linux系统学习1-8：第1个ARM裸板程序及引申

第001节：辅线1_硬件知识_LED原理图

• 实现点亮LED的步骤：
  
  • 1.看原理图，确定控制led的引脚
    
    • 通过主芯片使用引脚输出：3.3V点亮led；0V熄灭led。
      -接法：
      
    • 引脚驱动能力不足：使用三极管，
    • 接法介绍：
      -接法1：
      
      -接法2:
      
  • 2.看主芯片手册，确定如何设置/控制引脚
  • 3.写程序

第002节：辅线1_硬件知识_s3c2440启动流程与GPIO操作

• 知识点：

  • 网络net，同名的net表示连接在一起
  • 网络中的n，常表示低电平有效
  • 怎么让GPF4输出1/0
    
    • 先配置为输出引脚
    • 设置状态
      
  • 设置GPFCON[9:8]=0b01(0b表示二进制，9为0,8为1),GPF4配置为输出
  • 设置GPFDAT[4]=1：输出高电平，led熄灭
  • 设置GPFDAT[4]=0：输出低电平，led点亮

• S3C2440框架与启动过程：

  • S3C2440框架图：
    
  • 启动过程：大多数ARM芯片从0地址启动
  • Nor启动时候，Nor Flash基地址为0；片内RAM地址为0x4000,0000
    
    • cpu读出Nor上第一个指令（前4字节），执行，
    • cpu继续读出其他指令执行。
  • Nand启动，片内4kRAM基地址为0； Nor Flash不可以访问
    
    • 2440硬件把Nand前4k内容复制到片内RAM，
    • 然后cpu从0地址取出第一条指令执行。

第003节：编写第一个程序点亮LED

• 怎么让GPF4输出1/0的方法：

  • 先配置为输出引脚
  • 设置状态
    
    
    • 设置GPFCON[9:8]=0b01(0b表示二进制:9为0,8为1),GPF4配为输出
      -==>把0x100写入GPFCON，即写到地址0x5600,0050上
    • 设置GPFDAT[4]=1：输出高电平，led熄灭
      -==>把0x10写到地址0x5600,0054上
    • 设置GPFDAT[4]=0：输出低电平，led点亮
      -==>把0写到地址0x5600,0054上
      
      • 补充知识：
        

• 几条汇编代码：

  • LDR(load)：读内存命令，
    
    • LDR RO,[R1]：假设R1的值为x，则读取地址x上的数据（4字节），保存到R0中
  • STR(store)：写内存命令
    
    • STR R0,R[1]:假设R1的值为x，把R0的值写入地址x（4字节）
    • B：跳转
  • MOV(move):
    
    • MOV R0, R1:把R1的值赋给R0，即R0=R1
    • MOV R0，#0x100：即把R0=0x100
    • LDR R0, =0X12345678：伪指令，它会被拆分为几条真正的RAM指令
    • 引入伪指令， “LDR R0,=任意值”的原因：
      -ARM指令一共32位，会有部分字节表示指令，某些存储R0，其余剩余的不足32位，不能表示任意值，只能表示简单值（被称为立即数）。

• 安装arm-linux-gcc注意事项以及相关重点：

  • 安装32位库
  • 如何判断ubuntu的版本

第004节：汇编与机器码

• CPU寄存器及其别名：

寄存器名	别名	全称
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13	sp	stack point:栈指针
R14	lr	link register:保存返回地址
R15	pc	program counter:程序计数器

• 详细介绍：
  
  • program counter:程序计数器=当前指令+8
    
    • 流水线：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（即PC的值）的指令
• 反汇编指令理解：
• 0: e59f1014 ldr r1, [pc, #20] ; 1c
  
  • r1=[pc+20]=[8+20]=[0x1c]=0x56000050
• 8: e5810000 str r0, [r1]
  
  • 把r0即0x100，写入r1对应的内存，0x100–>[0x56000050]:即GPFCON寄存器
• c: e59f100c ldr r1, [pc, #12] ; 20
  
  • r1=[pc+12]=[0xc+8+12]=[32]=[0x20]=0x56000054：即GPFDAT寄存器
  • GPFCON/GPFDAT在CPU中，都是作为内存
• 完整代码：

led_on.elf:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <_start>:
   0:   e59f1014    ldr r1, [pc, #20]   ; 1c 
   4:   e3a00c01    mov r0, #256    ; 0x100
   8:   e5810000    str r0, [r1]
   c:   e59f100c    ldr r1, [pc, #12]   ; 20 
  10:   e3a00000    mov r0, #0
  14:   e5810000    str r0, [r1]

00000018 :
  18:   eafffffe    b   18 
  1c:   56000050    undefined instruction 0x56000050
  20:   56000054    undefined instruction 0x56000054

Disassembly of section .ARM.attributes:

00000000 <.ARM.attributes>:
   0:   00001941    andeq   r1, r0, r1, asr #18
   4:   61656100    cmnvs   r5, r0, lsl #2
   8:   01006962    tsteq   r0, r2, ror #18
   c:   0000000f    andeq   r0, r0, pc
  10:   00543405    subseq  r3, r4, r5, lsl #8
  14:   01080206    tsteq   r8, r6, lsl #4
  18:   Address 0x00000018 is out of bounds.

• 练习题:
  
  • 修改len_on.s到点亮LED2
  • 直接修改led_on.bin点亮LED2
• mov指令机器码：
• 4: e3a00c01 mov r0, #256 ; 0x100
  
  
• 故：当代码为mov r0,#0x400,即修改最后的12位立即数（=immed_8循环右移（2*rotate）位）
  
  • 12位立即数中高4位，表示rotate，低8位：immed_8
• 具体介绍：
  
• 举一反三：
  

第005、006节：编程知识_进制-字节序

• 进制：

  • 如何快四转化2/8/16进制：
  • 8421
    
  • 0b开头：2进制
  • 0开头：8进制
  • 0x开头：16进制

• 字节序：

  • 低位存放低地址：小字节序（little endian）
  • 高位存在低地址：大字节序（big endian）

• 位操作：

  • 移位：
    
    • 左移：int a=0x123; int b=a<<2=?
      -通过8421来转化为二进制，即a=0001,0010,0011,故b=0100,1000,1100=8421=0x48C=0x123*(2^2)=0x123*4
    • 右移：int a=0x123; int b=a>>2=?
      -故a=0001,0010,0011; 则b=00,0100,1000=0x48=0x123/4=0x48
  • 取反： 原来为0的位变为1；原来为1的位变为0
    
    • int a=0x123; int b=~a=0xfffffedc???
  • 位与： c=a&b
    
    • 1 and 1 = 1;
    • 1 and 0 = 0;
    • 0 and 1 = 0;
    • o and 0 = 0;
  • 位或：c=a|b
    
    • 1 or 1 = 1;
    • 1 or 0 = 1;
    • 0 or 1 = 1;
    • o or 0 = 0;
  • 置位：
    
    • int a=0x123,把bit7,8置位
    • int b=a|(1<<7)|(1<<8)
      

• 清位：

  • int a=0x123,把bit7,8清除
  • int b=a&(~(1<<7))&(~(1<<8))
    

第007节：编写C程序控制LED

• C指针操作：

• 1.所有的变量在内存中都有一块区域
  

• 可以通过变量/指针来操作内存

第008节：

• 几条汇编代码：

  • LDR(load)：读内存命令，
    
    • LDR RO,[R1]：假设R1的值为x，则读取地址x上的数据（4字节），保存到R0中
  • STR(store)：写内存命令
    
    • STR R0,R[1]:假设R1的值为x，把R0的值写入地址x（4字节）
    • B：跳转
  • MOV(move):
    
    • MOV R0, R1:把R1的值赋给R0，即R0=R1
    • MOV R0，#0x100：即把R0=0x100
    • LDR R0, =0X12345678：伪指令，它会被拆分为几条真正的RAM指令
    • 引入伪指令， “LDR R0,=任意值”的原因：
      -ARM指令一共32位，会有部分字节表示指令，某些存储R0，其余剩余的不足32位，不能表示任意值，只能表示简单值（被称为立即数）。
  • add:
    
    • add r0,r1, #4==>r0=r1+4
  • sub:
    
    • sub r0, r1,#4==>r0=r1-4
    • sub r0, r1,r2==>r0=r1-r2

  • BL(branch and link):

    • bl * * *:
      -跳转到* * *；
      -并将返回地址（下一条指令的地址）保存在lr寄存器中

  • ldm（many）：读内存，写入多个寄存器

    • ldmia：
  • stm： 把多个寄存器的值写入内存
    
    • stmdb：
  • 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：
    
    

第009节：解析C程序的内部机制