Linux裸机开发|汇编点灯及启动方式介绍
一、汇编点灯
1. IMX6U IO介绍
IMX6ULL的IO分为两类：SNVS域和通用，这两类IO本质上是一样的。以IOMUXC_SW_MUC_CTL_PAD_GPIO1_IO01为例：后面的GPIO1_IO01就是GPIO命名
1.1 IO复用
SW_MUX_CTL寄存器是用来配置IO复用功能的
- MUX_MODE（bit0~bit3）：用来设置GPIO1_IO00的复用功能
1.2 IO配置
SW_PAD_CTL寄存器是用来配置IO口参数的
- HYS：使能或禁止迟滞比较器
- PUS：设置上下拉电阻
- PUE：设置IO使用上下拉还是状态保持器（IO作为输入）
- PKE：使能或禁止上下拉/状态保持器功能
- ODE：使能或禁止开路输出（IO作为输出）
- SPEED：设置IO速度（IO作为输出）
- DSE：设置IO的驱动能力（IO作为输出）
- SRE：设置压摆率
1.3 GPIO配置
上面两种类型的寄存器是配置IO的，不是GPIO，GPIO是IO口众多复用功能中的一种。如果我们要使用GPIO来点灯或作为按键输入功能，在将IO复用为GPIO之后，还需要对GPIO的功能进行配置
GPIO结构图如下示
由上图可以看出使用GPIO功能，除了配置IO复用和IO属性寄存器外，还需要设置DR、GDIR、PSR、ICR1、ICR2、EDGE_SEL、IMR、ISR这八个寄存器
- GPIOx_DR 数据寄存器：一个GPIO组最大只有32个IO，DR寄存器中的每一个位对应一个GPIO
当设置为输出模式，向指定的位写入数据，相应的IO就会输出相应的高低电平
当设置为输入模式，比如GPIO1_IO00引脚接地的话，GPIO1.DR的bit0就是0
- GPIOx_GDIR 方向寄存器：设置IO的工作方向是输入还是输出，每个位对应一个IO
若要设置GPIO1_IO00为输入，则GPIO1.GDIR = 0；反之GPIO1.GDIR = 1
- GPIOx_PSR 状态寄存器：一个位对应一个GPIO，用于获取对应的GPIO的状态（高低电平）
功能类似于输入状态下的DR寄存器
- GPIOx_ICR1和GPIOx_ICR2 中断控制寄存器：每两位对应一个GPIO
例如设置GPIO1_IO15为上升沿触发中断，则GPIO1.ICR1 = 2 << 30
-
GPIOx_EDGE_SEL
-
GPIOx_IMR 中断屏蔽寄存器：一个位对应一个GPIO，用于控制GPIO的中断使能和禁止
例如要使能GPIO1_IO00的中断，则GPIO1.MIR = 1
- GPIOx_ISR 中断状态寄存器：一个位对应一个GPIO，只要某个GPIO的中断发生，ISR中相应的位会被置1
可通过读取ISR寄存器来判断GPIO中断是否发生，这些位相当于中断标志位
处理完中断后，必须清除中断标志位
1.4 时钟使能
IMX6U的每个外设的时钟都可以独立的使能或禁止，这样可以关闭掉不使用的外设时钟，起到省电的目的。CCM有CCM_CCGR0~CCM_CCGR6这7个外设时钟使能寄存器，这7个寄存器控制着IMX6U的所有外设时钟开关
以CCM_CCGR0为例，其结构体如下图示：
CCM_CCGR0是个32位寄存器，每2位控制一个外设时钟，两个位就有四种操作方式
例如打开GPIO2的外设时钟，设置CCM_CCGR0 = 3<<30 即可
1.5 GPIO的使用步骤
IMX6U的IO最为GPIO使用，需要进行以下几个步骤：
- 使能GPIO对应的时钟
- 配置SW_MUX_CTL寄存器，设置对应的IO复用功能
- 配置SW_PAD_CTL寄存器，设置相关的IO参数
- 若复用为GPIO功能，则需要设置输入/输出、是否使用中断以及默认输出电平等
2. 硬件设计
LED0的原理图如下示：
开发板LED0接到了GPIO_3上，且上拉到3.3V上，因此GPIO输出高电平时，LED0不会被点亮，输出低电平时，LED0被点亮
3. 软件设计
要使用GPIO1_IO03，需按如下步骤进行配置
/***汇编文件led.s***/
.global _start /* 全局标号 */
/*_start函数，程序从此函数开始执行 */
_start:
/* 1、使能所有时钟 */
ldr r0, =0X020C4068 /* CCGR0 */
ldr r1, =0XFFFFFFFF
str r1, [r0]
ldr r0, =0X020C406C /* CCGR1 */
str r1, [r0]
ldr r0, =0X020C4070 /* CCGR2 */
str r1, [r0]
ldr r0, =0X020C4074 /* CCGR3 */
str r1, [r0]
ldr r0, =0X020C4078 /* CCGR4 */
str r1, [r0]
ldr r0, =0X020C407C /* CCGR5 */
str r1, [r0]
ldr r0, =0X020C4080 /* CCGR6 */
str r1, [r0]
/* 2、设置GPIO1_IO03复用为GPIO1_IO03 */
ldr r0, =0X020E0068 /* 将寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE加载到r0中 */
ldr r1, =0X5 /* 设置寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE的MUX_MODE为5 */
str r1,[r0]
/* 3、配置GPIO1_IO03的IO属性 */
ldr r0, =0X020E02F4 /*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
ldr r1, =0X10B0
str r1,[r0]
/* 4、设置GPIO1_IO03为输出 */
ldr r0, =0X0209C004 /*寄存器GPIO1_GDIR */
ldr r1, =0X0000008
str r1,[r0]
/* 5、打开LED0,设置GPIO1_IO03输出低电平 */
ldr r0, =0X0209C000 /*寄存器GPIO1_DR */
ldr r1, =0
str r1,[r0]
/* loop死循环 */
loop:
b loop
4. 下载验证
4.1 代码编译
- arm-linux-gnueabihf-gcc 编译文件
arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o
//-g 产生调试信息
//-c 编译源文件，但是不链接
//-o 指定编译产生的文件名字
- arm-linux-gnueabihf-ld 链接文件
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 led.o -o led.elf
//-Ttext 指定链接地址
//-o 指定链接生成的elf文件名
//用于将.o文件链接到一个指定的链接位置
- arm-linux-gnueabihf-objcopy 格式转换
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin
//-O 指定输出格式，binary表示以二进制格式输出
//-S 不要复制源文件中的重定位和符号信息
//-g 不复制源文件中的调试信息
//用于将.elf文件转换为.bin文件
- arm-linux-gnueabihf-objdump 反汇编
arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis
//-D 表示反汇编所有的段
//用于将.elf文件反汇编，并生成.dis文件
使用makefile方式进行编译
led.bin:led.s
arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 led.o -o led.elf
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin
arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis
clean:
rm -rf *.o led.bin led.elf led.dis
4.2 代码烧写
- 将imxdownload（正点原子编写的用来将编译出来的.bin文件烧写到SD卡的软件）拷贝到工程根目录下
- 赋予imxdownload可执行权限
chmod 777 imxdownload
- 确定要烧写的SD卡
ls /dev/sd* #查看当前电脑的存储文件
- 向SD卡烧写bin文件
./imxdownload led.bin /dev/sdcard
//烧写完成后会生成一个load.imx文件
//该文件是imxdownload在.bin文件前面添加一些数据后生成的
//最终烧写到SD卡里面的就是这个文件
4.3 代码验证
代码烧写到SD卡后，将SD卡插到开发板卡槽中，设置拨码开关为SD卡启动，启动后如果代码运行正常的话LED0会被点亮
二、启动方式介绍
1. 启动方式
正点原子阿尔法开发板的拨码开关如下图所示，不同的拨码位置表示不同的启动方式：
-
01xxxxxx 串行下载，可通过USB烧写镜像文件
-
10000010 SD卡启动
-
10100110 EMMC启动
-
10001001 NAND FLASH启动
2. 镜像烧写
IMX6U不能直接烧写编译生成的BIN文件，需要在BIN文件前面添加一些头信息构成最终可烧写文件，该文件组成如下：
- IVT（Image Vector Table）：图像矢量表，包含一系列的地址信息，这些地址信息在ROM中按固定的地址存放
IVT包含了镜像程序的入口点、指向DCD的指针和一些其他用途的指针。IVT要求laod.imx在烧写的时候放到指定的位置，不同的启动设备位置不同，整个位置都是相对于存储设备的起始地址的偏移
- Boot Data：启动数据，包含镜像要拷贝到哪个地址，拷贝的大小是多少等
Boot Data包含了整个load.imx的起始地址、镜像大小等
- DCD（Device Configuration Data）：设备配置信息，重点是DDR3的初始化配置
芯片复位后所有的寄存器都会复位为默认值，但往往这些值不是我们需要的值，并且有的外设必须要在使用之前初始化（比如时钟、初始化DDR等）。DCD就是寄存器地址和对应的配置集合，Boot ROM会使用这个集合来初始化相应的寄存器
- 用户代码可执行文件，bin文件
因此使用 imxdownload 将编译出来的.bin文件烧写到SD卡里的load.imx文件，其实就是 IVT + Boot data + DCD + .bin 组成的