Raspberry PI 系列 —— 裸机点亮LED灯

背景

近期刚买了Raspberry PI B+，配置执行了官方提供的Raspbian系统，折腾了一周Linux系统，感觉没啥意思，于是就试着想了解底层的启动流程。通过几天的研究，发现最底层部分的启动是由官方提供的bootcore.bin和start.elf文件来执行（应该是对硬件设备的初始化。如MMU等），之后由下一部分kernel.img的_start接管。

为了真正验证此流程，于是想利用GPIO控制LED灯，几经折腾最终成功点亮LED，现记录于此。

外设地址编码

要想控制GPIO管脚就必须知道GPIO管脚的地址，在ARM架构中外设IO一般採用统一编码。BCM2835将外设地址0x7E00000映射到RAM的0x20000000。如0x7E200000则为0x20200000。以下是总线地址、物理地址、虚拟地址关系图：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvc21hbGxtdW91/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="">

GPIO扩展口

本次我们要通过板子上预留的GPIO管脚来控制LED灯，这里必须了解这些管脚的含义，B+版本号的GPIO口扩展到了40脚，下图是B与B+的GPIO管脚差别：

GPIO寄存器

在BCM2835中，共同拥有54个GPIO管脚。当中GPIO寄存器有GPFSELn、GPSETn、GPCLRn等，以下详细描写叙述这些寄存器的作用：

· 寄存器 GPFSEL0 ~ GPFSEL5 ----
位决定一个管脚：

o 000 = GPIO Pin 9 is aninput

o 001 = GPIO Pin 9 is anoutput

o 100 = GPIO Pin 9 takesalternate function 0

o 101 = GPIO Pin 9 takesalternate function 1

o 110 = GPIO Pin 9 takesalternate function 2

o 111 = GPIO Pin 9 takesalternate function 3

o 011 = GPIO Pin 9 takesalternate function 4

o 010 = GPIO Pin 9 takesalternate function 5

当中:(寄存器---地址---描写叙述)

* GPFSEL0 --- 0x7E200000 ---
决定GPIO0-GPIO9管脚的功能

* GPFSEL1 --- 0x7E200004 ---
决定GPIO10-GPIO19管脚的功能

* GPFSEL2 --- 0x7E200008 ---
决定GPIO20-GPIO29管脚的功能

* GPFSEL3 --- 0x7E20000c ---
决定GPIO30-GPIO39管脚的功能

* GPFSEL4 --- 0x7E200010 ---
决定GPIO40-GPIO49管脚的功能

* GPFSEL5 --- 0x7E200014 ---
决定GPIO50-GPIO53管脚的功能

· 寄存器 GPSET0 - CPSET1 ----
设为1,
每一位决定一个管脚

o 0 = No effect

o 1 = Set GPIO pin n

当中:(寄存器---地址---描写叙述)

* GPSET0 --- 0x7E20001C ---
决定GPIO0-GPIO31管脚

* GPSET1 --- 0x7E200020 ---
决定GPIO32-GPIO53管脚

· 寄存器 GPCLR0 - GPCLR1 ----
设为0,
每一位决定一个管脚

o 0 = No effect

o 1 = Clear GPIO pin n

当中:(寄存器---地址---描写叙述)

* GPSET0 --- 0x7E200028 ---
决定GPIO0-GPIO31管脚

* GPSET1 --- 0x7E20002C ---
决定GPIO32-GPIO53管脚

样例 --- 设置GPIO16为低电平

不多说了。该介绍的，前面已经介绍过了。直接上代码：

.section .init

.globl _start

_start:

ldr r0,=0x20200000

/* Set GPIO16 to output mode(001) */

mov r1,#1

lsl r1,#18

str r1,[r0,#4] /* GPFSEL1(决定GPOI10 - GPIO19) */

/* Clear GPIO16 */

mov r1,#1

lsl r1,#16

str r1,[r0,#40] /* GPCLR0(决定GPOI0 - GPIO31) */

* Loop over this forevermore

loop$:

b loop$

结果：

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总结

经过了多次的尝试最终点亮了LED灯。尽管如今想起。可能非常easy，当这毕竟是零的突破，在这一小步中，掌握了非常多知识，如总线地址、物理地址的关系，怎样看GPIO寄存器，ARM的汇编指令等等，有了这一步的成功我就能进行很多其它复杂的实验。