函數(shù)調用注意1）#30:30為立即數(shù)，可理解為普通常數(shù)直接使用。2）[pc,#20]：pc的值+20.3）關于程序下載到板子內(nèi)存后每條指令（或數(shù)據(jù)）所在地址問題。在使用?！阂蕴锊菲斐绦驎r，送釋從出址處JI始下載，歷以程序的里條指令在口地址處“（存篙布Hand或月口區(qū)中.）0:B：:：1.4:e59flDl^e3a00c01e5810000e59flD{]ce3a00000e581QDOOIdrmovstrIdrmovstr]。,#2560:B：:：1.4:e59flDl^e3a00c01e5810000e59flD{]ce3a00000e581QDOOIdrmovstrIdrmovstr]。,#256r0f[rl]LP'-frOr#Cr0r[r_[#12];OxD;lc<halt+0x4>0x100;20<haLt+0xB>1.0:lc：:：20:eafEfffe560000505600005410-word.ward0x560000500x56000054（原始文件：鏈接庫\1.png）4）只要是接入系統(tǒng)的存儲器（內(nèi)存一Nand和NOR、寄存器等），CPU都會將他們統(tǒng)一編號（地址），每塊空間都對應一個唯一固定的地址（寄存器地址必定不變，其他存儲器若更換則地址可能會變。），將程序或者數(shù)據(jù)放到某個地址上，則就存放到了某塊確定的空間（如某個具有特定功能的寄存器，即操作、設置寄存器）。5）在程序里邊，寄存器和內(nèi)存沒有本質差別，CPU都把他們當做內(nèi)存來使用。6）GPFCON/GPFDAT，在CPU角度，他們就是內(nèi)存，只不過這些內(nèi)存比較特殊，設置某些位（在某個確定地址上存放預定的值）就可以控制引腳。7）關于匯編到機器碼在地址層面的分析（一條匯編一＞4字節(jié)機器碼一＞整個bin文件）0:etyriujlidrzl,|pcF120) ;Lc<halt-i-0x4>4-Ei^aOOcCH0:etyriujlidrzl,|pcF120) ;Lc<halt-i-0x4>4-Ei^aOOcCHJimiO,t25€ ;OkLOQ6-@5810000str111r(rl]C-b59fl00cidril,|pcF*12] ;20<halt+0K8>10-B^aOOOOOjibiO,fd;0x014;55810000stxxOr(rl]0000001]<b-alt>;19-eafffffrbIB1c：56000050nward0k5€00005020：56000055,word0k5€000Q5^a度匯編J.創(chuàng)日OOODODOD<3tart>:母府的hi枚#U西謹尋橋匯粕打轉抵成『囂Wr如，IdrrLMjisn]—vsmfiui語*在Mfc址t第一條指令、.實際存放的是機三碼.G所有的匯物科蒯語或機智心受此1班了bin文忤（物:G,將其燒錄到內(nèi)存中，一個地址*TF西三中蟠址所用應的空間存過可宇節(jié)，32粒歆據(jù)t指令）.3）$干bin文件，在下則指定地址，從下荻地址開始，鼻個地址處存或4字節(jié)（但對于立性處現(xiàn)器1，儂忒存液F去，百對于1?hJ堤冢的恬立，h■■工文坤內(nèi)?算的才存放的地址.按文件中普定的地址瓊內(nèi)存放人指定的內(nèi)存中.4/i：jT7-壞.地Giiii.后DimaanDtiDOMOlDL?a10 3em口■= 也心 口口on 三ip*>50DO 垃 3LILn il.=. ￡?￡f ￡=(H才前="*gM5E（原始文件：鏈接庫\2.png7、ARM構架匯編碼轉機器碼：movr0,#256-->e3a00c01,具體如何轉換？rotate=12immed8=11000000000x100參考ARM架構中MOV指令機器碼格式，修改其中立即數(shù)即可。（鏈接庫\ARM架構rotate=12immed8=11000000000x100cond00I1101SSBZRdshifter_operand立即數(shù)二imined_8循環(huán)右移（2xrotate）MOV指令機器碼312827262524232221201916151211-vro,0x100 11110011101000000000 110000000001度攫）3曬空頌e0-循環(huán)右移24位C 高四位：rotate■^日nwJ，低八位，immed_8即數(shù) 00x10000000000000000000000000000000123位rotate=U （立即數(shù)）Ox4oolOOOOOOOOOOQi循環(huán)右移8=；?>1011-0000>00018、進制I無論是十進制、十六進制還是二進制都是對同一數(shù)值的不同描述，其實質一數(shù)值大小是不變的。如：對數(shù)字17該如何表示？「十進制：17二進制：10001二進制：10001十六進制：11--->表示同一個數(shù)值（可以通過計算方式驗證）〔八進制：21II十進制一->n進制（二進制、十六進制、八進制）III為何引入：1）二進制（從硬件方面）：在電子系統(tǒng)中，晶體管只有兩個狀態(tài)（on：1；off：0），數(shù)據(jù)使用多個晶體管來表示。如：8bit數(shù)據(jù)-->8個晶體管用二進制描述，吻合硬件狀態(tài)。2）八進制：方便對二進制的記憶。3bit一組（1組用八進制1位表示）。「000---0黑二2J11---73）十六進制：更加方便對二進制的記憶。4bit一組（1組用十六進制1位表示）?！?000---00001---140010---2J111---15IV快速轉換2/8/16進制：8421--＞二進制權重1111=1X23+1X22+1X21+1X20=1X8+1X4+1X2+1X1二進制一＞八進制（劃分為3bit一組，按組計算：421二進制一＞十六進制（劃分為4bit一組，按組計算：8421八進制或十六進制轉成二進制同理。V在C語言中表示二進制、八進制、十進制、十六進制：1）C語言中沒有語法表示二進制，只能表示八進制、十進制和十六進制inta=96;//表示十進制inta=0140;//0開頭表示八進制inta=0x60;//0x開頭表示十六進制以上表示方法都為C語言中語法，即在C語言中以這種格式書寫會被編譯器識別所采用的進制。（也可以看出不同的進制表示的同一數(shù)值參考：鏈接庫\003.編程知識.進制.jpg9、字節(jié)序inta=0x12345678;1）對于十六進制，一位表示4bit,兩位表示1個字節(jié)。2）計算機中，一個字節(jié)對應一個地址編號。即，1個地址中存放1個字節(jié)數(shù)據(jù)（十六進制的兩位3）數(shù)據(jù)在內(nèi)存中兩種存放方式：小字節(jié)序：低位存在低地址；（一般arm芯片都使用小字節(jié)序，S3C2440可修改字節(jié)序）大字節(jié)序：高位存在低地址10、位操作移位左移：a＜＜2=aX22右移：a＞＞2=a/22取反（~,not原來為0的位一＞1原來為1的位一＞0位與（And）1&1=1;1&0=0；0&1=0；0&0=0。位或（or1|1=1；1|0=1；0|1=1；010=0。置位（由基本位操作完成，置位指將相應位設置為1如：inta=0x123,把Bit7、8置位intb=a|（1<<7）|（1<<8）=0x1a3。清位（由基本位操作完成，清位指將相應位設置為0如：inta=0x123，把Bit7、8清位intb=（a&（?（1<<7）））&（?（1<<8））=0x23參考：鏈接庫\004.編程知識.節(jié)序—位操作.jpg11、C語言操作LEDI指針：1）所有變量在內(nèi)存中都有一塊區(qū)域inta=123;int*p=&a;-->p所在內(nèi)存中存放a所在內(nèi)存的起始地址。2）可以通過變量或指針來操作內(nèi)存。int*p=A1;*p=789;-->若①p的值是A1；②p的類型是1世*-->把789寫入A1對應的4字節(jié)（int）內(nèi)存中。II寫出了main函數(shù)，誰來調用它？main函數(shù)中變量保存在內(nèi)存中，這個內(nèi)存地址是多少？答：還需要寫一個匯編代碼，給main函數(shù)設置內(nèi)存，調用main函數(shù)IIINand和Nor啟動區(qū)別：當從NAND啟動時cpu會自動從NANDflash中讀取前4KB的數(shù)據(jù)放置在片內(nèi)SRAM里（s3c2440是soc），同時把這段片內(nèi)SRAM映射到nGCS0片選的空間（即0x00000000）cpu是從0x00000000開始執(zhí)行，也就是NANDflash里的前4KB內(nèi)容。因為NANDFLASH連地址線都沒有，不能直接把NAND映射到0x00000000，只好使用片內(nèi)SRAM做一個載體。通過這個載體把nandflash中大代碼復制到RAM（一般是SDRAM）中去執(zhí)行。當從非NANDflash啟動時norflash被映射到0x00000000地址（就是nGCS0，這里就不需要片內(nèi)SRAM來輔助了，所以片內(nèi)SRAM的起始地址還是0x40000000）.然后cpu從0x00000000開始執(zhí)行（也就是在Norflash中執(zhí)行）。即，Nor中可以直接執(zhí)行程序，Nand必須以SRAM為載體，將Nand中程序轉存到SRAM中，在SRAM中執(zhí)行程序。Nand啟動時，需要把做核心的啟動程序放在NandFlash的前4K中。IV理解棧頂與棧底（棧區(qū)向下增長SRAM大小為4k,故只能從NandFlash中轉移前SRAM大小為4k,故只能從NandFlash中轉移前4k數(shù)據(jù)到SRAM中，4k=4096字手動申請.手動回收未初始化的全局變量和好態(tài)變量發(fā)起函數(shù)調用時存放函數(shù)內(nèi)局部變量自動申請.自動回收中、3?BSS(BlockStartedbySymbol)節(jié)，1字節(jié)對應一個地址，4k對應4096個地址，地址編碼從0x0000到0x1000（0d4096），高地址為棧頂，故棧頂指針sp可設置為sp=4096（0x1000）IV為何為什么nor啟動要將棧頂指針sp設置為0x40000000+4096sdram的地址是：0x30000000-0x40000000。nand啟動時，片內(nèi)ram在0地址處。nor啟動時，片內(nèi)ram在0x40000000往后的4k（即此時SRAM地址范圍是0x40000000-0x40000000+4k），此時的棧頂可以設置到內(nèi)存的上限0x40000000+4kVI將地址數(shù)據(jù)直接賦給指針會報警告，如:unsignedunsignedint*pGPFCON=0x56000050;unsignedunsignedint*pGPFDAT=0x56000054;警告:led.c:5:warning:initializationmakespointerfromintegerwithoutacastled.c:6:warning:initializationmakespointerfromintegerwithoutacast這對結果沒有影響，可以將地址數(shù)據(jù)強制轉化成unsignedint*型就可消除警告。如：unsignedint*pGPFCON=(unsignedint*)0x56000050;unsignedint*pGPFDAT=(unsignedint*)0x56000054;12、補充匯編指令add：addr0,r1,#4;r0=r1+4subsubr0,r1,#4;r0=r1-4subr0,r1,r2;r0=r1-r2BL:branchandlinkblxxx:1)跳轉到xxx；2)把返回地址(下一條指令地址)保存在lr寄存器

1dm（m_many）:讀內(nèi)存，寫入多個寄存器stm（m_many）：把多個寄存器的值寫入內(nèi)存stmdb：先減、后存sp!：sp等于最終的被修改的sp的值Idmia：先讀、后增。參考：鏈接庫\002—編寫LED程序.jpg注：1）_start:〃可理解為C語言中的函數(shù)名2）R0-R3（即a1-a4）寄存器為工作寄存器，可以被破壞，隨意使用。（可以理解為一般的內(nèi)存，能夠存儲中間數(shù)據(jù)等）寄存器芻字Reg#APCS意義RO al 工作寄存器TOC\o"1-5"\h\zRI ：i2 ”R2 a：3 ”R3 ”R4 vl 必須保護R5 v2 ”KB v3 r,RT v4 ”E8 v5 ”R9 v6 ”RID h1 棧限制Ml fp 楨指針RI2 ipR13 國 棧指針lr 連接寄存器R15 pc 程序計數(shù)器3)BSS(BlockStartedbySymbol)發(fā)起函數(shù)調用時存放函數(shù)內(nèi)局部變?自動申請,自動回收BSS(BlockStartedbySymbol)發(fā)起函數(shù)調用時存放函數(shù)內(nèi)局部變?自動申請,自動回收對于上圖棧區(qū)、堆區(qū)、BSS、data段、代碼段的解釋：該整塊空間（包含棧區(qū)、...、代碼段）可以為SRAM（Nand啟動時，4k）、Nor（Nor啟動時）。比如Nand啟動時，內(nèi)存地址從低地址0x0000開始到高地址0x1000，共4字節(jié)從低地址開始依次為代碼段、數(shù)據(jù)區(qū) 棧區(qū)，中間可能有部分區(qū)段沒有（如，可能只有代碼區(qū)和棧區(qū)）因為代碼段和棧區(qū)使用的較多，因此應該將棧區(qū)在高地址，距離代碼段最遠，防止出現(xiàn)內(nèi)存覆蓋現(xiàn)象。（參考講課筆記深入理解）4）調用函數(shù)之前需要把寄存器（fp、ip、pc等）數(shù)據(jù)壓入棧中，調用結束之后把棧中數(shù)據(jù)取回寄存器。（保護現(xiàn)場）壓棧：push{fp};或stmdbsp!,{fp,ip,lr,pc)出棧：pop{fp}；或ldmiasp,{fp,sp,pc）5）pc：程序計數(shù)器，保存當前所執(zhí)行指令的地址（從0地址指令開始執(zhí)行，即pc=0,依次增加）。6）bxlr：相當于MOVpclr，Ir中保存子程序返回地址，在子程序執(zhí)行結束后，執(zhí)行bxlr將返回地址復制到程序計數(shù)器pc中，便可實現(xiàn)子程序的返回。（因為程序跳轉到子程序后，程序計數(shù)器pc必定發(fā)生變化，pc中的值為當前子程序指令所在的地址）7）同一代碼的反匯編結果可能不同。8）棧：sp所指向的內(nèi)存（本質上就是一塊普通的內(nèi)存空間）。作用：①保存寄存器值（壓棧、出棧一＞保護現(xiàn)場）②局部變量。9）程序中并不一定需要main函數(shù)，之前寫程序都是以main函數(shù)開始，是因為編譯器給封裝好了，程序開始直接跳轉到main函數(shù)來執(zhí)行（bmain）。我們也可以不寫main函數(shù)，寫成其他函數(shù)（bfun）。可以理解為這些過程都在一個匯編文件中封裝好的，而我們現(xiàn)在就要自己動手寫這個匯編文件（start.S），來實現(xiàn)這些功能。匯編中調用函數(shù)傳參方法：MOVr0,p1；MOVr1,p2；MOVr2,p3bfun;（相當于：fun（p1,p2,p3）;）。10）棧指向一塊內(nèi)存，該內(nèi)存可讀可寫，只要不與代碼存儲區(qū)域沖突即可棧從上往下增長，代碼存儲區(qū)從下往上增長）11）區(qū)分Nand啟動和NOR啟動：Nand啟動時，0地址對應片內(nèi)內(nèi)存；NOR啟動時，0地址對應NORFlashNORFlash可以理解為類似硬盤的東西，可以像內(nèi)存一樣讀，但不能像內(nèi)存一樣寫（對于NOR