imx6ull-qemu 裸机教程1：GPIO,IOMUX,I2C
无意间搜到了韦东山老师的6ul网站，上面有一个6ul的qemu仿真器，下载下来用了用，非常好用，有UI，比原装的qemu-system-arm提供的6ul开发板多了很多功能。
下面贴出的就是韦东山老师的qemu网站:
百问网imx6ull-qemu
但是默认的跑了linux，没有裸机的例程。所以本文写了几个裸机的程序以供参考学习6ul soc上一些外设IP。目的是以最简单的代码来帮助对6ul感兴趣的朋友属性IP的使用。
本教程源码
目标实现以下模块的裸机驱动教程：
- GPIO LED
- GPIO BUTTON
- I2C AT24CXX EEPROM
- GPT定时器
- USDHC SD卡
注：本文中的驱动只适用于QEMU仿真器上使用，不一定能在真实的芯片上跑起来。原因主要是跟clock，timing有关。因为qemu是纯软件的东西，qemu并没有对timing有严格的要求，所以在本文中所有驱动都没有对clock和timing进行处理。
文章目录
- 1. 6UL SOC 启动代码编写
- 1.1 System memory map
- 1.2 链接文件
- 1.3 启动汇编代码
- 2 GPIO LED
- 2.1 IOMUXC
- 2.2 GPIO
- 测试代码
- 3 GPIO Button
1. 6UL SOC 启动代码编写
1.1 System memory map
首先看看6UL SOC的memory map
我们关心如下几段内存空间：
- 0x0000_0000 - 0x0001_7FFF BootROM。 6ul真实芯片启动的第一条代码是从BootROM 0地址启动，6ul qemu第一条指令也是从0地址开始启动。但是不同的是，6ul qemu并没有BootROM的启动代码，所以我们编写的裸机程序的代码从0地址开始链接，这段ROM空间我们可以用作text段。在真实的芯片上，BootROM会从不同的启动设备上读出Boot Image，典型的如Uboot，然后把Boot Image扔到DDR或者OCRAM上去跑。
- 0x0090_0000 - 0x0097_FFFF OCRAM。这段OCRAM我们可以用来存放data段，bss段和stack段。
- 0x8000_0000 - 0xFFFF_FFFF DDR。这段内存可以用作通用内存，暂时在本文的代码中没用到。
1.2 链接文件
6ul_bare_metal/6ul_bare_metal.ld
ENTRY(reset)
SECTIONS
{
. = 0x00000000;
.startup . : { start.o(.text) }
.text : { *(.text) }
. = 0x00900000;
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss COMMON) }
. = ALIGN(8);
. = . + 0x8000; /* 32kB of stack memory */
svc_stack_top = .;
}
正如上一节所述，test位于BootROM上，data，bss和stack段位于OCRAM上。其中：
- start.o是启动文件及异常向量表， 所以将其链接到最顶端。
- stack占用32KB大小内存。
1.3 启动汇编代码
6ul_bare_metal/start.S
.align 4
.global reset
.global c_entry
.section .isr_vector
.text
reset:
B reset_handler
B .
B . //SVC
B .
B .
B .
B . //IRQ
B . //FIQ
reset_handler:
ldr r0, =0x00900000
mcr p15,0,r0,c12,c0,0
ldr sp, =svc_stack_top
bl c_entry
b .
reset处存放了arm向量表，除了reset之外其他都是一个死循环。本文所有代码作了以下简化：
- 不使用任何中断，所有驱动都查询中断标志位的方式。
- 所有代码运行在特权模式下。
每一个demo都实现了一种外设，在运行模式下切换没有什么意义，增加了demo的复杂性，所以对所有裸机demo做了以上简化。
启动代码很简单，0地址就是一条B reset_handler的代码，然后reset handler设了一下特权模式下的栈指针，就跳转c函数的入口c_entry中。以下是start.s编译器编出来的代码。
00000000 :
0: ea000006 b 20
4: eafffffe b 4
8: eafffffe b 8
c: eafffffe b c
10: eafffffe b 10
14: eafffffe b 14
18: eafffffe b 18
1c: eafffffe b 1c
00000020 :
20: e3a00609 mov r0, #9437184 ; 0x900000
24: ee0c0f10 mcr 15, 0, r0, cr12, cr0, {0}
28: e59fd004 ldr sp, [pc, #4] ; 34
2c: eb000034 bl 104
30: eafffffe b 30
34: 00908008 addseq r8, r0, r8
使用cgdb debug启动代码如下：
打印的代码涉及到UART，这里先不解释了，后面解释UART的时候再说。代码实现imx_uart.c和qemu_print.c中。
2 GPIO LED
2.1 IOMUXC
从原理图上看到，我们要选择点亮的LED使用了GPIO1_3这个pin。
在6UL上，每一个引脚可以有8个mux选项(也被称作ALT模式)。比如我们要使用的GPIO1_3，这个pin有8个mux选项可供不同的IP使用。因此，我们再使用该pin前，要先选择好特定的mux选项。
所以点亮LED前，我们先要写好IOMUXC的代码。很简单就是封装了一下IOMUXC寄存器的MUX_MODE和SION的操作。
imx_iomuxc.h
#ifndef __IMX6UL_IOMUXC_H__
#define __IMX6UL_IOMUXC_H__
#include 2.2 GPIO
GPIO 是通用输入输出端口的简称，简单来说就是6UL可控制的引脚，6UL芯
片的GPIO 引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。
6UL芯片的GPIO 被分成很多组，每组有32 个引脚.
[注：以下内容节选自《i.MX RT 库开发实战指南—基于野火RT1052 开发板》]
下面我们按图 7-1 中的编号对GPIO 端口的结构部件进行说明。
- PAD
PAD 代表了一个RT1052 的GPIO 引脚。在它的左侧是一系列信号通道及控制线，如 input_on 控制输入开关，Dir 控制引脚的输入输出方向，Data_out 控制引脚输出高低电平，Data_in 作为信号输入，这些信号都经过一个IOMUX 的器件连接到左侧的寄存器。另外，对于每个引脚都有很多关于属性的配置，这些配置是由图 7-2 中的框架结构实现的。 - IOMUX 复用选择器
- Block 外设功能控制块
Block 是外设功能控制块，例如具有ENET 的数据接收功能的引脚，它就需要网络外设ENET 的支持，具有PWM输出功能的引脚，它需要PWM外设的支持，这些外设在芯片内部会有独立的功能逻辑控制块，这些控制块通过IOMUX 的复用信号与IO 引脚相连。使用时通过IOMUX 选择具体哪个外设连接到IO。 - GPIO 外设
GPIO 模块是每个IO 都具有的外设，它具有IO 控制最基本的功能，如输出高低电平、检测电平输入等。它也占用IOMUX 分配的复用信号，也就是说使用GPIO 模块功能时同样需要使用IOMUX 选中GPIO 外设。图中的GPIO.DR、GPIO.GDIR、GPIO.PSR 等是指GPIO 外设相关的控制寄存器，它们分别是数据寄存器、方向寄存器以及引脚状态寄存器，
功能介绍如下：
GPIO.GDIR 方向寄存器
控制一个GPIO 引脚时，要先用GDIR 方向寄存器配置该引脚用于输出电平信号还是用作输入检测。典型的例子是使用输出模式可以控制LED 灯的亮灭，输入模式时可以用来检测按键是否按下。
GDIR 寄存器的每一个数据位代表一个引脚的方向，对应的位被设置为0 时该引脚为输入模式，被设置为1 时该引脚为输出模式
GPIO.DR 数据寄存器
DR 数据寄存器直接代表了引脚的电平状态，它也使用1 个数据位表示1 个引脚的电平，每位用1 表示高电平，用0 表示低电平
GPIO.PSR 引脚状态寄存器
PSR 引脚状态寄存器相当于DR 寄存器的简化版，它仅在GDIR 方向寄存器设置为输入模式时有效，它的每个位表示一个引脚当前的输入电平状态。PSR 寄存器的权限是只读的，对它进行写操作是无效的。
GPIO.ICR1 & GPIO.ICR2
这两个寄存器决定了每一个引脚触发中断的方式，每一个引脚有两个bit表示。因此一个32位的寄存器只能表示16个pin。ICR1控制GPIOX_0 - GPIOX_15. ICR2控制GPIOX_16 - GPIOX_31。
每一个GPIO有4种中断触发方式：
- 低电平触发
- 高电平触发
- 上升沿触发
- 下降沿触发
GPIO.IMR中断屏蔽寄存器
IMR中每一位控制一个pin的中断屏蔽，当置位1后，该GPIO就不会触发中断。
GPIO.ISR中断状态寄存器
ISR中每一个bit表示每一个pin是否有中断触发，当置为1时，表示有中断触发，为0则没有中断发生。软件往该位写1则会清掉该中断标志位
GPIO的头文件imx_gpio.h
代码很简单，仅仅是定义了gpio的结构体和声明了API。
#ifndef __IMX_GPIO_H__
#define __IMX_GPIO_H__
#include API实现也很简单，就是对GPIO硬件进行了软件封装
#include "imx_gpio.h"
#include "imx_uart.h"
void gpio_set_dr(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->dr |= (1 << idx);
}
void gpio_clr_dr(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->dr &= ~(1 << idx);
}
void gpio_set_output(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->gdir |= (1 << idx);
}
void gpio_set_input(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->gdir &= ~(1 << idx);
}
uint8_t gpio_get_psr(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
return (gpio->psr & (1 << idx));
}
void gpio_set_int_cfg(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx, uint8_t cfg)
{
uint32_t shift = 0;
uint32_t mask = 0;
if (idx < 16)
{
shift = idx * 2;
mask = 3 << (idx * 2);
gpio->icr1 &= ~mask;
gpio->icr1 |= (cfg << shift);
}
else
{
shift = (idx - 16) * 2;
mask = 3 << ((idx - 16) * 2);
gpio->icr2 &= ~mask;
gpio->icr2 |= (cfg << shift);
}
}
void gpio_mask_int(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->imr &= ~(1 << idx);
}
void gpio_unmask_int(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->imr |= (1 << idx);
}
uint32_t gpio_get_int_stat(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
return gpio->isr & (1 << idx);
}
void gpio_clr_int_stat(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->isr |= (1 << idx);
}
void gpio_set_edge_sel(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->edge_sel |= (1 << idx);
}
void gpio_clr_edge_sel(imx_gpio_t *gpio, uint8_t idx)
{
gpio->edge_sel &= ~(1 << idx);
}
void dump_gpio(imx_gpio_t *gpio)
{
printf("%s isr:%x\n", __func__, gpio->isr);
printf("%s icr1:%x\n", __func__, gpio->icr1);
printf("%s icr2:%x\n", __func__, gpio->icr2);
printf("%s dr:%x\n", __func__, gpio->dr);
printf("%s gdir:%x\n", __func__, gpio->gdir);
printf("%s imr:%x\n\n", __func__, gpio->imr);
}
测试代码
测试代码先配置GPIO1_3的IOMUX为ALT5，然后就按时往GPIO1_3的DR的寄存器写1和0翻转LED即可。
entry.c
static void test_led()
{
uint8_t i = 0;
imx_gpio_t *gpio1 = (imx_gpio_t *)0x0209c000UL;
iomuxc_set_mux(IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03, MUX_MODE_ALT5);
gpio_set_output(gpio1, 3);
while(1) {
if ((i % 2) == 0)
gpio_set_dr(gpio1, 3);
else
gpio_clr_dr(gpio1, 3);
printf("%s:%d\n", __func__, i++);
delay();
}
}
运行命令: make run，运行结果如下图
3 GPIO Button
Demo中使用GPIO1_18作为KEY2。使用轮询中断标志位的方式读取按键事件，当按键被按下的时候，将LED状态翻转。
首先配置LED的GPIO1_3为输出
static void test_button()
{
uint32_t button_int_stat = 0;
uint8_t led_status = 0;
imx_gpio_t *gpio1 = (imx_gpio_t *)0x0209c000UL;
iomuxc_set_mux(IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03, MUX_MODE_ALT5);
gpio_set_output(gpio1, 3);
配置KEY2的GPIO1_18为输入状态，使能中断但关闭中断，上升沿触发中断。即使屏蔽中断，当有上升沿事件触发后中断标志位还是会被置上
iomuxc_set_mux(IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_CTS, MUX_MODE_ALT5);
gpio_set_input(gpio1, 18);
gpio_set_int_cfg(gpio1, 18, RISING_EDGE);
gpio_clr_int_stat(gpio1, 18);
gpio_unmask_int(gpio1, 18);
定时查询KEY2的状态，一旦KEY2被按下弹起一次，LED就会翻转一次。
while (1) {
while((button_int_stat = gpio_get_int_stat(gpio1, 18)) == 0) {
delay();
}
printf("button changed\n");
led_status = ~led_status;
gpio_clr_int_stat(gpio1, 18);
if (led_status == 0) {
gpio_set_dr(gpio1, 3);
} else {
gpio_clr_dr(gpio1, 3);
}
delay();
}
代码很简单，直接make run
