基于Cortex-A9 LED汇编、C语言驱动编写

0. 前言

一般我们购买一个开发板,厂家都会给出对应的电路图文件,我们可以通过搜索对应名称来查找到对应的外设。对于驱动工程师来说,我们只需要知道外设与SOC交互的一些数据线和信号线即可。

用主控芯片控制这些外设的一般步骤:

  1. 看电路原理图,弄明白主控芯片和外设是怎么连接的,对于驱动工程师来说,主要是看外设的一些clk、数据引脚、控制引脚是如何连接的;
  2. 外设一般都会连接到SOC的1个或者多个控制器上,比如i2c、spi、gpio等,有的是数据线有的是信号线,中断线等;
  3. 根据电路连接和需求对主控芯片进行设置,往往对外设的设置都是通过寄存器操作实现;
  4. 书写相应代码,实现功能,不同类型的外设,代码结构也不尽相同,比如按键,我们既可以通过轮询方式读取按键信息,也可以通过中断方式来读取。

下面我们就以华清远见的fs4412开发板为例来看如何编写led的裸机程序。SOC exynos 4412 datahseet 下载地址:

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

一、LED灯电路图

首先看下led电路图:

LED电路图

  1. 该板子有4个LED,是发光二极管,有电流是为蓝色;
  2. led都接了上拉电阻;
  3. 三极管的基极接了SOC的某个GPIO引脚;
  4. 比如GPX1_0,当该引脚为高电平是,三极管pn结导通,于是LED3两侧就有了电势差,LED3被点亮,如果该引脚为低电平,pn结截止,LED3两侧就没有了电势差,LED3熄灭。

下面是CPU核访问GPIO控制器的数据通路:

AHB:高速总线

APB Bridge:APB总线桥

APB:外设总线,低速总线

GPIO挂载在APB总线上

GPIO 与 SOC

由上图可知,cpu要访问GPIO的寄存器需要经过的路径。

二、GPIO

GPIO(General Purpose I/O Ports)意思为通用输入/输出端口,通俗地说,就是一些引脚,可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平。

用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互(如UART),控制硬件工作(如LED、蜂鸣器等),读取硬件的工作状态信号(如中断信号)等。GPIO口的使用非常广泛。

1. GPIO的优点

  • 低功耗:GPIO具有更低的功率损耗(大约1µA,µC的工作电流则为100µA)。
  • 集成I²C从机接口:GPIO内置I²C从机接口,即使在待机模式下也能够全速工作。
  • 小封装:GPIO器件提供最小的封装尺寸—3mm x 3mm QFN!
  • 低成本:您不用为没有使用的功能买单!
  • 快速上市:不需要编写额外的代码、文档,不需要任何维护工作!
  • 灵活的灯光控制:内置多路高分辨率的PWM输出。
  • 可预先确定响应时间:缩短或确定外部事件与中断之间的响应时间。
  • 更好的灯光效果:匹配的电流输出确保均匀的显示亮度。
  • 布线简单:仅需使用2条I²C总线或3条SPI总线。

2. exynos4412 GPIO特性

  1. 172 个外部中断
  2. 32个外部可唤醒中断
  3. 252个多功能 input/output ports
  4. 在休眠模式下也可以控制GPIO引脚,但不包括 GPX0, GPX1, GPX2, and GPX3

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

Exynos 4412 SCP 包括304个多功能 input/output端口引脚和164 存储端口引脚. 总共 37 个端口分组和两个存储端口分组.。

下图为GPIO模块图:

GPIO Block Diagram

三、如何操作GPIO?

主要通过寄存器来操作GPIO引脚。

GPxCON用于选择引脚功能,GPxDAT用于读/写引脚数据;另外,GPxUP用于确定是否使用内部上拉电阻。其中x为A、B…..H、J等。

1. GPxCON寄存器

从寄存器的名字可以看出,它用于配置(Configure)-选择引脚功能。

LED3是连接到GPX1_0,该引脚说明如下:

GPX1CON

由上图所示,

GPX1CON地址为0x1100C20;

LED3是输出设备,所以需要将GPX1CON[3:0]设置为0x1,但是能修改其他的bite。

2. GPxDAT寄存器

GPxDAT用于读/写引脚;当引脚被设为输入时,读此寄存器可知相应引脚的电平状态是高还是低;当引脚被设为输出时,写此寄存器相应位可以令此引脚输出高电平或是低电平。

GPX1DAT

  1. GPX1DAT的地址是0x1100C24
  2. LED3对应的输出引脚是GPX1DAT[0],点灯只需要将该引脚设置为1即可,灭灯将bite0置0。

3. GPxUP寄存器

GPxUP:某位为1时,相应引脚无内部上拉电阻;为0时,相应引脚使用内部上拉电阻。

上拉电阻的作用在于:当GPIO引脚处于第三态(即不是输出高电平,也不是输出低电平,而是呈高阻态,即相当于没接芯片)时,它的电平状态由上拉电阻、下拉电阻确定。

本例不用设置。

四、驱动编写

下面我们分别用汇编和C语言来给LED编写驱动程序。

1. 汇编代码

大家如果掌握了我之前讲解的汇编指令的知识点,那么这个代码很容易就能看明白:

.globl _start 
.arm 
_start: 
 LDR R0,=0x11000C20 @将配置寄存器GPX1CON的地址写入到R0 
 LDR R1,[R0]  @读取寄存器GPX1CON的值保存到R1 
 BIC R1,R1,#0x0000000f @将R1的3:0位清0,目的是不覆盖到其他bit的值 
 ORR R1,R1,#0x00000001 @将R1的3:0位置1 
 STR R1,[R0]  @将R1的值写回寄存器GPX1CON 
loop: 
 LDR R0,=0x11000C24 @将data寄存器GPX1DAT的地址写入到R0 
 LDR R1,[R0] @读取寄存器GPX1DAT的值保存到R1 
 ORR R1,R1,#0x01 @将R1的值bite0 设置为1,即拉高,点灯 
 STR R1,[R0]  @将R1的值写回寄存器GPX1DAT 
 BL delay  @调用延时函数 
 LDR R1,[R0]  
 BIC R1,R1,#0x01 @将R1的值bite0 设置为0,即拉低,灭灯 
 STR R1,[R0] 
 BL delay 
 B loop 
delay:     @delay延时函数 
 LDR R2,=0xfffffff 
loop1: 
 SUB R2,R2,#0x1 
 CMP R2,#0x0 
 BNE loop1 
 MOV PC,LR @返回 
.end  

Makefile

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

程序功能很简单,就是让LED3呈现一闪一闪的效果。

执行make,最终生成的gcd.bin文件。

2. c语言实现

如果要进入C语言执行环境,那么就必须为设置栈空间,函数调用参数和返回值会压栈。

start.s

.text 
.global _start 
_start: 
  ldr  sp,=0x70000000         /*get stack top pointer*/ 
  b  main 

main.c

/* GPX1 */ 
typedef struct { 
    unsigned int CON; 
    unsigned int DAT; 
    unsigned int PUD; 
    unsigned int DRV; 
}gpx1; 
#define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) 
 
void led_init(void) 
{ 
 GPX1.CON = GPX1.CON & (~(0x0000000f)) | 0x00000001; 
} 
void led_on(int n) 
{  
 GPX1.DAT = GPX1.DAT|0x01; 
} 
void led_off() 
{  
 GPX1.DAT = GPX1.DAT&(~(0x01));   
} 
void  delay_ms(unsigned int num) 
{   int i,j; 
     for(i=num; i>0;i--) 
      for(j=1000;j>0;j--) 
         ; 
 } 
int main(void) 
{ 
 led_init (); 
 while (1) { 
  led_on(); 
  delay_ms(500); 
  led_off(); 
  delay_ms(500); 
 } 
 while(1); 
    return 0; 
}    

map.lds

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") 
OUTPUT_ARCH(arm) 
ENTRY(_start) 
SECTIONS 
{ 
 . = 0x40008000;     ;从该地址开始 
 . = ALIGN(4); 
 .text      :       ;指定代码段 
 { 
  gcd.o(.text)  ;代码的第一个部分,绝对不能错 
  *(.text) 
 } 
 . = ALIGN(4); 
    .rodata :             ;只读数据段 
 { *(.rodata) } 
    . = ALIGN(4); 
    .data :              ;读写数据段 
 { *(.data) } 
    . = ALIGN(4); 
    .bss :               
     { *(.bss) } 
} 

Makefile

TARGET=gcd 
TARGETC=main 
all: 
 arm-none-eabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGETC).o  $(TARGETC).c 
 arm-none-eabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s 
 arm-none-eabi-gcc -O0 -g -S -o $(TARGETC).s  $(TARGETC).c 
 arm-none-eabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Tmap.lds -o  $(TARGET).elf 
 arm-none-eabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin  
clean: 
 rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin 

执行make命令,最终生成的gcd.bin文件。

这段代码中,读者可能不能理解的是下面的定义:

typedef struct { 
    unsigned int CON; 
    unsigned int DAT; 
    unsigned int PUD; 
    unsigned int DRV; 
}gpx1; 
#define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) 

GPX1宏定义

由上图所示:

  1. (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) :将常量0x11000C20 强转成struct gpx1类型指针
  2. (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ):查找指针对应的内存驱动,即对应整个结构体变量,结构体变量地址为0x11000C20
  3. #define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) :GPX1等价于地址为0x11000C20的结构体变量

这样我们要想操作GPX1的寄存器,就可以像结构体变量一样操作即可。

3. 测试

采用UBOOT自带的命令loadb,通过串口以baud速率下载binary(.bin)至SDRAM中某一地址中,然后用go 命令从某地址处开始执行程序。

该命令使用了kermit protocol,嵌入式系统通常使用该协议与pc传送文件。

操作步骤如下:

  1. 串口连接开发板,开发板启动后在读秒阶段,立即按下回车,进入uboot命令界面
  2. 执行loadb 40008000 【该地址与Makefile 和map.lds文件中的地址保持一致】
  3. 选择菜单transfer->send Kermit,
  4. 然后选择我们编译好的gcd.bin文件,
  5. 点击OK,出现”Staring kermit transfer.”字样,
  6. 执行 go 40008000,运行程序

运行裸机程序

执行结果:

led

可以看到LED闪烁的现象。

5. 注意

该种测试方法需要bootloader选用uboot,并且需要串口工具支持Kermit协议,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该协议】,该软件的下载和安装方法【安装方法有点繁琐】可以公众号后台回复【SecureCRT】。

SecureCRT版本

51CTO
我还没有学会写个人说明!
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