【ARM自学笔记】裸机c语言点灯

流程

1. 通过汇编文件搭建C语言环境
2. 编写C语言

汇编代码

/*
 * 设置C运行环境
 */

 _start:

    /* 进入 SVC 模式 */
    mrs r0, cpsr
    bic r0, r0, #0x1f /* 将 r0 低5位清零，也就是cpsr的M0～M4 */
    orr r0, r0, #0x13 /* r0或上 0x13，表示使用SVC模式*/   
    msr cpsr, r0   /* 将r0的数据写入到cpsr_c中 */   

    ldr sp, =0x80200000 /* 设置栈指针 */
    b main     /* 跳转到main函数 */
    

编写C语言

#ifndef _MAIN_H
#define _MAIN_H

/*
 *  CCM 相关寄存器地址
 */
 
 #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 相关寄存器地质
 */

#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_SEL      *((volatile unsigned int *)0x0209C01C)


#endif // !1

#include "main.h"

/* 
 * 使能所有外设时钟
 */ 
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GPIO
 */
void led_init(void)
{
    SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;

    SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;

    GPIO1_GDIR = 0x0000008;

    GPIO1_DR = 0x0;
}

/*
 * 打开LED灯 
 */
void led_on(void)
{
    GPIO1_DR &= ~(1<<3)
}

/*
 * 关闭LED灯 
 */
void led_off(void)
{
    GPIO1_DR |= (1<<3); 
}  

/*
 * 延时函数
 */
void delay_short(volatile unsigned int times)
{
    while (times--)
    {
        /* code */
    }
    
}

/*
 * 延时函数，主频下延时时间大约1ms
 */
void delay(volatile unsigned int n)
{
    while (n--)
    {
        delay_short(0x7ff);
    }
    
}

int main(void)
{
    clk_enable();   // 使能所有时钟
    led_init();     // 初始化led

    while (1)
    {
        led_off();
        delay(500);

        led_on();
        delay(500);
    }
    
    return 0;
}

使用交叉编译器和make进行编译

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• 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
• 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 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 ledc.bin

• 第 6 行使用 arm-linux-gnueabihf-objdump来反汇编，生成 ledc.dis 文件。
• 第 8~15 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：

start.o:start.s
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o start.o start.s

• 第 17 行就是工程清理规则，通过命令“make clean”就可以清理工程。

烧录

最后对其烧录，led闪烁。

总结

对编译器原理有了进一步的理解，gcc的流程分为以下几个：

1. 预处理
   展开所有头文件、替换程序中的宏、解释条件编译并添加到文件中

2. 编译
   将预处理的代码编译成汇编代码

3. 汇编
   将汇编语言编译成二进制目标文件

4. 链接
   将汇编出来的多个二进制目标文件链接再一起，形成最终的可执行文件（可能涉及到动态图和动态库等问题）
   同时也学习到了如何从汇编到C语言。
   其中还遇到了这个样一个问题gcc “undefined reference to”，很是折磨，最后看到这篇文章后解决，颇有收获。