S3C2440—3.用点亮LED来熟悉裸机开发的详细流程

文章目录

• 一.硬件知识
• • 1.LED原理图
  • 2.芯片手册
  • • Ⅰ.找LED原理图
    • Ⅱ.找对应引脚
    • Ⅲ.在芯片手册中查找引脚信息
    • Ⅳ.查看寄存器说明
    • Ⅴ.配置寄存器
• 二.S3C2440框架与启动过程
• 三.要用到的软件
• • 1.远程登陆工具 MobaXterm
  • 2.FTP传输工具FileZilla
  • 3.交叉编译工具arm-linux-gcc
• 四.编写点亮LED的程序
• • 1.汇编语言版
  • 2.C语言版

2020.3.18-19

裸机点亮LED可以分为三步：

• 看原理图，确定控制LED的引脚

• 看芯片手册，确定如何设置/控制引脚

• 编写驱动程序

一.硬件知识

1.LED原理图

原理图将LED抽象化，就像下面这样：

LDE的电阻一般很小，而电压一般为3.3V，这样以来电流就很大了，为了避免LED被大电流烧坏，需要给LED串联一个保护电阻。

然而电路中不是依靠我们手动打开电路开关的，可以通过芯片的引脚电平输出3.3V来点亮LED ：

或者如下，控制芯片引脚输出0V来点亮LED：

当引脚的驱动能力不足时（电压不够3.3V），可以使用三极管。

如示，只要引脚输出电压满足三极管导通，就可以使3.3V电压加在LED上，这里引脚的输出控制三极管的导通，从而控制3.3V电压在LED上的导通，间接实现了引脚高电平点亮LED：

如示，这种情况，引脚输出1.2V低电压，使第一个三极管导通，这样俩个三极管的连接点电压就接近于0（导通了第一个三极管的GND），这样第二个三极管就不能导通，LED处于熄灭状态；反之，当引脚输出低电平时，俩个三极管之间有电压，第二个三极管导通，点亮LDE，间接实现了引脚低电平点亮LED：

简单来说，主芯片引脚输出高电平或者低电平，即可改变LED的状态。

但是我们不关心GPIO引脚输出的电压是3.3V还是1.2V，我们只关注输出的是高电平还是低电平，即输出的逻辑电平是1还是0！

2.芯片手册

Ⅰ.找LED原理图

先找出JZ2440的LED原理图，可以看出，LED是低电平点亮的：

Ⅱ.找对应引脚

根据同名的nLED 1（n表示低电平有效）的信息找出，与之相连的GPIO引脚，可以看出与GPF4引脚相连：

Ⅲ.在芯片手册中查找引脚信息

这时候打开JZ2440的芯片手册来查看引脚说明，看出总共有8组引脚，GPF4：

然后查看GPF4引脚所支持功能：

可以看出GPF4引脚可以作为通用IO引脚，也可以作为外部中断触发引脚。

Ⅳ.查看寄存器说明

可以通过配置寄存器使GPF4输出相应电平：

1.先配置为输出引脚模式

2.再设置引脚状态

这个与STM32的引脚配置类似

在芯片手册中转到GPFx引脚的配置寄存器说明：

可以看出主要是由俩个寄存器来控制：GPFCON（配置寄存器）、GPFDAT（数据寄存器）

可以得知GPFCON的信息：

• 起始地址：0X56000050

• 可读可写

• 复位值为0

• 可以配置引脚的模式：

GPFDAT的信息：

• 起始地址：0X56000054
• 可读可写
• 可以配置引脚的输出电平：
  

Ⅴ.配置寄存器

所以要想点亮LED1，只需要使GPF4输出低电平，可以在GPF4的GPFCON寄存器中的对应位写入01（代表输出）、在GPFDAT寄存器的对应位中写入0（代表低电平）！

也就是在：
0X56000050地址中写入0X100

0X5600054地址中写入0

二.S3C2440框架与启动过程

S3C2440的核心是SOC， SOC（System on Chip），指的是片上系统，MCU只是芯片级的芯片，而SOC是系统级的芯片，它既MCU（51，avr）那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大，不单单是放简单的代码，可以放系统级的代码，也就是说可以运行操作系统（将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一） 。

S3C2440中的SOC框架大体如下：

可以看出，有：CPU、GPIO控制器、SRAM、Nand FLASH控制器，外面还有Nor FLASH、Nand FLASH。

前面了解了，一般裸机的程序都是烧录在Nor FLASH中，也就是程序的bin文件存储在Nor FLASH中，而且起始地址为Nor FLASH的0位。

大多数的ARM芯片都是从0地址启动的：

• 以Nor FLASH方式启动时，Nor FLASH基地址就为0，SRAM地址为0X4000,000，这是因为SRAM大小为4K，CPU会之间从Nor FLASH中读取执行指令。
• 以Nand FLASH方式启动时，硬件会把Nand FLASH的前4K内容复制到SRAM中，然后CPU从SRAM读取执行指令，此时SRAM的基地址就是0。

另外，CPU内部还有一些寄存器，当CPU访问内部寄存器时，之间按照寄存器名字就可以，当CPU访问CPU外部寄存器，比如GPIO控制器中的GPFDAT寄存器时，就要从地址来访问了。

三.要用到的软件

1.远程登陆工具 MobaXterm

MobaXterm是一个全功能的终端软件。支持SSH连接，支持FTP、串口等协议。

这个软件可以通过建立SSH连接远程登陆Ubuntu（前提是Ubuntu是开着的），前提是Ubuntu中安装了ssh。Ubuntu中安装SSH，并开启SSH的命令行如下：

sudo apt install ssh
sudo /etc/init.d/ssh start

完成之后，打开 MobaXterm的SSH登录界面：

输入远程登陆的Ubuntu的IP地址和用户名，端口默认为22

打开后输入登陆密码就可以远程登陆Ubuntu了：

2.FTP传输工具FileZilla

使用FileZilla可以将Windows下编写好的程序文件传输到Ubuntu中，由arm-linux-gcc交叉编译工具将程序编译为可执行文件，bin文件，然后传回Windows，在Windows下烧录进裸机。

FileZilla登录界面如下，可以之间将文件传到Ubuntu中：

3.交叉编译工具arm-linux-gcc

之前在Linux中，只要使用gcc就可以生成可执行文件，但gcc仅仅适用于PC机，要想在ARM板子上运行程序，就要生成ARM可执行的文件，这个时候就用到Linux中的交叉编译工具arm-linux-gcc了

四.编写点亮LED的程序

1.汇编语言版

要知道，能够使机器识别的语言只有0、1，也就是二进制语言，也就是机器码（一般以十六进制显示），所以程序最终都是转化为机器码执行的。

然鹅，程序员所编写的一般是C语言，或者是汇编语言，这些代码都是要经过编译器的编译后的得到机器码，然后存储在内存中，CPU会通过读写这些机器码来执行相关的程序。

所以，编写程序可以使用汇编语言，一般是C语言写的，这里体会一下汇编语言的魅力。

涉及到的汇编代码：

• LDR（load）：读内存命令

• STR（store）：写内存命令

• B：跳转

• MOV（move）：赋值

用法如下：

LDR R0,[x]   ;读取地址x开始的四个字节的数据，赋值给R0
LDR R0,=0X12345678 ;伪指令，会被拆分成几条真正的ARM指令
STR R0,[x]   ;把R0的值写到地址x
MOV R0,R1    ;把R1的值赋值给R0
MOV R0,#0X4a ;把0X4a 赋值给R0

出现伪指令的原因是：ARM是32位的，一次只能操作32位的指令，指令中不仅包含了值，还包含了操作对象的信息，所以当赋值过大时，就会拆分为几次指令，来实现。

0X56000050地址中写入0X100

0X5600054地址中写入0

汇编.S代码为：

.text
.global _start

_start:
	ldr r1, =0X56000050
	ldr r0, =0X100
	str r0, [r1]     ;将0X100写入寄存器地址0X56000050

	ldr r1, =0X56000054
	ldr r0, =0
	str r0, [r1]     ;将0写入寄存器地址0X56000054

halt:
	b halt  ;死循环在这里

接下来就是把.S代码通过FileZilla上传到Ubuntu中，经过交叉编译后，返回Windows，再由oflash烧写进S3C2440

我们可以通过交叉编译工具的反汇编，来查看我们编写的汇编代码的机器码形式：

可以看出，我们反汇编所得到的汇编码与我们的不同，这是因为我们编写汇编语言的时候用到了伪指令，而反汇编的时候已经转换为汇编语言的正规军了。此外也可以查看机器码与汇编码的关系，可以通过手册来查看汇编代码与机器码之间的关系，更进一步加深我们对程序的理解。

2.C语言版

C语言实现点亮LED，通过对GPF4的对应寄存器地址实现操作来。

C的main函数如下：

int main(void)
{
    /* 寄存器的地址是32位，所以采用无符号整型数据类型（32位） */
    unsigned int *GPFCON = (unsigned int*)0X56000050;
    unsigned int *GPFDAT = (unsigned int*)0X56000054;

    *GPFCON = 0X100; //[9:8]=01
    *GPFDAT = 0;     //都为0

}

看起来和我们平常写的代码没有什么区别，仔细看一下，发现少了头文件：#include <stdio.h>

这是因为我们不需要C的stdio库，我们只是利用了C语言中的指针，对内存地址进行赋值而已。

但问题来了，main函数中的指针指向的地址以何为标准？？？main函数中也没有指明，而且烧录之后，ARM又是怎么调用main函数呢？？？

所以还有写一个引导程序，用汇编写一个引导程序的作用有俩点：

• 确定地址在ARM内存中的起始位置，也就是分配内存空间
• 引导ARM加载main函数

写的汇编代码如下：

.text
.global _start

_start:              ;程序从这里开始执行
	ldr sp, =4096    ;利用sp栈指针确定程序运行的内存空间，Nand启动时前4K是片内内存

	bl main          ;跳转执行main函数

halt:
	b halt

然后通过FTP软件将.c文件和.S文件传到Ubuntu中，利用交叉编译工具将C文件和S文件分别编译，然后链接起来，最后生成.bin文件，再传回主机，通过oflash将持续烧写到Nand FLASH。

一切就绪后，LED可以正常点亮。

这就是裸机开发的流程。