ARM裸机开发——I.MX6U_汇编LED灯驱动

1.I.MX6U外设时钟：

I.MX6U的外设时钟配置都通过CCGR0~CCGR6共七个寄存器控制。

汇编指令基础：

理解Cortex-A的寄存器：

理解寄存器（R0~R15...)、主存（ram...）、缓存（L1、L2...)、辅存（rom...）：

1.寄存器（Register）
定位：位于CPU内部，直接参与运算，是存储层级的最高层。

特点：速度最快（0延迟）、容量极小（通常为16-64字节）、易失性。

是否属于内存：否，寄存器是CPU的组成部分，独立于内存。

2. 缓存（Cache）

层级细分：缓存是主存的高速缓冲，两者属于不同层级。缓存存储主存中的高频数据副本，但不属于主存本

L1缓存：集成在CPU核内，分为指令缓存（I-Cache）和数据缓存（D-Cache） ，速度最快（2-4周期），容量32KB-1MB。
L2缓存：容量更大（256KB-8MB），速度次之（10-20周期），可能共享多核访问。
L3缓存（部分架构）：共享于多核之间，容量更大但速度较慢。
定位：介于CPU与主存之间，解决速度差异问题，不属于内存，是独立的层级。
功能：缓存高频访问的主存数据，命中率可达90%以上。

3. 主存（内存/RAM）
定义：直接与CPU交互的易失性存储器，即常说的"内存条"，由DRAM（动态RAM）构成。

特点：速度较缓存慢（50-100周期）、容量GB级、断电数据丢失。

是否包含缓存：否，缓存是独立层级，但主存数据可通过缓存加速访问。

4. 外存（辅存）
组成：ROM（如BIOS芯片）、硬盘、SSD、光盘等非易失性存储设备。

特点：速度慢（毫秒级）、容量TB级、长期保存数据。

ROM是否属于内存：否，ROM属于外存，用于固化程序（如系统引导代码）。
EEPROM属于外存，是ROM的一种可电擦写变体。
Flash属于外存，是一种非易失性存储器，特性与硬盘类似。

关于各层级存储的访问方式：

1. 指令直接操作
定义：CPU直接通过指令对寄存器进行读写，无需通过总线或地址映射。
应用场景： 寄存器操作（如MOV R0, R1）。
技术原理： 寄存器是CPU内部的存储单元，指令直接指定寄存器地址。
示例：

bash 复制代码

ADD R0, R1, R2   ; 将R1和R2的值相加，结果存入R0

**特点：**速度最快（0延迟），但容量极小（仅几十字节）。

2. 地址映射（全相联/组相联）
定义：将主存地址映射到缓存中的位置，解决缓存与主存间的数据定位问题。
应用场景： 缓存（L1/L2/L3）的数据存取。
技术原理：

全相联映射：主存块可映射到缓存任意位置，灵活性高但硬件成本大。

组相联映射：主存块映射到缓存特定组内，平衡速度与冲突率（如4路组相联）。

示例：

若主存地址0x1234的数据被缓存到L1的组2中，下次访问时直接读取组2内容。

特点：通过局部性原理减少主存访问次数，提升效率。

3. 总线传输+地址计算
定义：CPU通过地址总线发送物理地址，数据总线传输内容，结合地址计算逻辑访问主存。
应用场景： 主存（DRAM）读写操作。
技术原理：
地址总线： 发送目标地址（如0x5678）。
数据总线： 传输实际数据（如32位整数）。
地址计算： 段基址+偏移量（实模式）或虚拟地址转物理地址（保护模式）。

示例：

bash 复制代码

MOV EAX, [0x2000] ; 读取主存地址0x2000的数据到EAX寄存器

特点： 速度较慢（50-100周期），但容量大（GB级）。

4. I/O接口或内存映射
定义：通过I/O端口或内存映射地址直接操作外设寄存器。
应用场景： 外设控制（如UART、GPIO）。

技术原理：
I/O接口： 专用指令（如IN/OUT）访问外设端口（如x86架构）。

内存映射I/O（MMIO）：将外设寄存器映射到内存地址空间（如ARM架构）。

示例：

bash 复制代码

// 内存映射方式操作UART发送数据
#define UART_TX (*(volatile uint32_t*)0x4000C000)
UART_TX = 'A'; // 向地址0x4000C000写入字符'A'

特点： 绕过缓存，直接控制硬件，需手动维护一致性。

从程序员的角度怎么访问上述四个存储区：

一、寄存器访问
主要方法：
汇编指令直接操作
通过汇编指令（如MOV AX, BX）直接读写寄存器。
C语言中的指针或结构体映射
指针强制类型转换：通过地址直接访问寄存器，例如：

bash 复制代码

#define GPIO_MODER (*(volatile uint32_t *)0x40020000)

结构体映射：将寄存器组定义为结构体，通过指针访问，常用于硬件驱动开发。
隐式访问
程序计数器（PC）、状态寄存器（FLAGS）等由CPU自动管理，无需显式操作。
二、主存（内存）访问
主存通过总线与CPU交互，分为栈区、堆区、静态区等。
主要方法：
指针操作
直接通过地址访问内存单元，例如：

bash 复制代码

int *ptr = (int *)0x20000000; *ptr = 10;

动态内存分配（malloc/free）管理堆区。
虚拟内存管理

操作系统通过页表机制将虚拟地址转换为物理地址，支持内存分页和交换。

总线传输与寻址模式

CPU通过地址总线、数据总线和控制总线访问内存，支持直接寻址、间接寻址等模式。
三、缓存（Cache）访问
缓存由硬件自动管理，程序员通常无法直接操作，但可通过优化提升命中率。
优化策略：

。
四、外存（硬盘/SSD等）访问
外存通过文件系统或硬件接口访问，速度较慢但容量大。
主要方法：

文件系统API

使用标准库函数（如fopen、fread）或系统调用（如Linux的open、read）。

内存映射文件（mmap）

将文件映射到内存地址空间，通过指针直接读写，减少用户态与内核态切换。

I/O端口与硬件接口

通过内存映射I/O（MMIO）访问外设寄存器（如UART控制器）。
直接操作物理地址（如Linux的/dev/mem设备）。

数据库与持久化

使用SQLite、Redis等数据库管理外存数据，结合缓存提升效率

L1和L2缓存：

寄存器（R0~R15）

（1）通用寄存器（R0~R14）：

用于算术逻辑运算（如ADD R0, R1, R2）。

存储函数参数和返回值（ARM调用约定中，R0~R3用于传参）。

（2）程序计数器（R15/PC）：

存储下一条待执行指令的地址，控制程序流（如跳转指令B LABEL会修改PC）。

（3）状态寄存器（CPSR/SPSR）：

存储条件标志（如进位、溢出）、中断屏蔽位和处理器模式（用户模式、IRQ模式等）。

不同的工作模式对应有不同的寄存器。

CPSR寄存器：

注意： ARM 中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等可以全部使用大写，也可以全部使用

小写，但是不能大小写混用。

（1）汇编的数据传输：

一、时钟：

IM6ULL时钟树介绍：

无论哪个设备需要工作，时钟信号是必要的，没有信号外设就不能按照时序进行工作，那么什么时候读取信号，什么时候存信号都不知道，这个学了数电会明白很多。

那么我们来研究一下IM6U的时钟管理：
1.首先由OSC（振荡器）产生基础时钟，学数电就知道这种是一类材料通电压后会产生不同频率的振荡信号，然后由振荡电路选择其中需要的信号再进行放大，用不到的信号就去除。

2.CCM（时钟控制模块）接收OSC发出的基础时钟信号，然后进行分频/倍频之后再输出。其中PLL指锁相环，主要功能是实现输入信号与输出信号在频率和相位上的精确同步，PLL通过反馈机制实现动态频率校准，而普通振荡器（如晶振）仅提供固定频率输出。

3.LPCG（时钟控制模块）拿到CCM处理过的时钟信号后将它们分别发送给不同的模块。

4.经过时钟树流程后的时钟信号是工作状态可输入给外设的时钟信号，而一开始的OSC出来的基础时钟信号还流向了IOMUX的原因可能是用于待机模式的工作需要。

时钟控制：

寄存器：

下面时钟控制寄存器中我们可以依次查看：

那么应该先选择时钟源，不过我看了一下，CCSR已经默认好了，特殊情况才需要更改为什么步进控制，CCR也是默认好了在需要切换到省电模式的时候需要设置，分频也默认了，所以我们只需要通过CCGR控制各个模块的时钟就好了。

CCGR模块时钟：

下图是CCGR0的寄存器，解读为，上面的这个CGR value的值有四个模式，因为CCGR是一个32位的寄存器，同时每两位对应一个外设，也就是说CCGR0 的两个位bit0 和bit1 可以代表一个外设GPIO0，然后给这两位赋值为00 01 10 11，这四个值就对应将GPIO0设置为CGR value 的四个模式中的一个。

原子的教程要把所有的CCGR0 到 CCGR6的每一位都赋值为1，我不太理解，我的理解是只打开需要的，并且把其他外设的都关闭。
要用到的是GPIO1_IO03
在CCGR1 的 CG13中，我们将它赋值为01（除停止模式（STOP）外，所有模式下时钟开启。）
然后将其他的设置为0

不知道为什么，CCGR4的时钟被关闭就不能点亮led灯，所以全部时钟都使能先。

程序：

bash 复制代码

.global _start


_start:

MOV R0, =0xFFFFFFFF
MOV R1, =0X00000000
MOV R3, =0X020C406C

@使能时钟
STR R1,[R3]


LDR R3, =0X020C4068
STR R1,[R3]

LDR R3, =0X020C4070
STR R1,[R3]

LDR R3, =0X020C4074
STR R1, [R3]

LDR R3, =0X020C4078
STR R1, [R3]

LDR R3, =0X020C407C
STR R1, [R3]

LDR R3, =0X020C4080
STR R1, [R3]

二、IO引脚:

首先我们这章要使用IO口驱动LED灯点亮，那么就需要先了解板子的IO口配置，将IO口配置成GPIO功能，所以进入手册后先找到GPIO部分。

右图是GPIO配置方案：

其中右边的三个方块分别表示有九个相关配置的寄存器：
GPIO方块------表示IO口配置为GPIO功能时的相关配置寄存器

IOMUXC（I/O Multiplexer Controller）------IO口多功能复用控制

复制代码

SW_MUX_CTL_PAD_*：配置引脚功能复用模式（如选择GPIO或UART模式）。
SW_PAD_CTL_PAD_*：设置引脚电气特性（如上拉/下拉电阻、驱动能力、压摆率等）。

注意：*号表示这是一个系列，意思就是这个系列下每一个功能都有对应的寄存器对相关

程序：

bash 复制代码

@配置复用寄存器到GPIO功能
MOV R3, =0x020E0068
MOV R4, =0x5
STR R4, [R3]
@配置GPIO01_03的电气属性
MOV R4, =0x38
MOV R3, =0x020E02F4
STR R4, [R3]

三、GPIO功能：

切换到GPIO的章节：

因此配置好方向寄存器再设置数据寄存器为0即可点亮LED灯。

每一个寄存器都是32位的，每个GPIO组有32个引脚，所以将GPIO1_03设置为输出即将GPIR寄存器的第3位设置为1。

程序

bash 复制代码

.global _start


_start:

LDR R1, =0xFFFFFFFF
LDR R0, =0X00000000
LDR R3, =0X020C406C

@使能时钟
STR R1,[R3]


LDR R3, =0X020C4068
STR R1,[R3]

LDR R3, =0X020C4070
STR R1,[R3]

LDR R3, =0X020C4074
STR R1, [R3]

LDR R3, =0X020C4078
STR R1, [R3]

LDR R3, =0X020C407C
STR R1, [R3]

LDR R3, =0X020C4080
STR R1, [R3]

@配置复用寄存器到GPIO功能
LDR R3, =0x020E0068
LDR R4, =0x5
STR R4, [R3]
@配置GPIO01_03的电气属性
@LDR R4, =0X10B0
LDR R4, =0x38
LDR R3, =0x020E02F4
STR R4, [R3]

@配置GPIO功能的属性：
LDR R3, =0x0209C004
LDR R4, =0x00000008
STR R4, [R3]

LDR R3, =0x0209C000
STR R0, [R3]

编译：

编译流程：

（1）编译成目标文件：

bash 复制代码

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

错误：

第一次错误：

bash 复制代码

wenyecheng@wenyecheng-virtual-machine:~/Linux/arm/LED/start$ arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o
led.s: Assembler messages:
led.s:6: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R0,=0xFFFFFFFF'
led.s:7: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R1,=0X00000000'
led.s:8: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C406C'
led.s:14: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C4068'
led.s:17: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C4070'
led.s:20: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C4074'
led.s:23: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C4078'
led.s:26: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C407C'
led.s:29: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0X020C4080'
led.s:33: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0x020E0068'
led.s:34: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R4,=0x5'
led.s:37: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R4,=0x28'
led.s:38: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0x020E02F4'
led.s:42: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0x0209C004'
led.s:43: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R4,=0x00000008'
led.s:46: 错误： immediate expression requires a # prefix -- `mov R3,=0x0209C000'

原因：

第二次错误：我以为把=改为#就可以了，才注意到，MOV的参数只能是合法立即数就是小的，地址这种不行。

bash 复制代码

led.s:8: 错误： invalid constant (20c406c) after fixup
led.s:14: 错误： invalid constant (20c4068) after fixup
led.s:17: 错误： invalid constant (20c4070) after fixup
led.s:20: 错误： invalid constant (20c4074) after fixup
led.s:23: 错误： invalid constant (20c4078) after fixup
led.s:26: 错误： invalid constant (20c407c) after fixup
led.s:29: 错误： invalid constant (20c4080) after fixup
led.s:33: 错误： invalid constant (20e0068) after fixup
led.s:38: 错误： invalid constant (20e02f4) after fixup
led.s:42: 错误： invalid constant (209c004) after fixup
led.s:46: 错误： invalid constant (209c000) after fixup

解决方法：

按esc切换到命令模式：
输入 :%s/old/new （将所有old字符改为new）
输入：%s/MOV/LDR

然后就没报错了

（2）将.o文件链接到一个位置：

详细需要自己去了解，链接这个工作：

bash 复制代码

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

链接过程：

（1）重定位：

重定位是指将程序中的逻辑地址空间（编译时生成的相对地址）转换为物理地址空间（内存实际地址）的过程。这一过程使得程序能够在不同内存位置加载和执行，无需修改源代码。

（2）运行地址和存储地址：

（3）为什么是链接.o（目标文件）：

（3）格式转换：

将elf文件转换为最终烧写的bin文件

bash 复制代码

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

烧写bin文件到SD卡：

没有SD设备：

Linux的所有设备都对应在 /dev目录下：
输入：

bash 复制代码

ls /dev/sd*

就会返回连接的SD卡设备
如果没有返回，可以检查：
1.在状态栏------>虚拟机------>可移动设备，然后找到sd卡进行连接
2.在底部确定有对应SD卡的图标并亮绿色

3.在状态栏------>虚拟机------>设置------>USB控制器（将USB兼容性勾选到3.1或更高）

烧写：

命令：

bash 复制代码

./imxdownload <.bin file> <SD Card> //这里的sd路径一点要写对
./imxdownload ./bin/led.bin /dev/sdb

烧写失败原因：

如果你的烧写速度不是kb，一般就是错的。
1.sd卡路径没写对
2.文件路径没写对

Makefile 文件：

创建一个名为makefile的文件，记住要在工程根目录下

bash 复制代码

touch makefile

将下面的内容复制进去，关于makefile的语法可以自己了解。

bash 复制代码

TAG = ./bin/led.bin
ASM = ./src/led.s
OBJ = ./build/led.o
ELF = ./build/led.elf
BIN = ./bin/led.bin
ARM_GCC = arm-linux-gnueabihf-gcc
ARM_LD = arm-linux-gnueabihf-ld 
ARM_ELF2BIN = arm-linux-gnueabihf-objcopy
COM_PAR = -g -c
LD_PAR =  -Ttext 0X87800000
TRA_PAR = -O binary -S -g
SD = /dev/sdb

$(TAG):$(ASM)
	$(ARM_GCC) $(COM_PAR) $(ASM) -o $(OBJ)
	$(ARM_LD) $(LD_PAR) $(OBJ) -o $(ELF)
	$(ARM_ELF2BIN) $(TRA_PAR) $(ELF) $(BIN)
load:
	./imxdownload $(TAG) $(SD)
clean:
	rm ./bin/*

编写完成后：终端输入，记住要在工程根目录下

编译

bash 复制代码

make

下载：

bash 复制代码

make load

删除文件就把load改为clean

ARM裸机开发——I.MX6U_汇编LED灯驱动

汇编指令基础：

理解Cortex-A的寄存器：

理解寄存器（R0~R15...)、主存（ram...）、缓存（L1、L2...)、辅存（rom...）：

关于各层级存储的访问方式：

从程序员的角度怎么访问上述四个存储区：

L1和L2缓存：

寄存器（R0~R15）

不同的工作模式对应有不同的寄存器。

CPSR寄存器：

注意： ARM 中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等可以全部使用大写，也可以全部使用

（1）汇编的数据传输：

一、时钟：

IM6ULL时钟树介绍：

时钟控制：

寄存器：

CCGR模块时钟：

程序：

二、IO引脚:

相关寄存器：

SW_MUX_CTL_PAD_（多路复用控制）：

SW_PAD_CTL_PAD_（引脚的电气属性和输入/输出特性）：

程序：

三、GPIO功能：

程序

编译：

编译流程：

（1）编译成目标文件：

错误：

第一次错误：

第二次错误：我以为把=改为#就可以了，才注意到，MOV的参数只能是合法立即数就是小的，地址这种不行。

解决方法：

（2）将.o文件链接到一个位置：

链接过程：

（3）格式转换：

烧写bin文件到SD卡：

没有SD设备：

烧写：

烧写失败原因：

Makefile 文件：