基于Cortex-A9 LED汇编、C语言驱动编写-51CTO.COM

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0. 前言

一般我们购买一个开发板，厂家都会给出对应的电路图文件，我们可以通过搜索对应名称来查找到对应的外设。对于驱动工程师来说，我们只需要知道外设与SOC交互的一些数据线和信号线即可。

用主控芯片控制这些外设的一般步骤：

看电路原理图，弄明白主控芯片和外设是怎么连接的，对于驱动工程师来说，主要是看外设的一些clk、数据引脚、控制引脚是如何连接的;
外设一般都会连接到SOC的1个或者多个控制器上，比如i2c、spi、gpio等，有的是数据线有的是信号线，中断线等;
根据电路连接和需求对主控芯片进行设置，往往对外设的设置都是通过寄存器操作实现;
书写相应代码，实现功能，不同类型的外设，代码结构也不尽相同，比如按键，我们既可以通过轮询方式读取按键信息，也可以通过中断方式来读取。

下面我们就以华清远见的fs4412开发板为例来看如何编写led的裸机程序。SOC exynos 4412 datahseet 下载地址：

https://download.csdn.net/download/daocaokafei/12533438

一、LED灯电路图

首先看下led电路图：

LED电路图

该板子有4个LED，是发光二极管，有电流是为蓝色;
led都接了上拉电阻;
三极管的基极接了SOC的某个GPIO引脚;
比如GPX1_0,当该引脚为高电平是，三极管pn结导通，于是LED3两侧就有了电势差，LED3被点亮，如果该引脚为低电平，pn结截止，LED3两侧就没有了电势差，LED3熄灭。

下面是CPU核访问GPIO控制器的数据通路：

AHB：高速总线

APB Bridge:APB总线桥

APB：外设总线，低速总线

GPIO挂载在APB总线上

GPIO 与 SOC

由上图可知，cpu要访问GPIO的寄存器需要经过的路径。

二、GPIO

GPIO(General Purpose I/O Ports)意思为通用输入/输出端口，通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平。

用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鸣器等),读取硬件的工作状态信号(如中断信号)等。GPIO口的使用非常广泛。

1. GPIO的优点

低功耗：GPIO具有更低的功率损耗(大约1µA，µC的工作电流则为100µA)。
集成I²C从机接口：GPIO内置I²C从机接口，即使在待机模式下也能够全速工作。
小封装：GPIO器件提供最小的封装尺寸—3mm x 3mm QFN!
低成本：您不用为没有使用的功能买单!
快速上市：不需要编写额外的代码、文档，不需要任何维护工作!
灵活的灯光控制：内置多路高分辨率的PWM输出。
可预先确定响应时间：缩短或确定外部事件与中断之间的响应时间。
更好的灯光效果：匹配的电流输出确保均匀的显示亮度。
布线简单：仅需使用2条I²C总线或3条SPI总线。

2. exynos4412 GPIO特性

172 个外部中断
32个外部可唤醒中断
252个多功能 input/output ports
在休眠模式下也可以控制GPIO引脚，但不包括 GPX0, GPX1, GPX2, and GPX3

3. 6 General Purpose Input/Output (GPIO) Control

Exynos 4412 SCP 包括304个多功能 input/output端口引脚和164 存储端口引脚. 总共 37 个端口分组和两个存储端口分组.。

下图为GPIO模块图：

GPIO Block Diagram

三、如何操作GPIO?

主要通过寄存器来操作GPIO引脚。

GPxCON用于选择引脚功能，GPxDAT用于读/写引脚数据;另外，GPxUP用于确定是否使用内部上拉电阻。其中x为A、B…..H、J等。

1. GPxCON寄存器

从寄存器的名字可以看出，它用于配置(Configure)-选择引脚功能。

LED3是连接到GPX1_0,该引脚说明如下：

GPX1CON

由上图所示，

GPX1CON地址为0x1100C20;

LED3是输出设备，所以需要将GPX1CON[3:0]设置为0x1，但是能修改其他的bite。

2. GPxDAT寄存器

GPxDAT用于读/写引脚;当引脚被设为输入时，读此寄存器可知相应引脚的电平状态是高还是低;当引脚被设为输出时，写此寄存器相应位可以令此引脚输出高电平或是低电平。

GPX1DAT

GPX1DAT的地址是0x1100C24
LED3对应的输出引脚是GPX1DAT[0]，点灯只需要将该引脚设置为1即可，灭灯将bite0置0。

3. GPxUP寄存器

GPxUP：某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻;为0时，相应引脚使用内部上拉电阻。

上拉电阻的作用在于：当GPIO引脚处于第三态(即不是输出高电平，也不是输出低电平，而是呈高阻态，即相当于没接芯片)时，它的电平状态由上拉电阻、下拉电阻确定。

本例不用设置。

四、驱动编写

下面我们分别用汇编和C语言来给LED编写驱动程序。

1. 汇编代码

大家如果掌握了我之前讲解的汇编指令的知识点，那么这个代码很容易就能看明白：

.globl _start 
.arm 
_start: 
 LDR R0,=0x11000C20 @将配置寄存器GPX1CON的地址写入到R0 
 LDR R1,[R0]  @读取寄存器GPX1CON的值保存到R1 
 BIC R1,R1,#0x0000000f @将R1的3:0位清0，目的是不覆盖到其他bit的值 
 ORR R1,R1,#0x00000001 @将R1的3:0位置1 
 STR R1,[R0]  @将R1的值写回寄存器GPX1CON 
loop: 
 LDR R0,=0x11000C24 @将data寄存器GPX1DAT的地址写入到R0 
 LDR R1,[R0] @读取寄存器GPX1DAT的值保存到R1 
 ORR R1,R1,#0x01 @将R1的值bite0 设置为1，即拉高，点灯 
 STR R1,[R0]  @将R1的值写回寄存器GPX1DAT 
 BL delay  @调用延时函数 
 LDR R1,[R0]  
 BIC R1,R1,#0x01 @将R1的值bite0 设置为0，即拉低，灭灯 
 STR R1,[R0] 
 BL delay 
 B loop 
delay:     @delay延时函数 
 LDR R2,=0xfffffff 
loop1: 
 SUB R2,R2,#0x1 
 CMP R2,#0x0 
 BNE loop1 
 MOV PC,LR @返回 
.end

Makefile

TARGET=gcd 
all: 
 arm-none-linux-gnueabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s 
 arm-none-linux-gnueabi-ld   $(TARGET).o -Ttext 0x40008000 -N -o $(TARGET).elf 
 arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin 
clean: 
 rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin

程序功能很简单，就是让LED3呈现一闪一闪的效果。

执行make，最终生成的gcd.bin文件。

2. c语言实现

如果要进入C语言执行环境，那么就必须为设置栈空间，函数调用参数和返回值会压栈。

start.s

.text 
.global _start 
_start: 
  ldr  sp,=0x70000000         /*get stack top pointer*/ 
  b  main

main.c

/* GPX1 */ 
typedef struct { 
    unsigned int CON; 
    unsigned int DAT; 
    unsigned int PUD; 
    unsigned int DRV; 
}gpx1; 
#define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 ) 
 
void led_init(void) 
{ 
 GPX1.CON = GPX1.CON & (~(0x0000000f)) | 0x00000001; 
} 
void led_on(int n) 
{  
 GPX1.DAT = GPX1.DAT|0x01; 
} 
void led_off() 
{  
 GPX1.DAT = GPX1.DAT&(~(0x01));   
} 
void  delay_ms(unsigned int num) 
{   int i,j; 
     for(i=num; i>0;i--) 
      for(j=1000;j>0;j--) 
         ; 
 } 
int main(void) 
{ 
 led_init (); 
 while (1) { 
  led_on(); 
  delay_ms(500); 
  led_off(); 
  delay_ms(500); 
 } 
 while(1); 
    return 0; 
}

map.lds

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") 
OUTPUT_ARCH(arm) 
ENTRY(_start) 
SECTIONS 
{ 
 . = 0x40008000;     ;从该地址开始 
 . = ALIGN(4); 
 .text      :       ;指定代码段 
 { 
  gcd.o(.text)  ;代码的第一个部分，绝对不能错 
  *(.text) 
 } 
 . = ALIGN(4); 
    .rodata :             ;只读数据段 
 { *(.rodata) } 
    . = ALIGN(4); 
    .data :              ;读写数据段 
 { *(.data) } 
    . = ALIGN(4); 
    .bss :               
     { *(.bss) } 
}

Makefile

TARGET=gcd 
TARGETC=main 
all: 
 arm-none-eabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGETC).o  $(TARGETC).c 
 arm-none-eabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s 
 arm-none-eabi-gcc -O0 -g -S -o $(TARGETC).s  $(TARGETC).c 
 arm-none-eabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Tmap.lds -o  $(TARGET).elf 
 arm-none-eabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin  
clean: 
 rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin

执行make命令，最终生成的gcd.bin文件。

这段代码中，读者可能不能理解的是下面的定义：

typedef struct { 
    unsigned int CON; 
    unsigned int DAT; 
    unsigned int PUD; 
    unsigned int DRV; 
}gpx1; 
#define GPX1 (* (volatile gpx1 *)0x11000C20 )