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：
1.看原理图，确定控制LED的引脚;
2.看主芯片的芯片手册，确定如何设置控制这个引脚;
3.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：
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。
Nand启动：
片内4k RAM基地址为0，Nor Flash可以正常读取，但是不能写入；
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：
(1).LDR (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；
(2).STR (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）；
(3).B 跳转
(4).MOV (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;
(5).LDR
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。
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(led_on.S)：
/* * 点亮LED1: gpf4 */ .text //表明是代码段 .global _start //定义一个符号 _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
编译此文件的Makefile文件内容如下：
all: #先编译，不链接 arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.S #链接，并指定链接地址为0 arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf #生成.bin文件，可以下载的文件 arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin #生成反汇编文件 arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis clean: rm *.bin *.o *.dis *.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：
我们可以通过反汇编来查看。
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 <halt+0x4> 4: e3a00c01 mov r0, #256 ; 0x100 8: e5810000 str r0, [r1] c: e59f100c ldr r1, [pc, #12] ; 20 <halt+0x8> 10: e3a00000 mov r0, #0 ; 0x0 14: e5810000 str r0, [r1] 00000018 <halt>: 18: eafffffe b 18 <halt> 1c: 56000050 .word 0x56000050 20: 56000054 .word 0x56000054第一列是地址，第二列是机器码，第三列是汇编码；
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，调用C代码时必须设置栈；
R14 别名：lr(Link Register)返回地址，保存返回地址；
R15 别名：pc(program Counter)程序计数器=当前指令地址+8。
为什么PC的值等于当前指令地址+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就是当前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)。
第005节_编程知识_进制
在C语言中怎么表示这些进制呢？
十进制： int a = 96;
八进制： int a = 0140; //0开头
十六进制： int a = 0x60; //0x开头
用0b开头表示二进制，约定俗成的规定。
第006节_编程知识_字节序
字节序：
假设int a = 0x12345678；
前面说了16进制每位是4个bit表示，在内存中，是以8个bit作为1byte进行存储的，因此0x12345678中每两位作为1byte,其中0x78是低位，0x12是高位。
在内存中的存储方式有两种：
0x12345678的低位(0x78)存在低地址，即方式1，叫做小字节序(Little endian)；
0x12345678的高位(0x12)存在低地址，即方式2，叫做大字节序(Big endian)；
一般的arm芯片都是小字节序，对于2440可以设置某个寄存器，让整个系统使用大字节序或小字节序，它默认使用小字节序。
第007节_编写C程序控制LED
C语言的指针操作：
(1).所有的变量在内存中都有一块区域；
(2).可以通过变量/指针操作内存；
a. 我们写出了main函数, 谁来调用它?
b. main函数中变量保存在内存中, 这个内存地址是多少?
答: 我们还需要写一个汇编代码, 给main函数设置内存, 调用main函数。
led.c源代码：
int main()
{
unsigned int *pGPFCON = (unsigned int *)0x56000050;
unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int *)0x56000054;
/* 设置GPF4为输出引脚 */
*pGPFCON = 0x1500;
/* 设置GPF4输出低电平 */
*pGPFDAT = 0x0;
return 0;
}
start.S源码：
.text
.global _start
_start:
/*设置内存：sp栈*/
ldr sp,=4096 /*nand启动*/
// ldr sp, =0x40000000 /*nor启动*/
/*调用main*/
bl main
halt:
b halt
Makefile源码：
all:
arm-linux-gcc -c -o led.o led.c
arm-linux-gcc -c -o start.o start.S
arm-linux-ld -Ttext 0 start.o led.o -o led.elf
arm-linux-objcopy -O binary -S led.elf led.bin
arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis
clean:
rm *.bin *.o *.elf *.dis
最后将上面三个文件放入Ubuntu主机编译，然后烧写到开发板即可。
第008节_几条汇编指令_bl_add_sub_ldm_stm
ADD/SUB 加法/减法
举例1：
add r0,r1,#4
效果为:r0=r1+4；
举例2：
sub r0,r1,#4
效果为:r0=r1-4；
举例3：
sub r0,r1,r2
效果为:r0=r1-r2；
BL(Brarch and Link)带返回值的跳转 跳转到指定标号处，并将返回地址(下一条指令)保存在lr寄存器；
LDM/STM 读写内存指令，写入多个寄存器/把多个寄存器的值写入内存；
可搭配的后缀有，过后增加(Increment After)、预先增加(Increment Before)、过后减少(Decrement After)、预先减少(Decrement Before)；
举例1：
stmdb sp!, (fp,ip,lr,pc)
假设sp=4096；db意思是先减后存，按高编号寄存器的值保存在内存的高地址处。
举例2：
ldmia sp, (fp,ip,pc)
009节_解析C程序的内部机制
start.S:
①设置栈；
②调用main，并把返回值地址保存到lr中；
led.c的main()内容：
①定义2个局部变量；
②设置变量；
③return 0；
问题：
①为什么要设置栈？
因为c函数要用。
②怎么使用栈？
a.保存局部变量；
b.保存lr等寄存器；
③调用者如何传参数给被调用者？
调用者通过r0~r3寄存器传参数给被调用函数；
④被调用者如何传返回值给调用者？
也是通过r0~r3寄存器传返回值；
⑤怎么从栈中恢复那些寄存器？
在arm中有个ATPCS规则，约定r0-r15寄存器的用途。
r0-r3:调用者和被调用者之间传参数；
r4-r11:函数可能被使用，所以在函数的入口保存它们，在函数的出口恢复它们；
下面分析个实例 start.S:
.text .global _start _start: /* 设置内存: sp 栈 */ ldr sp, =4096 /* nand启动 */ //ldr sp, =0x40000000+4096 /* nor启动 */ /* 调用main */ bl main halt: b halt
led.c:
int main()
{
unsigned int *pGPFCON = (unsigned int *)0x56000050;
unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int *)0x56000054;
/* 配置GPF4为输出引脚 */
*pGPFCON = 0x100;
/* 设置GPF4输出0 */
*pGPFDAT = 0;
return 0;
}
将前面的程序反汇编得到led.dis如下：
/* 反汇编文件注释 */
/* 文件格式：lef32，小端对齐 */
led_c.elf: file format elf32-littlearm
/* text段的反汇编 */
Disassembly of section .text:
00000000 <_start>:
0: e3a0da01 mov sp, #4096 ; 0x1000 /* sp寄存器的值等于4096 */
4: eb000000 bl c <main> /* 跳转到0xc地址执行，同时lr寄存器的值设为0x8 */
00000008 <halt>:
8: eafffffe b 8 <halt> /* 死循环跳转指令 */
0000000c <main>:
c: e1a0c00d mov ip, sp /* 将sp的值4096保存到ip寄存器中 */
10: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} /* 将fp, ip, lr, pc寄存器中的值保存的sp栈中；先减后存 */
14: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4 /* fp=ip-4，也就是4092 */
18: e24dd008 sub sp, sp, #8 ; 0x8 /* 将sp的值设置为4080-8=4072 */
1c: e3a03456 mov r3, #1442840576 ; 0x56000000 /* 将r3寄存器的指设为0x56000000 */
20: e2833050 add r3, r3, #80 ; 0x50 /* 将r3=r3+0x50，即r3的值等于0x56000050 */
24: e50b3010 str r3, [fp, #-16] /* 将r3的值保存到fp-16()地址处4076处 */
28: e3a03456 mov r3, #1442840576 ; 0x56000000 /* 将r3寄存器的值设为0x56000000 */
2c: e2833054 add r3, r3, #84 ; 0x54 /* 将r3寄存器的值加0x54，即0x56000054 */
30: e50b3014 str r3, [fp, #-20] /* 将r3的值保存到(fp-20)(4072)处 */
34: e51b2010 ldr r2, [fp, #-16] /* 将(fp-16)(4076)地址处的值加载到r2寄存器中 */
38: e3a03c15 mov r3, #5376 ; 0x1500 /* 将r3寄存器设置0x1500 */
3c: e5823000 str r3, [r2] /* 将r3中的值0x1500保存到0x56000050地址 */
40: e51b2014 ldr r2, [fp, #-20] /* 将(fp-20)(4072)地址处的值保存到r2寄存器中 */
44: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0 /* 将r3寄存器的值设为0 */
48: e5823000 str r3, [r2] /* 将r3寄存器的值0保存到地址0x56000054中 */
4c: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0 /* 将r3寄存器的值设为0 */
50: e1a00003 mov r0, r3 /* 将r0寄存器的值设为0 */
54: e24bd00c sub sp, fp, #12 ; 0xc /* 将sp的值设为fp-12，也就是4080 */
58: e89da800 ldmia sp, {fp, sp, pc} /* 将fp, sp, pc寄存器中的值加载到sp栈中，先读后增 */
/* 下面这部分是注释，.bin文件中不包含 */
Disassembly of section .comment:
00000000 <.comment>:
0: 43434700 cmpmi r3, #0 ; 0x0
4: 4728203a undefined
8: 2029554e eorcs r5, r9, lr, asr #10
c: 2e342e33 mrccs 14, 1, r2, cr4, cr3, {1}
10: Address 0x10 is out of bounds.
反汇编代码已经做了详细的注释，这里就不在解释。
过程中的内存数据情况：
前面那个例子，汇编调用main.c并没有传递参数，这里修改下c程序，让其传递参数。
start.S:
.text .global _start _start: /* 设置内存: sp 栈 */ ldr sp, =4096 /* nand启动 */ //ldr sp, =0x40000000+4096 /* nor启动 */ mov r0, #4 bl led_on ldr r0, =100000 bl delay mov r0, #5 bl led_on halt: b halt
led.c:
void delay(volatile int d)
{
while (d--);
}
int led_on(int which)
{
unsigned int *pGPFCON = (unsigned int *)0x56000050;
unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int *)0x56000054;
if (which == 4)
{
/* 配置GPF4为输出引脚 */
*pGPFCON = 0x100;
}
else if (which == 5)
{
/* 配置GPF5为输出引脚 */
*pGPFCON = 0x400;
}
/* 设置GPF4/5输出0 */
*pGPFDAT = 0;
return 0;
}
编译并烧写程序，发现先点亮LED1，后点亮LED2。
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），否则就会重启开发板。
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;
并点亮这三个LED。
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的内容如下：
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。
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