ARM裸机-12（GPIO和LED）

1、点亮LED

1.1、硬件工作原理及原理图查阅

1.1.1、LED物理特性

        LED本身有2个接线点，一个是LED的正极，一个是LED的负极。LED这个硬件的功能就是点亮或者不亮，物理上想要点亮一颗LED只需要给他的正负极上加正电压即可，要熄灭一颗LED只需要去掉电压即可。

1.1.2、查阅原理图了解板载LED硬件接法

         平面端是正极，尖角端是负极

        4颗LED的接法是:正极接VDD_IO(3.3V)，负极接了SoC上的一个引脚 (GPIO)，具体详细接法是：
        D22: GPJO_3

        D23：GPJO_4

        D24：GPJO_5

        D25：PWMTOUT1(GPDO_1)

1.1.3、分析如何点亮及熄灭LED（GPIO）

        分析：LED点亮的要求是：正极和负极之间有正向电压差。

        思考：在开发板上如何为LED制造这个电压差让它点亮呢?

        解答：因为正极已经定了(3.3V)，而负极接在了SoC的引脚上，可以通过SoC中编程来控制负极的电压值，因此我们可以通过程序控制负极输出低电平 (0V)，这样在正负极上就有了压差，LED即可点亮。

1.2、数据手册查阅及相关寄存器浏览

1.2.1、GPIO概念的引入

        GPIO：general purpose input output 通用输入输出

        GPIO就是芯片的引脚（芯片上的引脚有些不是GPIO，只有一部分是），作为GPIO的这类引脚，它的功能和特点是可以被编程控制它的工作模式，也可以通过编程控制他的电压高低等。

        通过之前的分析我们知道，我们设计电路时就把LED接在了一个GPIO上，这样我们就可以通过编程控制GPIO的模式和输入输出值来操控LED亮还是灭；如果你当时设计电路时把LED接在非GPIO上那就不可能了。

1.2.2、阅读数据手册中有关部分

        当我们想要通过编程操控GPIO来操作LED时，我们首先需要通读一下S5PV210的数据手册中有关于GPIO的部分，这部分在数据手册的Section2.2中。

1.2.3、GPIO相关的寄存器介绍

        回忆下之前说过的，软件操作硬件的接口是：寄存器。

        我们当前要操作的硬件是LED，但是LED实际是通过GPIO来间接控制的，所以当前我们实际要操作的设备其实是soc的GPIO。要操作这些GPIO，必须通过设置他们的寄存器。

        查阅数据手册可知，GPJ0相关的寄存器有以下六种：

GPJ0CON        (GPJ0 control)GPJ0控制寄存器，用来配置各引脚的工作模式。

GPJ0DAT        （GPJ0 data）当引脚配置为input/output模式时，寄存器的相应位和引脚的电平高低相对应。

GPJ0PUD        （pull up down）控制引脚内部弱上拉、下拉。

GPJ0DRV        （driver）配置GPIO引脚的驱动能力

GPJ0CONPDN        （记得应该是低功耗模式下的控制寄存器）

GPJ0PUDPDN        （记得应该是低功耗模式下的上下拉寄存器）

        注：在驱动LED点亮时，应该将GPIO配置为output模式。

        实际上真正操控LED的硬件，主要的有：GPJ0CON，GPJ0DAT 这么2个。

        如何点亮LED，编程的步骤是：

（1）控制GPJ0CON寄存器中，选中output模式

（2）操控GPJ0DAT寄存器，相应的位设置为0

1.2.4、GPJ0CON，GPJ0DAT寄存器分析

        GPJ0端口一共有8个引脚，分别记为：GPJ0_0~GPJ0_7,，相关重要寄存器就是GPJ0CON和GPJ0DAT。

        GPJ0CON寄存器中设置8个引脚的工作模式 (32/8-4，每个引脚可以分到4位，例如GPJO 对应的bit位为bit0~bit3，GPJ0_3对应的位为bit12~bit15。工作方法是：给相应的寄存器位写入相应的值，该引脚硬件就会按照相应的模式去工作。例如给bit12~bit15写入0b0001，GPJ0_3引脚就成为输出模式了)

1.3、从零开始写代码操作寄存器

1.3.1、先决条件

        （1）硬件接法和引脚：GPJ0_3、GPJ0_4、GPJ0_5

        （2）GPJ0CON（0xE0200240）寄存器和GPJ0DAT（0xE0200244）寄存器

        （3）工程管理：makefile等

1.3.2、编译、下载、运行看结果

        编译时用工程管理，直接make编译得到led.bin（通过usb下载）和210.bin（通过sd卡下载）

        下载运行可以用usb启动dnw下载，也可以用SD卡烧录下载，一般都用usb下载，方便

                注意：裸机启动地址0xd0020010，原理看之前说的

1.4、使用位运算实现复杂点亮要求

        让代码看的更漂亮一点：

        （1）用宏定义来定义寄存器名字，再来操作。

        （2）将之前的死循环语句改为：

b .    //.在汇编中代表当前这一句指令的地址，这个就是高大上的死循环

        （3）用.global把_start链接属性改为外部，消除链接时的警告

1.4.1、如何只点亮之间一颗LED

        程序其实就是写了GPJ0CON和GPJ0DAT这两个寄存器而已，共呢个更改也要从这里入手。GPJ0CON寄存器不需要修改，GPJ0DAT中设置相应的输出值即可。

1.4.1.1、直接解法（不使用位运算）

        GPJ0DAT = 0x28

        代码见<3.leds_s>

总结：

        （1）这样写可以完成任务

        （2）这样写有缺陷。缺陷就是需要人为的去计算这个特定的设置值，而且看代码的也不容易懂。

解决方案：

        在写代码时用位运算去让编译器帮我们计算这个特定值。

1.4.1.2、使用位运算实现功能

常用位运算：与、或、非、移位

        位与（&）、位或（|）、位非（取反~）、移位（左移<<  右移>>）

        1<<3        等于0b1000

        1<<5        等于0b100000

        (1<<3) | (1<<5)        等于0b00101000

1.5、汇编编写延时函数并实现LED闪烁效果

1.5.1、闪烁效果原理分析

        闪烁 = 亮 + 延时 + 灭 + 延时 + 亮 + 延时、、、、、、

1.5.2、延时函数原理

        在汇编中实现延时的方法：用一些没有目的的代码来执行消耗时间，达到延时的效果。

1.5.3、汇编编写延时函数

        汇编编写延时函数的原理，用一个寄存器存放一个数字，然后在循环中每个循环里给数字减1，然后再判断这个数字的值是否为0。如果为0则停止循环，如果不为0则继续循环。

1.5.4、汇编编写及调用函数的方式

        汇编中整个汇编的主程序是一个死循环，这个死循环是我们汇编程序的主体，类似于C中的main函数。

        其他函数必须写在这个主死循环程序的后面(死循环外)，不然会出错。

        汇编编写delay延时函数时，要注意函数的厨师换和函数体的位置，不能把初始化写在了循环体内。

        汇编中调用函数用bl指令，子函数中最后用mov pc，lr来返回。

1.6、实现流水灯效果

1.6.1、流水灯原理分析

        流水灯又叫跑马灯，实现的效果就是：挨着的LED一次点亮熄灭（同时只有1颗LED是亮的）。

1.6.2、流水灯编写（使用循环）

        LED1亮+延时+LED2亮+延时 +LED3亮+延时+循环

1.6.3、复杂点的实现

        用位取反操作来轻松愉快的实现单颗LED点亮流水效果

1.7、总结

        一步步写，根本不难

        从一步一步点亮LED1开始到6，写了8个示例代码，一步步的实现了更复杂的效果，其间夹杂使用了位运算来给LED赋值，以实现想要的点亮效果。如果按部就班实际上非常简单。编程操控一个硬件的步骤：1、分析硬件工作原理； 2、分析原理图； 3 、分析数据册 ；4、 找到相关的SFR； 5、写代码设置寄存器得到想要的效果

2、反汇编工具objdump的使用简介

2.1、反汇编的原理

        objdump是gcc工具链中的反汇编工具，作用是由编译链接好的elf格式的可执行程序反过来得到汇编源代码。

arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis
//-D 表示反汇编
//>左边的是elf的可执行程序（反汇编时的原材料），>右边的是反汇编生成的反汇编程序

2.2、为什么要反汇编

        （1）逆向破解。

        （2）调试程序时，反汇编代码可以帮助我们理解程序（学习时使用objdump主要目的是这个） ，尤其是在理解链接脚本、链接地址等概念时。

        （3）把C语言源代码编译链接生成的可执行程序反汇编后得到对应的汇编代码，可以帮助我们理解C语言和汇编语言之间的对应关系。非常有助于深入理解C语言。

2.3、反汇编文件的格式和看法

        汇编：assembly

        反汇编：dissembly

        标号地址、标号名字、指令地址、指令机器码、指令机器码反汇编到的指令。

        扩展：ARM汇编中用地址池方式来实现非法立即数

2.4、初识指令地址

        下载烧录执行的bin文件，内部其实是一条一条的指令机器码。这些指令每一条都有一个指令地址，这个地址是连接的时候ld给指定的（ ld根据我们写的链接脚本来指定）。

2.5、展望：反汇编工具帮助我们分析链接脚本

        反汇编的时候得到的指令地址是链接器考虑了链接脚本之后得到的地址，而我们写代码时通过指定链接脚本来让链接器给我们链接合适的地址。

        但是有时候我们写的链接脚本有误(或者我们不知道这个链接脚本会怎么样)，这时候可以通过看反汇编文件来分析这个链接脚本的效果，看是不是我们想要的，如果不是可以改了再看。