`S5PV210` | 裸机汇编`LED`流水灯实验

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`S5PV210` | 裸机汇编`LED`流水灯实验

开发板：

x210bv3s

1.原理图

上图中，当按下POWER键后，VDD_5V和VDD_IO会产生5V和3.3V的电压，其中D26无须GPIO控制，为常亮状态，即我们所说的电源指示灯，D[22:25]对应的GPIO口如下:

LED指示灯	GPIO口	编号	动作
D22	GPJ_3	LED1	1：灭，0：亮
D23	GPJ0_4	LED2	1：灭，0：亮
D24	GPJ0_5	LED3	1：灭，0：亮
D25	GPD0_1	LED4	1：灭，0：亮

对应的GPIO口输出低电平，点亮LED；反之，熄灭LED灯；

2.Datasheet相关

1.S5PV210 RISC微处理器用户手册：
	S5PV210_UM_REV1.1.pdf
	获取方式：可在CSDN搜索下载，也可以@大飞歌获取

2.应用手册（内部ROM启动）:
	S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf 
	获取方式：可网路搜索下载，也可以@大飞歌获取
	中文文档地址：https://blog.csdn.net/I_feige/article/details/104848609
	
3.底板电路原理图：
	x210bv3s.pdf
	下载链接：https://download.csdn.net/download/i_feige/11877902

控制LED GPIO的寄存器设置详细参见以下章节（S5PV210_UM_REV1.1.pdf）：

V210_ Book cover 
errata 
section 01_ overview 
section 02_ system 
section 03_ bus 
section 04_ interupt 
section 05_ memory 
section 06_ dma 
section 07_ timer 
section 08_ connectivity _ storage 
section 09_ mutimedia 
section 10_ audio _ etc 
section 11_ securty 
section 12_ etc

2.2.7 PORT GROUP GPD0 CONTROL REGISTER 
2.2.7.1 Port Group GPD0 Control Register ( GPD0CON , R / W , Address 0xE020_00A0)
2.2.7.2 Port Group GPD0 Control Register ( GPD0DAT , R / W , Address 0xE020_00A4)
2.2.7.3 Port Group GPD0 Control Register ( GPD0PUD , R / W , Address 0xE020_00A8)
2.2.7.4 Port Group GPD0 Control Register ( GPD0DRV , R / W , Address 0xE020_00AC)
2.2.7.5 Port Group GPD0 Control Register ( GPD0CONPDN , R / W , Address 0xE020_00B0)
2.2.7.6 Port Group GPD0 Control Register ( GPD0PUDPDN , R / W , Address 0xE020_00B4)

2.2.20 PORT GROUP GPJ0 CONTROL REGISTER 
2.2.20.1 Port Group GPJ0 Control Register ( GPJ0CON , R / W , Address 0xE020_0240)
2.2.20.2 Port Group GPJ0 Control Register ( GPJ0DAT , R / W , Address 0xE020_0244)
2.2.20.3 Port Group GPJ0 Control Register ( GPJ0PUD , R / W , Address 0xE020_0248)
2.2.20.4 Port Group GPJ0 Control Register ( GPJ0DRV , R / W , Address 0xE020_024C)
2.2.20.5 Port Group GPJ0 Control Register ( GPJ0CONPDN , R / W , Address 0xE020_0250)
2.2.20.6 Port Group GPJ0 Control Register ( GPJ0PUDPDN , R / W , Address 0xE020_0254)

GPD0控制寄存器组的相关信息（部分摘取如下）：

2.2.7 PORT GROUP GPD0 CONTROL REGISTER
有六个控制寄存器，分别是 GPD0CON、GPD0DAT、GPD0PUD、GPD0DRV、GPD0CONPDN 和
端口组 GPD0 控制寄存器中的 GPD0PUDPDN。
2.2.7.1 端口组 GPD0 控制寄存器 (GPD0CON, R/W, Address = 0xE020_00A0)

GPD0CON	Bit	Description
GPD0CON[3]	[15:12]	0000 = Input 0001 = Output 0010 = TOUT_3 0011 ~ 1110 = Reserved 1111 = GPD0_INT[3]
GPD0CON[2]	[11:8]	0000 = Input 0001 = Output 0010 = TOUT_2 0011 ~ 1110 = Reserved 1111 = GPD0_INT[2]
GPD0CON[1]	[7:4]	0000 = Input 0001 = Output 0010 = TOUT_1 0011 ~ 1110 = Reserved 1111 = GPD0_INT[1]
GPD0CON[0]	[3:0]	0000 = Input 0001 = Output 0010 = TOUT_0 0011 ~ 1110 = Reserved 1111 = GPD0_INT[0]

2.2.7.2 端口组 GPD0 数据映射寄存器 (GPD0DAT, R/W, Address = 0xE020_00A4)

GPD0DAT	Bit	Description	Initial State
GPD0DAT[3:0]	[3:0]	当端口被配置为输入端口时，对应的位是引脚状态。当端口配置为输出端口时，引脚状态与对应位相同。当端口被配置为功能引脚时，将读取未定义的值。	0000

2.2.7.3 端口组 GPD0 上、下拉配置寄存器 (GPD0PUD, R/W, Address = 0xE020_00A8)

GPD0PUD	Bit	Description	Initial State
GPD0PUD[n]	[2n+1:2n] n=0~3	00 = 上拉/下拉禁用 01 = 下拉启用 10 = 上拉启用 11 = 保留	0x0055

2.2.7.4 端口组 GPD0 驱动强度配置寄存器 (GPD0DRV, R/W, Address = 0xE020_00AC)

GPD0DRV	Bit	Description	Initial State
GPD0DRV[n]	[2n+1:2n] n=0~3	00 = 1x 10 = 2x 01 = 3x 11 = 4x	0x0000

2.2.7.5 端口组 GPD0 低功耗模式配置寄存器 (GPD0CONPDN, R/W, Address = 0xE020_00B0)

GPD0CONPDN	Bit	Description	Initial State
GPD0[n]	[2n+1:2n] n=0~3	00 = Output 0 01 = Output 1 10 = Input 11 = Previous state	0x00

2.2.7.6 端口组 GPD0 低功耗模式上拉/下拉寄存器 (GPD0PUDPDN, R/W, Address = 0xE020_00B4)

GPD0PUDPDN	Bit	Description	Initial State
GPD0[n]	[2n+1:2n] n=0~3	00 = 上拉/下拉禁用 01 = 下拉启用 10 = 上拉启用 11 = 保留	0x00

例如设置GPD0_1 IO口为输出模式，拉高或者拉低(汇编语言实现)：

#define GPD0CON         0xE02000A0
#define GPD0DAT         0xE02000A4

	/* 初始化GPIO口（配置为输出模式），下面是比较规范的一种写法,也可参考代码实现（流水灯）相关部分 */    
ldr r0,=GPD0CON    		//r0=0xE02000A0
ldr r1,[r0]            	//将r0地址处的数据读出，保存到r1中（零偏移）
orr r1,r1,#0x0010      	//设置r1的第4位(置1)，其他位保持不变[7:4]->0001=Output
str r1,[r0]            	//将r1中的内容传输到r0中数指定的地址内存中去
	
	/* 点亮LED4，GPIO口输出低电平 */
ldr r0,=GPD0DAT			//r0=0xE02000A4
ldr r1,[r0]           	//将r0地址处的数据读出，保存到r1中（零偏移）
bic r1,r1,#0x0002		//清除r1的第1位(置0)，其他位保持不变[1]
str r1,[r0]			  	//将r1中的内容传输到r0中数指定的地址内存中去

	/* 熄灭LED4，GPIO口输出高电平 */
ldr r0,=GPD0DAT			//r0=0xE02000A4
ldr r1,[r0]          	//将r0地址处的数据读出，保存到r1中（零偏移）
orr r1,r1,#0x0002		//设置r1的第1位(置1)，其他位保持不变[1]
str r1,[r0]			 	//将r1中的内容传输到r0中数指定的地址内存中去

3.代码

3-1.代码实现(流水灯，仅作演示)

/*******************************************************
 *   > File Name: start.S
 *   > Author: fly
 *   > Create Time: 2020年07月17日 星期五 07时56分19秒
 ******************************************************/
/*=====================================================
 * 汇编点亮led灯：对应GPIO口输出低电平，点亮LED
 * D22->GPJ0_3
 * D23->GPJ0_4
 * D24->GPJ0_5
 * D25->PWMOUT1/GPD0_1
 *====================================================*/
#define GPD0CON         0xE02000A0
#define GPD0DAT         0xE02000A4
#define GPD0PUD         0xE02000A8

#define GPJ0CON         0xE0200240
#define GPJ0DAT         0xE0200244
#define GPJ0PUD         0xE0200248

#define PS_HOLD_CONTORL 0xE010E81C
#define WTCON           0xE2700000
#define SVC_STACK       0xD0037D80

//#define CONFIG_SYS_ICACHE_OFF   1

.global _start
_start:
    //给5v电源置锁
    //LDR指令：从内存中将1个32位的字读取到目标寄存器中
    //STR指令：将1个32位的字数据写入到指令中指定的内存单元中
    //ORR指令：逻辑或操作指令
    //BIC指令:位清除指令
    //MOV指令：数据传送
    ldr r0,=PS_HOLD_CONTORL     //r0=0xE010E81C
    ldr r1,[r0]                 //将r0地址处的数据读出，保存到r1中（零偏移）
    orr r1,r1,#0x300            //设置r1的第8、9位，其他位保持不变
    orr r1,r1,#0x1              //设置r1的第1位，其他位保持不变
    str r1,[r0]                 //将r1中的内容传输到r0中数指定的地址内存中去

    //关看门狗
    ldr r0, =WTCON
    mov r1, #0				   //将立即数0传输到r1处
    str r1, [r0]

    //开/关iCache
    // MRC指令:从协处理器寄存器传数据到ARM寄存器
    // MCR指令:从ARM寄存器传数据到协处理器寄存器
    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
    #ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF
    bic r0, r0, #0x00001000     @ clear bit 12 (I) I-Cache
    #else
    orr r0, r0, #0x00001000     @ set bit 12 (I) I-Cache
    #endif
    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

    //设置栈，以便调用c函数
    ldr sp, =SVC_STACK

led_init:
    /* LED初始化 */
    //把GPIO设置输出模式
    ldr r0,=0x11111111
    ldr r1,=GPJ0CON
    str r0, [r1]                //把GPJ0所有的IO设置为输出模式

    ldr r0,=0x00000010
    ldr r1,=GPD0CON
    str r0,[r1]                 //把GPD0_1设置为输出模式

led_run:
    /* LED流水灯 */
    // 第1步：点亮LED1，其他熄灭
    ldr r0, =~(1<<3)            //r0=0xFFFFFFF7
    ldr r1, =GPJ0DAT            //r1=0xE0200244
    str r0, [r1]
    //熄灭LED4
    ldr r0, =~(0<<1)            //r0=0xFFFFFFFF
    ldr r1, = GPD0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    // 第2步：点亮LED2，其他熄灭
    ldr r0, =~(1<<4)            //r0=0xFFFFFFEF
    ldr r1, =GPJ0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    // 第3步：点亮LED3，其他熄灭
    ldr r0, =~(1<<5)            //r0=0xFFFFFFDF
    ldr r1, =GPJ0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    //熄灭LED3/4/5，点亮LED4
    ldr r0, = ((1<<3)|(1<<4)|(1<<5))
    ldr r1, =GPJ0DAT
    str r0, [r1]
    ldr r0, =~(1<<1)            //r0=0xFFFFFFFD
    ldr r1, = GPD0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    bl led_run

half:
    b half

    /* 延时函数：delay*/
delay:
    ldr r2,=9000000
    ldr r3,=0x0
delay_loop:
    //SUB指令：从寄存器Rn中减去shifter_operand表示的数值，
    //并将结果保存在目标寄存器Rd中，并根据指令的执行结果
    //设置CPSR中的相应标志位
    //SUB {<cond>} {s} <Rd>,<Rn>,<shifter_operand>
    sub r2,r2,#1                //r2 = r2 - 1
    //CMP指令:使用寄存器Rn的值减去shifter_operand的值，
    //根据操作的结果更新CPSR中相应的条件标志位，以便后面
    //的指令根据相应的条件标志位来判断是否执行
    //CMP {<cond>} <Rn>,<shifter_operand>
    cmp r2, r3
    bne delay_loop
    mov pc,lr

配套编译Makefile文件：

# 将所有的.o文件链接成.elf文件，“-Ttext 0x0”
# 表示程序的运行地址是0x0，由于目前编写的是位置
# 无关码，可以在任一地址运行
# 将elf文件抽取为可在开发板上运行的bin文件
# 将elf文件反汇编保存在dis文件中，调试程序会用
# 添加文件头
# 编译器版本:arm-2009q3
.PHONY: all clean tools

CROSS		?= arm-linux-
NAME		:= LED

LD			:= $(CROSS)ld
OC			:= $(CROSS)objcopy
OD			:= $(CROSS)objdump
CC			:= $(CROSS)gcc
MK			:= ../../tools/mk_image/mkv210_image

all:$(NAME).bin

$(NAME).bin : start.o
	$(LD) -Ttext 0x0 -o $(NAME).elf $^
	$(OC) -O binary $(NAME).elf $(NAME).bin
	$(OD) -D $(NAME).elf > $(NAME)_elf.dis
	$(MK) $(NAME).bin

# 将当前目录下存在的汇编文件及C文件编译成.o文件
%.o : %.S
	$(CC) -o $@ $< -c
%.o : %.c
	$(CC) -o $@ $< -c

clean:
	$(RM) *.o *.elf *.bin *.dis *.sd

tools:
	make -C ../../tools/mk_image/

arm-linux-ld：一个链接程序工具，其作用主要是将汇编过的多个二进制文件进行链接，成为一个可执行的二进制文件，这个命令的选项有好多，具体用到的时候大家可以使用--help 选项来查看具体的选项用法。

arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf $^：这句话是将所有的依赖文件连接成ELF格式文件，在连接的过程中，-Ttext 0x0这个选项告诉连接器我的这段程序需要被加载到RAM的0x00000000地址处执行。所以在连接的时候第一条语句的连接地址就是0x00000000，第二条语句就是跟在其后面。有很多人都议论连接地址和运行地址这个怎么说的都有。运行地址可以等于连接地址，还可以认为运行地址是pc指针指向的地址，就是正在执行指令的地址。只要理解了这个概念就可以了。

arm-linux-objcopy：被用来复制一个目标文件的内容到另一个文件中.此选项可以进行格式的转换.在实际编程的,用的最多的就是

将ELF格式的可执行文件转换为二进制文件

arm-linux-objdump：常用来显示二进制文件信息,常用来查看反汇编代码

编译：

fly@fly-vm:01-led_s$ make clean
rm -f *.o *.elf *.bin *.dis *.sd *.BIN
fly@fly-vm:01-led_s$ ls
Makefile  start.S
fly@fly-vm:01-led_s$ make
arm-linux-gcc -o start.o start.S -c
arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o LED.elf start.o
arm-linux-objcopy -O binary LED.elf LED.bin
arm-linux-objdump -D LED.elf > LED_elf.dis
../../tools/mk_image/mkv210_image LED.bin
the checksum 0x000060EB for 228bytes, output: LED.bin.SD.BIN
fly@fly-vm:01-led_s$ ls
LED.bin  LED.bin.SD.BIN  LED.elf  LED_elf.dis  Makefile  start.o  start.S

3-2.工具`mkv210_image`代码

/*******************************************************************
 *   > File Name: mkv210_image.c
 *   > Author: fly
 *   > Create Time: 2021-06-17  4/24  12:03:22 +0800
 *   > Note: 将USB启动时使用的BIN文件制作得到SD启动的Image
 *          计算校验和，添加16字节文件头，校验和写入第8字节处
 *================================================================*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define ERR_STR                 strerror(errno)
#define SPL_HEADER_SIZE         (16)
#define SPL_HEADER              "@S5PV210$$$$****"
#define IMG_SIZE                (16*1204)
#define FILE_PATH_LEN_MAX       (256)

char *mk_getCheckSumFile(char *binName)
{
    
    
    static char checkSumFileName[FILE_PATH_LEN_MAX] = {
    
    0};

    //snprintf(checkSumFileName, FILE_PATH_LEN_MAX, "%s%s", "sd.", binName);
    snprintf(checkSumFileName, FILE_PATH_LEN_MAX, "%s%s",  binName, ".SD.BIN");
    return (char*)checkSumFileName;
}

long mk_getFileLen(FILE* fp)
{
    
    
    static long fileLen = 0;
    fseek(fp, 0L, SEEK_END);
    fileLen = ftell(fp);
    fseek(fp, 0L, SEEK_SET);
    return fileLen;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    
    
    FILE* fps, *fpd;
    long nbytes, fileLen;
    unsigned int checksum, count;
    char *BUF = NULL, *pBUF = NULL;
    int i;

    if(argc != 2){
    
    
        printf("Usage: %s <bin-file>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 打开源BIN文件 */
    fps = fopen(argv[1], "rb");
    if (fps == NULL){
    
    
        printf("fopen %s err: %s\n", argv[1], ERR_STR);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 创建目标BIN文件 */
    fpd = fopen(mk_getCheckSumFile(argv[1]), "w+b");
    if (fpd == NULL){
    
    
        printf("fopen %s err: %s\n", mk_getCheckSumFile(argv[1]), ERR_STR);
        fclose(fps);exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 获取源文件大小 */
    fileLen = mk_getFileLen(fps);
    if(fileLen < (IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE)){
    
    
        count = fileLen;
    }else{
    
    
        count = IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE;
    }

    BUF = (char *)malloc(IMG_SIZE);/* malloc 16KB BUF */
    if (BUF == NULL){
    
    
        printf("malloc err: %s\n", ERR_STR);
        fclose(fps);fclose(fpd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    memcpy(&BUF[0], SPL_HEADER, SPL_HEADER_SIZE);
    nbytes = fread(BUF+SPL_HEADER_SIZE, 1, count, fps);

    /* 计算文件检验和 */
    pBUF = BUF + SPL_HEADER_SIZE;
    for(i = 0, checksum = 0; i< IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE; i++)
    {
    
    
        checksum += (0x000000FF) & *pBUF++;
    }
    pBUF = BUF + 8;
    *((unsigned int *)pBUF) = checksum;

    /* 将校验和源文件写入目标文件 */
    fwrite(BUF, 1, IMG_SIZE, fpd);

    printf("the checksum 0x%08X for %ldbytes, output: %s\n", \
            checksum, fileLen, mk_getCheckSumFile(argv[1]));

    free(BUF);
    fclose(fps);
    fclose(fpd);

    return 0;
}

在这里插入图片描述

配套Makefile

.PHONY: all clean

CC              = gcc
SRC             = ${wildcard *.c}
BIN             = ${patsubst %.c, %, $(SRC)}
CFLAGS  = -g -Wall
RM              = rm -rf
PRJ_PATH= $(shell pwd)

all:$(BIN)

$(BIN):%:%.c
        @echo [CC] $@
        @$(CC) -o $@ $^ $(CFALGS) -D_PRJ_PATH_='"$(PRJ_PATH)"'

clean:
        $(RM) a.out $(BIN) .*.*.sw? *.sd

test:
        @echo $(PRJ_PATH)

.PHONY: clean test

4.运行

SD卡启动

1.OM5开关打到开发板靠下侧（选择启动方式）：

2.将BIN文件下载到SD卡

2-1.Windos下使用x210_Fusing_Tool.exe下载（注意使用管理员模式打开）

清理x210_Fusing_Tool.exe文件列表，进入目录：C:\Users\fly\AppData\Roaming\SDFusing，然后删除文件config.ini；

2-2.Linux下载BIN文件到SD卡脚本命令：

#!/bin/sh

#命令行参数检测
if [ -n "$1" ];then
    echo "Source file: $1"
else
    echo "Usage:$0 <source_file>"
    exit -1
fi

#使用超级用户权限把210.bin读取进来，经过处理再输出到设备sdb上，
#跳过该设备的第一个block（每个block的大小为512B）
sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=$1 of=/dev/sdb seek=1

另一种更具体的脚本写法：

###########################################################
  # File Name: s5pv210-irom-sd.sh
  # Author: fly
  # Created Time: 2021-06-27  0/25  14:51:59 +0800
###########################################################
#!/bin/bash

# s5pv210 irom sd boot fusing tool
# display usage message
USAGE()
{
    
    
    echo Usage: $(basename "$0") '<device> <bootloader>'
    echo '      device      = disk device name of for SD card.'
    echo '      bootloader  = /path/to/*.bin.sd'
    echo 'e.g. '$(basename "$0")' /dev/sdb boot.bin.sd'
}

[ `id -u` == 0 ] || {
    
     echo "you must be root user"; exit 1;}
[ -z "$1" -o -z "$2" ] && {
    
     USAGE; exit 1; }

dev="$1"
xboot="$2"

# validate parameters
[ -b "${dev}" ] || {
    
     echo "${dev} is not a valid block device"; exit 1; }
[ X"${dev}" = X"${dev%%[0-9]}" ] || {
    
     echo "${dev} is a partition, please use device, perhaps ${dev%%[0-9]}"; exit 1; }
[ -f ${xboot} ] || {
    
     echo "${xboot} is not a bootloader binary file."; exit 1; }

# copy the full bootloader image to block device
dd if="${xboot}" of="${dev}" bs=512 seek=1 conv=sync

sync;
sync;
sync;

echo "^_^ The image is fused successfully"

3.将SD卡插入SD2通道，上电即可查看程序运行状况

接通电源，长按POWER键；可使用串口工具连接UART2，会有打印调试信息输出；

5.参考

1.书籍：ARM嵌入式体系结构与接口技术（Cortex-A8版）（ARM Embedded Architecture and Interface Technology）

2.书籍：嵌入式LinuxC语言程序设计基础教程（C Language Programming of Embedded Linux）

3.使用的交叉编译器1：https://sourcery.mentor.com/public/gnu_toolchain/arm-none-linux-gnueabi/arm-2009q3-67-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2

4.编译器下载地址2（CSDN）：https://download.csdn.net/download/qq_37363920/12333876?utm_medium=distribute.pc_relevant_t0.none-task-download-2%7Edefault%7EBlogCommendFromMachineLearnPai2%7Edefault-1.baidujs&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant_t0.none-task-download-2%7Edefault%7EBlogCommendFromMachineLearnPai2%7Edefault-1.baidujs

5.项目地址：https://gitee.com/x210bv3s/s5pv210-noos-dev

6.S5PV210_UM_REV1.1.pdf：https://download.csdn.net/download/han1202012/8342745?utm_source=iteye_new

7.S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf：https://download.csdn.net/download/q171884957/8561553

8.S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf（中文版本）：https://blog.csdn.net/I_feige/article/details/104848609

9.x210_Fusing_Tool.exe下载地址：https://download.csdn.net/download/i_feige/11937635