2. 汇编实现GPIO输出实验（LED)

基于I.MX6U通过汇编实现点亮LED的实验，分析GPIO的控制方法和配置。

一、原理图分析

LED0 接到了 GPIO_3 上， GPIO_3 就是 GPIO1_IO03，当 GPIO1_IO03输出低电平(0)的时候发光二极管 LED0 就会导通点亮，当 GPIO1_IO03 输出高电平(1)的时候发光二极管 LED0 不会导通，因此 LED0 也就不会点亮。所以 LED0 的亮灭取决于 GPIO1_IO03的输出电平，输出 0 就亮，输出 1 就灭。

二、GPIO相关寄存器分析

1、IO功能复用寄存器

此实验功能选择ALT5: 0101 GPIO

2、IO的属性配置寄存器

• HYS(bit16)用来使能迟滞比较器，当 IO 作为输入功能的时候有效，用于设置输入接收器的施密特触发器是否使能。如果需要对输入波形进行整形的话可以使能此位。
• PUS(bit15:14)用来设置上下拉电阻的，一共有四种选项可以选择。
• PUE(bit13)图中没有给出来，当 IO 作为输入的时候，这个位用来设置 IO 使用上下拉还是状态保持器。状态保持器在IO 作为输入的时候才有用，顾名思义，就是当外部电路断电以后此 IO 口可以保持住以前的状态。
• PKE(bit12)： 此位用来使能或者禁止上下拉/状态保持器功能。
• ODE(bit11)：当 IO 作为输出的时候，此位用来禁止或者使能开路输出，此位为 0 的时候禁止开路输出，当此位为 1 的时候就使能开路输出功能。
• SPEED(bit7:6)： 当 IO 用作输出的时候，此位用来设置 IO 速度。
• DSE(bit5:3)：当 IO 用作输出的时候用来设置 IO 的驱动能力，总共有 8 个可选项
• SRE(bit0)： 设置压摆率。这里的压摆率就是 IO 电平跳变所需要的时间，比如从 0 到 1 需要多少时间，时间越小波形就越陡，说明压摆率越高；反之，时间越多波形就越缓，压摆率就越低。如果你的产品要过 EMC 的话那就可以使用小的压摆率，因为波形缓和，如果你当前所使用的 IO做高速通信的话就可以使用高压摆率。

3、IO设置寄存器

上图中左下角两个寄存器为1、2中的两个寄存器。

• DR（数据寄存器_data register）
  此寄存器是 32 位的，一个 GPIO 组最大只有 32 个 IO，因此 DR 寄存器中的每个位都对应一个 GPIO。当 GPIO 被配置为输出功能以后，向指定的位写入数据那么相应的 IO 就会输出相应的高低电平，比如要设置 GPIO1_IO00 输出高电平，那么就应该设置 GPIO1.DR=1。当 GPIO被配置为输入模式以后，此寄存器就保存着对应 IO 的电平值，例如，当 GPIO1_IO00 这个引脚接地的话，那么 GPIO1.DR 的 bit0 就是 0。

• GDIR（方向寄存器_direction register）
  GDIR 寄存器也是 32 位的，此寄存器用来设置某个 IO 的工作方向，是输入还是输出。每个 IO 对应一个位。

• PSR(状态寄存器_pad status register）
  
  PSR 寄存器是只读的，一个 GPIO 对应一个位，读取相应的位即可获取对应的 GPIO 的状态，也就是 GPIO 的高低电平值。功能和输入状态下的 DR 寄存器一样。

• ICR1和ICR2（中断控制寄存器_interrupt control register）
  
  ICR1 用于 IO0~15 的配置， ICR2 用于 IO16~31 的配置。 ICR1 寄存器中一个 GPIO 用两个位，这两个位用来配置中断的触发方式。

• IMR（中断屏蔽寄存器_Interrupt Mask Register）
  IMR 寄存器也是一个GPIO 对应一个位，IMR 寄存器用来控制 GPIO 的中断禁止和使能，如果使能某个 GPIO 的中断，那么设置相应的位为 1 即可，反之，如果要禁止中断，那么就设置相应的位为 0 即可。

• ISR（中断状态寄存器_ interrupt status register）

ISR 寄存器也是 32 位寄存器，一个 GPIO 对应一个位，只要某个 GPIO 的中断发生，那么ISR 中相应的位就会被置 1。所以，我们可以通过读取 ISR 寄存器来判断 GPIO 中断是否发生，相当于 ISR 中的这些位就是中断标志位。当我们处理完中断以后，必须清除中断标志位，清除方法就是向 ISR 中相应的位写 1，也就是写 1 清零。

• EDGE_SEL(边缘选择寄存器_edge select register）
  EDGE_SEL 寄存器用来设置边沿中断，这个寄存器会覆盖 ICR1 和 ICR2 的设置，同样是一个 GPIO 对应一个位。如果相应的位被置 1，那么就相当与设置了对应的 GPIO 是上升沿和下降沿(双边沿)触发。例如，我们设置 GPIO1.EDGE_SEL=1，那么就表示 GPIO1_IO01 是双边沿触发中断，无论 GFPIO1_CR1 的设置为多少，都是双边沿触发。

• 寄存器地址表
  

4、时钟模块控制寄存器

32 位寄存器，其中每 2 位控制一个外设的时钟，比如 bit27:16 控制着GPIO3 的外设时钟，两个位就有 4 中操作方式：

三、代码编写

.global _start @全局标号

_start:
    /*使能外设时钟 */
    ldr r0, =0x020c406c @CCGR1
    ldr r1, =0xffffffff @要向CCGR0写入的数据
    str r1, [r0]        @将0xffffffff写入到CCGR0中  
    
    /* 配置 GPIO1_IO03 PIN的复用为GPIO，也就是设置
     * IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03=5
     * IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03寄存器地址为0X020E0068
     */
    ldr r0, =0x020E0068 @IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03
    ldr r1, =0x5        @要写入的数据
    str r1, [r0]        @将5写入到IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03中

    /* 配置GPIO1_IO03的电气属性 也就是寄存器：
     * IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03寄存器地址为0x020e02f4
     *
     * bit0:    0 低速率
     * bit5:3： 110 R0/6驱动能力
     * bit7:6： 10 100MHz速度
     * bit11：  0 关闭开路输出
     * bit12：  1 使能pull/kepper
     * bit13：  0 kepper
     * bit15:14：00 100K下拉
     * bit16： 0 关闭hys
     *IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03=0x10b0
     */
    ldr r0, =0x020e02f4
    ldr r1, =0x10b0
    str r1, [r0]

    /* 设置GPIO1_GDIR寄存器，设置GPIO1_GPIO03为输出
     * GPIO1_GDIR寄存器地址为0x0209c004,设置GPIO1_GDIR寄存器bit3为1,
     * 也就是设置GPIO1_IO03为输出。
     */
     ldr r0, = 0x0209c004
     ldr r1, = 0x8
     str r1, [r0]

     /* 打开LED，也就是设置GPIO1_IO03为0 
      * GPIO1_DR寄存器地址为0x0209c000
      */
      ldr r0, =0x0209c000
      ldr r1, =0x0
      str r1, [r0]

loop:
    b loop

三、代码编译及烧写

1、arm-linux-gnueabihf-gcc 编译文件
arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o #将led.s编译生成led.o文件

2、arm-linux-gnueabihf-ld 链接文件
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf
Ttext 就是指定链接地址，“-o”选项指定链接生成的 elf 文件名

链接起始地址为 0X87800000。 I.MX6U-ALPHA 开发板的 DDR 容量有两种： 512MB 和256MB，起始地址都为0X80000000，只不过 512MB 的终止地址为 0X9FFFFFFF，而 256MB 容量的终止地址为 0X8FFFFFFF。之所以选择 0X87800000 这个地址是因为后面要讲的 Uboot 其链接地址就是0X87800000，这样我们统一使用 0X87800000 这个链接地址，不容易记混。

3、arm-linux-gnueabihf-objcopy 格式转换
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin
“-O”选项指定以什么格式输出，后面的“binary”表示以二进制格式输出，选项“-S”表示不要复制源文件中的重定位信息和符号信息，“-g”表示不复制源文件中的调试信息。

4、arm-linux-gnueabihf-objdump 反汇编
arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis
“-D”选项表示反汇编所有的段，反汇编完成以后就会在当前目录下出现一个名为 led.dis 文件。

5、编写Makefile

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

6、将bin烧写到SD卡中
./imxdownload led.bin /dev/sdd
在执行这一步时会多出个load.imx文件。load.imx 这个文件就是软件 imxdownload 根据 NXP 官方启动方式介绍的内容，在 led.bin 文件前面添加了一些数据头以后生成的。最终烧写到 SD 卡里面的就是这个 load.imx 文件，而非led.bin。
led.bin 烧写到 SD 卡中的大小是 3.2KB，用时 0.0160821s，烧写速度是 201KB/s。注意这个烧写速度，如果这个烧写速度在几百 KB/s 以下那么就是正常烧写。如果这个烧写速度大于几十 MB/s、甚至几百 MB/s 那么肯定是烧写失败了！

如何区分自己用的是哪个设备名:
插入SD卡后现像：电脑多出了/dev/sdb、 /dev/sdc、 /dev/sdd、 /dev/sdd1、 /dev/sda和/dev/sdf 这 6 个存储设备
结果：dev/sdd 和/dev/sdd1 是我的 SD 卡，为什么呢？因为只有/dev/sdd 有个对应的/dev/sdd1， /dev/sdd 是我的 SD 卡， /dev/sdd1 是 SD 卡的第一个分区。如果你的 SD 卡有多个分区的话可能会出现/dev/sdd2、 /dev/sdd3 等等

四、现像

SD卡插入卡槽后，将启动方式选为SD卡启动。
LED0 被正常点亮，可能 LED0 之前会有一点微亮，那是因为 I.MX6U的 IO 默认电平可能让 LED0 导通了，但是 IO 的默认配置内部可能有很大的电阻，所以电流就很小，导致 LED0 微亮。但是我们自己编写代码、配置好 IO 以后就不会有这个问题， LED0 就很亮了。