3、I.MX6ULL学习笔记一C语言版本LED驱动实验
一、C语言运行环境构建
1、设置处理器模式
设置6ULL处于 SVC 模式下（Supervisor(SVC) 超级管理员模式，特权模式，供操作系统使用）。 设置 CPSR 寄存器 bit4:0，也就是 M[4:0]为10011=0x13。读写状态寄存器需要用到 MRS 和 MSR 指令。MRS 将 CPSR 寄存器数据读出到通用寄存器，MSR 指令将通用寄存器数据写入到 CPSR 寄存器。
/*设置处理器到SVC模式*/
mrs r0,cpsr @读取 cpsr 到 r0
@ mrs：将特殊寄存器CPSR里面的数据复制到 R0。
bic r0,r0,#0x1f @清除cpsr的 bit4:0 r0=r0&(~#0x1f)=0
@ bic：位清除 用法：BIC Rd,Rn,#immed Rd=Rn&(~#immed)
orr r0,r0,#0x13 @使用SVC模式
@ orr:按位或 用法：ORR Rd,Rn,#immed Rd=Rn|#immed
msr cpsr,r0 @将r0写入cpsr
2、设置 SP 指针
SP 可以指向内部 RAM，也可以指向 DDR，我们将其指向 DDR。SP 设置到哪里？512MB 的范围0x80000000-0x9FFFFFFF。栈大小，0x200000=2MB。 处理器栈增长方式，对于 A7而言是向下增长的。
因为 I.MX6U-ALPHA 开发 板 上 的 DDR3 地 址 范 围 是 0X80000000~0XA0000000(512MB) 或 者0X80000000~0X90000000(256MB)，不管是 512MB 版本还是 256MB 版本的，其 DDR3 起始地 址都是 0X80000000。由于 Cortex-A7 的堆栈是向下增长的，所以将 SP 指针设置为 0X80200000，因此 SVC 模式的栈大小 0X80200000-0X80000000=0X200000=2MB，2MB 的栈空间已经很大了，如果做裸机开发的话绰绰有余。
/*设置sp指针 */
ldr sp,=0x80200000
堆栈增长演示：
上图显示了堆栈 向上增长和向下增长的区别。
如果堆栈是向下增长，也就是从高地址向低地址增长，那么在任务刚开始创建后，堆栈是空的。如图中例子，栈顶在为TaskStk[0][511]，栈底为在TaskStk[0][0]。相反，如果堆栈是向上增长的，栈顶在为TaskStk[0][0]，栈底为在TaskStk[0][511]。
堆栈参考:
https://blog.csdn.net/asn1111/article/details/78135439
字体颜色设置：
https://blog.csdn.net/YZY_001/article/details/85257905
3、跳转到C语言
使用b main，跳转到main函数
软件实现（新建start.s）：
.global _start
_start:
/*设置处理器到SVC模式*/
mrs r0,cpsr @读取 cpsr 到 r0
@ mrs：将特殊寄存器CPSR里面的数据复制到 R0。
bic r0,r0,#0x1f @清除cpsr的 bit4:0 r0=r0&(~#0x1f)=0
@ bic：位清除 用法：BIC Rd,Rn,#immed Rd=Rn&(~#immed)
orr r0,r0,#0x13 @使用SVC模式
@ orr:按位或 用法：ORR Rd,Rn,#immed Rd=Rn|#immed
msr cpsr,r0 @将r0写入cpsr
/*设置sp指针 */
ldr sp,=0x80200000
/*因为I.MX6U-ALPHA开发板上的 */
b main @跳转到c语言 main 函数
二、软件编写
main.c和main.h的编写，main.h 里面主要是定义的寄存器地址
#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H
/*定义要使用的寄存器*/
#define CCM_CCGR0 *((volatile unsigned int *)0x020c4068)
#define CCM_CCGR1 *((volatile unsigned int *)0x020c406c)
#define CCM_CCGR2 *((volatile unsigned int *)0x020c4070)
#define CCM_CCGR3 *((volatile unsigned int *)0x020c4074)
#define CCM_CCGR4 *((volatile unsigned int *)0x020c4078)
#define CCM_CCGR5 *((volatile unsigned int *)0x020c407c)
#define CCM_CCGR6 *((volatile unsigned int *)0x020c4080)
/*IOMUX相关寄存器地址*/
#define SW_MUX_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0x020e0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0x020e02f4)
/*GPIO1相关寄存器地址*/
#define GPIO1_DR *((volatile unsigned int *)0x0209c000)
#define GPIO1_GDIR *((volatile unsigned int *)0x0209c004)
#define GPIO1_PSR *((volatile unsigned int *)0x0209c008)
#define GPIO1_ICR1 *((volatile unsigned int *)0x0209c00c)
#define GPIO1_ICR2 *((volatile unsigned int *)0x0209c010)
#define GPIO1_IMR *((volatile unsigned int *)0x0209c014)
#define GPIO1_ISR *((volatile unsigned int *)0x0209c018)
#define GPIO1_EDGE_SELECT *((volatile unsigned int *)0x0209c01c)
#endif
在 main.h 中我们以宏定义的形式定义了要使用到的所有寄存器，后面的数字就是其地址，比如 CCM_CCGR0 寄存器的地址就是 0X020C4068。
main.c函数：
首先使能外设时钟，这里直接使能所有时钟
/*使能外设时钟*/
void clk_enable(void)
{
CCM_CCGR0 = 0xffffffff;
CCM_CCGR1 = 0xffffffff;
CCM_CCGR2 = 0xffffffff;
CCM_CCGR3 = 0xffffffff;
CCM_CCGR4 = 0xffffffff;
CCM_CCGR5 = 0xffffffff;
CCM_CCGR6 = 0xffffffff;
}
初始化LED对应的IO口，包括设置IO 的复用功能、IO 的属性配置和 GPIO 功能：
/*初始化LED*/
void led_init(void)
{
SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5; /*复用为GPIO1_IO03*/
/*
*bit[0 ] : 0 低速率
*bit[5：3] : 110 R0/6驱动能力
*bit[7：6] : 10 100MHz速度
*bit[11 ] : 0 关闭开路输出
*bit[12 ] : 1 使能上下拉和状态保持器
*bit[13 ] : 0 使用状态保持器
*bit[15:14]: 0 100k下拉
*bit[16 ] : 0 关闭迟滞比较器（HYS）
电气属性为 00001000010110000 = 0x10b0
*/
SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10b0; /*设置GPIO1_IO03的电气属性*/
/*GPIO初始化*/
GPIO1_GDIR = 0x8; /*设置GPIO1_IO03为输出 设置GPIO1_GDIR寄存器bit3为1 */
/*设置GPIO1_IO03输出低电平，打开LED*/
GPIO1_DR = 0x0; /*打开LED*/
}
延时函数的编写，在 I.MX6U 工作 在 396MHz(Boot ROM 设 置的 396MHz)的 主 频 的 时候delay_short(0x7ff)基本能够实现大约 1ms 的延时，所以 delay()函数我们可以用来完成 ms 延时：
/*短延时函数*/
void delay_short(volatile unsigned int n)
{
while(n--){
}
}
/*延时，一次循环大概1ms,在主频396Mhz时
*n:延时ms数
*/
void delay(volatile unsigned int n)
{
while(n--)
{
delay_short(0x7ff);
}
}
打开和关闭LED：
/*打开LED*/
void led_on(void)
{
GPIO1_DR &= ~(1 << 3); /*bit3清零*/
}
/*关闭LED*/
void led_off(void)
{
GPIO1_DR |= (1 << 3); /*bit3置1*/
}
主函数：
int main()
{
clk_enable(); /*使能外设时钟*/
led_init(); /*初始化led*/
/*设置LED闪烁*/
while(1)
{
led_on();
delay(500);
led_off();
delay(500);
}
return 0;
}
编写Makefile：
objs = start.o main.o
ledc.bin : $(objs)
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 $^ -o ledc.elf
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@
arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis
%.o : %.c
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
%.o : %.s
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
clean :
rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis
这里面用到了 Makefile 变量和自动变量。
第 1 行定义了一个变量 objs，objs 包含着要生成 ledc.bin 所需的材料：start.o 和 main.o，也就是当前工程下的 start.s 和 main.c 这两个文件编译后的.o 文件。这里要注意 start.o 一定要放到最前面！因为在后面链接的时候 start.o 要在最前面，因为 start.o 是最先要执行的文件！
第 3 行就是默认目标，目的是生成最终的可执行文件 ledc.bin，ledc.bin 依赖 start.o 和 main.o如果当前工程没有 start.o 和 main.o 的时候就会找到相应的规则去生成 start.o 和 main.o。比如start.o 是 start.s 文件编译生成的，因此会执行第 8 行的规则。
第 4 行是使用 arm-linux-gnueabihf-ld 进行链接，链接起始地址是 0X87800000，但是这一行用到了自动变量“$^ ”，“$^”的意思是所有依赖文件的集合，在这里就是 objs 这个变量的值：start.o 和 main.o。链接的时候 start.o 要链接到最前面，因为第一行代码就是 start.o 里面的，因此这一行就相当于：
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 $^ -o ledc.elf
等同于：
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf start.o main.o
第 5 行使用 arm-linux-gnueabihf-objcopy 来将 ledc.elf 文件转为 ledc.bin，本行也用到了自动变量“$@”，“$@”的意思是目标集合，在这里就是“ledc.bin”，那么本行就相当于：
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@
等同于：
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf ledc.bin
第 6 行使用 arm-linux-gnueabihf-objdump 来反汇编，生成 ledc.dis 文件。
第 8~12 行就是针对不同的文件类型将其编译成对应的.o 文件，其实就是汇编.s(.S)和.c 文件，比如 start.s 就会使用第 8 行的规则来生成对应的 start.o 文件。第 9 行就是具体的命令，这行也用到了自动变量“$@”和“$<”，其中“$<”的意思是依赖目标集合的第一个文件。比如start.s 要编译成 start.o 的话第 8 行和第 9 行就相当于：
%.o : %.c
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
-wall 表示显示编译时候的所有警告，-nostdlib表示不链接系统标准启动文件和库文件，否者编译可能出错。 -O2表示优化等级，和MDK上的设置含义一样
等同于：
start.o:start.s
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o start.o start.s
第 14 行就是工程清理规则，通过命令“make clean”就可以清理工程。
Makefile 文件就讲到这里，我们可以将整个工程拿到 Ubuntu 下去编译，编译完成以后可以使用软件 imxdownload 将其下载到 SD 卡中，命令如下：
chmod 777 imxdownload //给予 imxdownoad 可执行权限，一次即可
./imxdownload ledc.bin /dev/sdd //下载到 SD 卡中
复制imxdownload文件到本文件夹：
cp ../1_leds/imxdownload ./
附录 Makefile 自动化变量：
如何通过一行命令来从不同的依赖文件中生成对应的目标？自动化变量就是完成这个功能的！所谓自动化变量就是这种变量会把模式中所定义的一系列的文件自动的挨个取出，直至所有的符合模式的文件都取完，自动化变量只应该出现在规则的命令中，常用的自动化变量如表：
三、链接脚本
在上面的 Makefile 中我们链接代码的时候使用如下语句：
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 $^ -o ledc.elf
上面语句中我们是通过“-Ttext”来指定链接地址是 0X87800000 的，这样的话所有的文件都会链接到以 0X87800000 为起始地址的区域。但是有时候我们很多文件需要链接到指定的区域，或者叫做段里面，比如在 Linux 里面初始化函数就会放到 init 段里面。因此我们需要能够自定义一些段，这些段的起始地址我们可以自由指定，同样的我们也可以指定一个文件或者函数应该存放到哪个段里面去。要完成这个功能我们就需要使用到链接脚本，看名字就知道链接脚本主要用于链接的，用于描述文件应该如何被链接在一起形成最终的可执行文件。其主要目的是描述输入文件中的段如何被映射到输出文件中，并且控制输出文件中的内存排布。比如我们编译生成的文件一般都包含 text 段、data 段等等。
链接脚本的语法很简单，就是编写一系列的命令，这些命令组成了链接脚本，每个命令是一个带有参数的关键字或者一个对符号的赋值，可以使用分号分隔命令。像文件名之类的字符串可以直接键入，也可以使用通配符“*”。最简单的链接脚本可以只包含一个命令“SECTIONS”,我们可以在这一个“SECTIONS”里面来描述输出文件的内存布局。我们一般编译出来的代码都包含在 text、data、bss 和 rodata 这四个段内，假设现在的代码要被链接到 0X10000000 这个地址，数据要被链接到 0X30000000 这个地方，下面就是完成此功能的最简单的链接脚本：
SECTIONS{
. = 0X10000000;
.text : {*(.text)}
. = 0X30000000;
.data ALIGN(4) : { *(.data) }
.bss ALIGN(4) : { *(.bss) }
}
第 1 行我们先写了一个关键字“SECTIONS”，后面跟了一个大括号，这个大括号和第 7 行的大括号是一对，这是必须的。看起来就跟 C 语言里面的函数一样。
第 2 行对一个特殊符号“.”进行赋值，“.”在链接脚本里面叫做定位计数器，默认的定位计数器为 0。我们要求代码链接到以 0X10000000 为起始地址的地方，因此这一行给“.”赋值0X10000000，表示以 0X10000000 开始，后面的文件或者段都会以 0X10000000 为起始地址开始链接。
第 3 行的“.text”是段名，后面的冒号是语法要求，冒号后面的大括号里面可以填上要链接到“.text”这个段里面的所有文件，“(.text)”中的“”是通配符，表示所有输入文件的.text
段都放到“.text”中。
第 4 行，我们的要求是数据放到 0X30000000 开始的地方，所以我们需要重新设置定位计数器“.”，将其改为 0X30000000。如果不重新设置的话会怎么样？假设“.text”段大小为 0X10000，那么接下来的.data 段开始地址就是 0X10000000+0X10000=0X10010000，这明显不符合我们的要求。所以我们必须调整定位计数器为 0X30000000。
第 5 行跟第 3 行一样，定义了一个名为“.data”的段，然后所有文件的“.data”段都放到这里面。但是这一行多了一个“ALIGN(4)”，这是什么意思呢？这是用来对“.data”这个段的起始地址做字节对齐的，ALIGN(4)表示 4 字节对齐。也就是说段“.data”的起始地址要能被 4 整除，一般常见的都是 ALIGN(4)或者 ALIGN(8)，也就是 4 字节或者 8 字节对齐。
第 6 行定义了一个“.bss”段，所有文件中的“.bss”数据都会被放到这个里面，“.bss”数据就是那些定义了但是没有被初始化的变量。
上面就是链接脚本最基本的语法格式，我们接下来就按照这个基本的语法格式来编写我们本试验的链接脚本，我们本试验的链接脚本要求如下：
、链接起始地址为 0X87800000。
、start.o 要被链接到最开始的地方，因为 start.o 里面包含这第一个要执行的命令。
根据要求，在 Makefile 同目录下新建一个名为“imx6ul.lds”的文件，然后在此文件里面输入如下所示代码：
SECTIONS{
. = 0x87800000 ;
.text :
{
start.o
main.o
*(.text) @表示剩下的所有代码段
}
.rodata ALIGN(4) : {
*(.rodata*)}
.data ALIGN(4) : {
*(.data)}
__bss_start=.;
.bss ALIGN(4) : {
*(.bss) *(COMMON)}
__bss_end=.;
}
第 2 行设置定位计数器为0X87800000，因为我们的链接地址就是0X87800000。第5行设置链接到开始位置的文件为start.o， 因为 start.o 里面包含着第一个要执行的指令，所以一定要链接到最开始的地方。第 6 行是 main.o这个文件，其实可以不用写出来，因为 main.o 的位置就无所谓了，可以由编译器自行决定链接位置。在第 11、13 行有“__bss_start”和“__bss_end”这两个东西？这个是什么呢？“__bss_start”和“__bss_end”是符号，第 11、13 这两行其实就是对这两个符号进行赋值，其值为定位符“.”，这两个符号用来保存.bss 段的起始地址和结束地址。前面说了.bss 段是定义了但是没有被初始化的变量，我们需要手动对.bss 段的变量清零的，因此我们需要知道.bss 段的起始和结束地址，这样我们直接对这段内存赋 0 即可完成清零。通过第 11、13 行代码，.bss 段的起始地址和结束地址就保存在了“__bss_start”和“__bss_end”中，我们就可以直接在汇编或者 C 文件里面使用这两个符号。
修改 Makefile
在上一小节中我们已经编写好了链接脚本文件：imx6ul.lds，我们肯定是要使用这个链接脚本文件的，将 Makefile 中的如下一行代码：
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^
改为：
arm-linux-gnueabihf-ld -Timx6ul.lds -o ledc.elf $^
其实就是将-T 后面的 0X87800000 改为 imx6ul.lds，表示使用 imx6ul.lds 这个链接脚本文件。修改完成以后使用新的 Makefile 和链接脚本文件重新编译工程，编译成功以后就可以烧写到 SD 卡中验证了。