Linux系统中汇编语言来实现芯片外设的初始化

   大家好，我是ST。

   今天主要和大家聊一聊，如何使用汇编语言来实现芯片外设的初始化功能。

第一步：硬件原理分析

     观察开发板的原理图，可以知道，如下图所示：

      从原理图中可知，硬件时接到了GPIO1_IO03的引脚输出低电平（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就不会亮。

第二：实验程序编写方法

1、使能GPIO1时钟

     GPIO1的时钟由CCM_CCGR1的bit27和bit26这两个位控制，将这两个位设置为11即可。

2、设置GPIO1_IO03的复用功能

     找到GPIO1_IO03的复用寄存器“IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03”的地址为0X020E0068,然后设置此寄存器，将GPIO1_IO03这个IO复用为GPIO功能，也就是ALT5。

3、配置GPIO1_IO03

     找到GPIO1_IO03的配置寄存器“IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03”的地址为0X020E02F4，根据实际情况，配置此寄存器。

4、设置GPIO

      将GPIO1_IO03复用为GPIO功能，所以我们需要配置GPIO。

        实验中需要将GPIO1_IO03作为输出功能的，因此GPIO1_GDIR的bit3要设置为1，表示输出。

5、控制GPIO的输出电平

     经过前面的步骤，GPIO1_IO03已经配置好了，只需要向GPIO1_DR寄存器的bit3写入0即可控制GPIO1_IO03输出低电平，打开 LED，向 bit3 写入 1 可控制 GPIO1_IO03 输出高电平，关闭 LED。

第三：汇编代码具体实现

 

 .global _start /* 全局标号 */
 
 /*
 * 描述： _start 函数，程序从此函数开始执行此函数完成时钟使能、
 * GPIO 初始化、最终控制 GPIO 输出低电平来点亮 LED 灯。
 */
 _start:
 /* 例程代码 */
 /* 1、使能所有时钟 */
 ldr r0, =0X020C4068 /* 寄存器 CCGR0 */
 ldr r1, =0XFFFFFFFF 
 str r1, [r0] 
 ldr r0, =0X020C406C /* 寄存器 CCGR1 */
 str r1, [r0]


 ldr r0, =0X020C4070 /* 寄存器 CCGR2 */
 str r1, [r0]
 ldr r0, =0X020C4074 /* 寄存器 CCGR3 */
 str r1, [r0]
 ldr r0, =0X020C4078 /* 寄存器 CCGR4 */
 str r1, [r0] 
 ldr r0, =0X020C407C /* 寄存器 CCGR5 */
 str r1, [r0]
 
 ldr r0, =0X020C4080 /* 寄存器 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 
 *bit 16:0 HYS 关闭
 *bit [15:14]: 00 默认下拉
 *bit [13]: 0 kepper 功能
 *bit [12]: 1 pull/keeper 使能
 *bit [11]: 0 关闭开路输出
 *bit [7:6]: 10 速度 100Mhz
 *bit [5:3]: 110 R0/6 驱动能力
 *bit [0]: 0 低转换率
 */
 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]


 /*
 * 描述： loop 死循环
 */
 loop:
    b loop

 

    分析：第一行定义了一个全局标号_start，代码就是从_start这个标号开始顺序往下执行的。使用ldr 指令向寄存器 r0 写入 0X020C4068，也就是 r0=0X020C4068，这个是CCM_CCGR0 寄存器的地址。使用 ldr 指令向寄存器 r1 写入 0XFFFFFFFF，也就是 r1=0XFFFFFFFF。因为我们要开启所有的外设时钟。使用 str 将 r1 中的值写入到 r0 所保存的地址中去，也就是给 0X020C4068 这个地址写入 0XFFFFFFFF，相当于 CCM_CCGR0=0XFFFFFFFF，就是打开 CCM_CCGR0 寄存器所控制的所有外设时钟。向 CCM_CCGRX(X=1~6)寄存器写入 0XFFFFFFFF。这样我就通过汇编代码使能了芯片的所有外设时钟。设置GPIO1_IO03的复用功能，GPIO1_IO03的复用寄存器地址为0X020E0068,寄 存 器 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的 MUX_MODE 设置为 5 就 是 将GPIO1_IO03 设置为 GPIO。设 置 GPIO1_IO03的 配 置 寄 存 器 ， 也 就 是 寄 存 器IOMUX_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的值，此寄存器地址为 0X020E02F4，代码里面已经给出了这个寄存器详细的位设置。设置 GPIO1->GDIR 寄存器，将 GPIO1_IO03 设置为输出模式，也就是寄存器的 GPIO1_GDIR 的 bit3 置 1。设置 GPIO1->DR 寄存器，也就是设置 GPIO1_IO03 的输出，我们要点亮开发板上的 LED0，那么 GPIO1_IO03 就必须输出低电平，所以这里设置 GPIO1_DR 寄存器为 0。

第四：编译与下载

    1、arm-linux-gnueabihf-gcc 编译文件

  编译出在 ARM 开发板上运行的可执行文件,需要使用到对应的交叉编译工具。

 

arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o

 

    2、arm-linux-gnueabihf-ld 链接文件

        arm-linux-gnueabihf-ld 用来将众多的.o 文件链接到一个指定的链接位置。可以使用 arm-linux-gnueabihf-ld 来将前面编译出来的 led.o 文件链接到 0X87800000 这个地址，使用如下命令：

 

arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf

 

  led.elf 文件也不是我们最终烧写到 SD 卡中的可执行文件，我们要烧写的.bin 文件，因此还需要将 led.elf 文件转换为.bin 文件，这里我们就需要用到 arm-linux-gnueabihf-objcopy 这个工具了。

3、arm-linux-gnueabihf-objcopy 格式转换

     arm-linux-gnueabihf-objcopy 更像一个格式转换工具，我们需要用它将 led.elf 文件转换为led.bin 文件，命令如下：

 

arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin

 

上述命令中，“-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

     C 语言写试验例程的，有时候需要查看其汇编代码来调试代码，因此就需要进行反汇编，一般可以将 elf 文件反汇编，比如如下命令：

 

arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis

 

第五：创建Makefile文件

     为了方便，使用命令进行编译，可以把对应的编译命令放到Makefile文件中。

 

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

 

最终编译效果：

总结：利用汇编控制底层硬件，是非常经典的实现方式，值得交流学习。

　　审核编辑：汤梓红