【ARM 裸机】C 语言 led 驱动

前面刚学习了汇编 led 驱动的编写和验证，现在开始就要进入 C 语言 led 驱动编写与验证了 !

1、C 语言运行环境构建

1.1、设置处理器模式

使 6ULL 处于 SVC 模式下，之前已经提到了处理器的九种模式，参考：【ARM 裸机】汇编 led 驱动之基本语法，如何设置成 SVC 模式，需要用到 CPSR 寄存器，CPSR 寄存器一共是 32 位，关注它的第 0~4 位，也就是设置为 M[4:0] 为 10011 = 0x13；


读写状态寄存器需要用到 MRS 和 MSR 指令，不能使用 LDR 和 STR 指令来对状态寄存器读写了；

1.2、设置 sp 指针

sp 指针可以指向内部 RAM，也可以指向 DDR，这里设置成指向 DDR，sp 设置到哪里？以正点原子开发板为例，512 MB 的范围是 0x80000000~0x9FFFFFFF，假定设置的栈的大小是 2 MB（0x20000），A7 的栈增长方式为向下增长，所以要设置成 sp 指针指向 0x80200000；

1.3、汇编跳转到 C 语言

使用 b 指令跳转到 C 语言的函数，比如 main 函数；

2、驱动编写

在 /home/zsw/linux/IMX6ULL/board_drivers 目录下新建一个 2_ledc 的目录，打开 VScode，在 VScode 中打开文件夹 2_ledc，然后将工作区另存为 ledc，然后新建文件 start.s、main.c、main.h、Makefile 这四个文件；

start.s

.global _start

_start:
    // 设置处理器为 SVC 模式
    mrs r0, cpsr        // 读取 cpsr 到 r0
    bic r0, r0, #0x1f   // r0 & ~0x1f 清除 cpsr 的 bit4～0    bic  位清除指令
    orr r0, r0, #0x13   // r0 | 0x13 设置成 SVC 模式      orr 按位或
    msr cpsr, r0        // 把 r0 写入 cpsr

    // 设置 sp 指针
    ldr sp, =0x80200000

    // 跳转到 c 语言
    b main  
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main.c

#include "main.h"

// 使能外设时钟
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
void led_init(void)
{
    SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;   // 复用为 GPIO1_IO03
    SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10b0;   // 配置电气属性

    // GPIO 初始化
    GPIO1_GDIR = 0x8;   // 设置为输出
    GPIO1_DR = 0x0;   // 打开 led
}
// 短延时
void delay_short(volatile unsigned int n)
{
    while(n--){}
}
// 长延时,在 396MHz 下一次循环大概 1 ms
void delay_ms(volatile unsigned int n)
{
    while(n--)
    {
        delay_short(0x7ff);
    }
}   
// 打开 led
void led_on(void)
{
    GPIO1_DR &= ~(1<<3);   // bit3 清零
}
// 关闭 led
void led_off(void)
{
    GPIO1_DR |= (1<<3);   // bit3 置1
}
int main(void)
{
    clk_enable();
    led_init();

    // led 闪烁
    while (1)
    {
        led_on();
        delay_ms(500);
        led_off();
        delay_ms(500);
    }
    return 0; 
}
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main.h

#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H

// 定义要使用的寄存器

// 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相关寄存器地址 
#define GPIO1_DR 			*((volatile unsigned int *)0x0209c000)
#define GPIO1_GDIR 			*((volatile unsigned int *)0x0209c004)

#endif
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Makefile

objs = main.o start.o

ledc.bin: $(objs)
	arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 start.o main.o -o ledc.elf
	arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf ledc.bin
	arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis

%.o: %.c
	arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $<

%.o: %.s
	arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $<

clean:
	rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis
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3、烧写验证

演示视频中可以看到 led 每隔 500 ms 闪烁，到这里也就基本结束了本节的内容，但是还要补充一点： 链接脚本，在 Makefile 中，我们使用了下面这行代码，

	arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 start.o main.o -o ledc.elf
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上面的语句中我们是通过“-Ttext”来指定链接地址是 0X87800000 的，这样的话所有的文件都会链接到以 0X87800000 为起始地址的区域，看名字就知道链接脚本主要用于链接的，用于描述文件应该如何被链接在一起形成最终的可执行文件，其主要目的是描述输入文件中的段如何被映射到输出文件中，并且控制输出文件中的内存排布，最简单的链接脚本可以只包含一个命“SECTIONS”，我们可以在这一个“SECTIONS”里面来描述输出文件的内存布局。我们一般编译出来的代码都包含在 text、data、bss 和 rodata 这四个段内；
下新建一个名为“imx6u.lds”的文件，然后在此文件里面输入如下所示代码，

SECTIONS{
    . = 0X87800000;
    .text :
    {
        start.o 
        main.o 
        *(.text)
    }
    .rodata ALIGN(4) : {*(.rodata*)} 
    .data ALIGN(4) : { *(.data) } 
    __bss_start = .; 
    .bss ALIGN(4) : { *(.bss) *(COMMON) } 
    __bss_end = .;
}
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第 2 行设置定位计数器为 0X87800000，因为我们的链接地址就是0X87800000；第5行设置链接到开始位置的文件为start.o，因为 start.o 里面包含着第一个要执行的指令，所以一定要链接到最开始的地方；第 6 行是 main.o 这个文件，其实可以不用写出来，因为 main.o 的位置就无所谓了，可以由编译器自行决定链接位置；在第 11、13 行有“__bss_start”和“__bss_end”这两个东西？这个是什么呢？“__bss_start”和“__bss_end”是符号，第 11、13 这两行其实就是对这两个符号进行赋值，其值为定位符“.”，这两个符号用来保存.bss 段的起始地址和结束地址。前面说了.bss 段是定义了但是没有被初始化的变量，我们需要手动对.bss 段的变量清零的，因此我们需要知道.bss 段的起始和结束地址，这样我们直接对这段内存赋 0 即可完成清零。通过第 11、13 行代码，.bss 段的起始地址和结束地址就保存在了“__bss_start”和“__bss_end”中，我们就可以直接在汇编或者 C 文件里面使用这两个符号，修改 Makefile 中的这一行，

	arm-linux-gnueabihf-ld -Timx6u.lds -o ledc.elf
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我们可以查看反汇编文件中的信息，链接脚本没啥问题；

现在重新编译工程，烧写验证结果是正确的，总结一下，本节从设置处理器模式开始，然后设置 sp 指针，跳转到 C 语言的 main，在 Makefile 中使用了变量，模式规则，自动化变量，最后还引入了链接脚本，东西比较多，需要时间去理解。