点亮LED灯

一 打开电路原理图（LED 指示电路）的进行系统分析

1. 电路功能概述

该电路通过一个限流电阻驱动红色发光二极管（LED），用于指示系统中某一信号（标注为 LED0）的状态。其主要作用是提供可视化状态提示，如电源指示、运行指示或其他逻辑信号反馈。

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2. 元器件逐项分析

2.1 电源端（DCDC_3V3）

• 功能：为 LED 指示电路提供 3.3V 的直流电源。

• 说明：3.3V 是 MCU、模块或低功耗系统常用的电压，适合驱动普通红光 LED。

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2.2 R9 电阻（510R）

• 类型：510 Ω 限流电阻

• 主要作用：

  1. 限制流经 LED 的电流，防止 LED 过流损坏。

  2. 使 LED 工作在安全且亮度适宜的区间。

• 计算示例（用于设计分析）：

  • 红色 LED 正向压降（Vf）典型值：1.8V

  • 电源电压：3.3V

  • 电阻值：510Ω

  电流约为：

  I ≈ (3.3V - 1.8V) / 510Ω ≈ 2.94mA

  该电流处于常规红色 LED 的安全工作范围内，亮度适中，适合作为指示灯。

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2.3 DS0（RED LED）

• 类型：红色发光二极管（标注为 RED）

• 功能：

  • 在有电流流过时发光，用于视觉指示电路是否处于激活状态。

• 连接方式：

  • 阳极连接至限流电阻 R9；

  • 阴极通过 LED0 节点接入后级电路（通常为 MCU 的 GPIO、逻辑控制信号端或接地路径）。

• 工作模式推断 ：

  LED 方向显示出阴极接向 LED0，因此常用配置是：

  • 当 LED0 信号为低电平（如逻辑 0 / GND）时，电流自 3.3V → R9 → LED → LED0 流动，LED 点亮。

  • 当 LED0 为高电平或高阻态时，LED 熄灭。

    这种方式称为 低电平点亮（Active Low）。

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3. 电路总体工作原理

1. 正常点亮条件 ：

   LED0 被拉低（接地或输出低电平）。

   此时电流路径为：

   3.3V → R9（限流） → 红色 LED（DS0） → LED0 → 地

   LED 点亮。

2. 熄灭条件 ：

   LED0 被拉高（接近 3.3V）或处于高阻态。

   电流无法形成足够的压差驱动 LED，LED 熄灭。

3. 驱动特性总结：

   • 该 LED 由 3.3V 供电；

   • LED0 为控制端，逻辑低电平时 LED 点亮；

   • LED 电流由 R9 限制，约 3mA。

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4. 设计合理性分析

• 510Ω 限流电阻用于 3.3V 系统驱动红光 LED 非常常见，可确保 LED 长期可靠运行。

• 低电平点亮逻辑符合大多数 MCU GPIO 下拉驱动能力强于上拉的实际条件。

• 电路简单，可靠性高，适用于状态指示等非关键负载。

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5. 小结

该 LED 电路由 3.3V 电源、510Ω 限流电阻和一个红色 LED 构成，采用低电平点亮的驱动方式。通过限流电阻确保 LED 在安全电流范围内工作。当控制端 LED0 输出低电平时，LED 点亮；当其为高电平或高阻态时，LED 熄灭。本电路结构简洁、成本低廉，并广泛用于系统状态指示。

二 追踪与连接关系

• 外设板上的红色指示灯 DS0 的阴极节点标记为 LED0（前一次图示）。

• 在 CORE 原理图（CPU 引脚页）中，存在一根标注为 GPIO_3 / LED0 的信号线（与 CPU 某个引脚相连），即 LED0 被直接连到 CPU 的一个可配置 IO（这里标称为 GPIO3）。

• 限流电阻 R9（510Ω） 在 LED 的阳极侧、接到 3.3V 电源，因而电流路径为：3.3V → R9 → LED（DS0）→ LED0 → CPU_IO（GPIO3）→ GND（当 GPIO 输出低）。

三 查找参考手册 并初始化GPIO

1. 使能 GPIO 模块时钟（Enable GPIO Clock）

多数处理器上 GPIO 模块在使用前必须开启时钟，否则引脚无法读写。

典型操作如：

• STM32：__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE()

• i.MX 系列：CCM (Clock Control Module) 中配置 IOMUXC 和 GPIO 模块时钟

• Linux 设备树：自动由驱动控制，只需在 DTS 写 pinctrl

一、从截图直接得出的"关键信息"

1️⃣ 寄存器

• 寄存器名称 ：CCM_CCGR2

• 地址 ：0x20C_4070

这是 GPIO3 时钟门控所在的寄存器。

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2️⃣ GPIO3 对应的 CG 位（截图已明确给出）

在 CCM_CCGR2 field descriptions 表中：

27--26 CG13 gpio3 clock (gpio3_clk_enable)

结论非常明确：

模块	CCGR	CG	位段
GPIO3	CCM_CCGR2	CG13	bits[27:26]

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二、CG13 两位的取值含义（必须理解）

根据参考手册中 CGR value 表：

CG13 值	含义
00	GPIO3 时钟关闭
01	仅 RUN 模式有时钟
11	RUN / WAIT 模式都有时钟（推荐）

GPIO 标准配置结论

GPIO3：CG13 = 0b11

这是 GPIO 使用中的工程推荐配置。

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三、这一"第一步"到底在干什么

写 CG13 = 11 的实际效果

• 给 GPIO3 模块 提供 IPG 时钟

• 允许访问：

  • GPIO3_DR

  • GPIO3_GDIR

  • GPIO3_PSR

• 后续 IOMUX / GPIO 操作才会生效

如果不做这一步

• GPIO3 寄存器写了 ≈ 没写

• 引脚不翻转、不响应

• 调试时最容易踩坑

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四、代码级实现（严格对应截图）

1️⃣ 宏定义

#define CCM_CCGR2   (*(volatile uint32_t *)0x20C4070)

---

2️⃣ 使能 GPIO3 时钟（推荐写法）

/* Enable GPIO3 clock: CG13 (bits[27:26]) = 0b11 */
CCM_CCGR2 = (CCM_CCGR2 & ~(0x3 << 26)) | (0x3 << 26);

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3️⃣ 简化写法（确认不影响其他位时）

CCM_CCGR2 |= (0x3 << 26);

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五、结合复位值再理解一次（截图中的 Reset 行）

截图显示：

• CG13 复位值是 1 1（即 11）

说明：

• 上电后 GPIO3 时钟默认是开的

• 但在以下情况中可能被关闭：

  • Bootloader / Linux 关闭不用的外设

  • 低功耗流程

  • 用户代码误操作

初始化阶段显式再开一次，是规范做法

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2. 配置引脚复用（Pin Multiplexing / IOMUX）

GPIO 引脚通常具备多种功能（如 UART、I2C、PWM）。使用 GPIO 前必须将引脚切换到 GPIO 模式。

流程包括：

1. 选择该引脚对应的 MUX 模式为 GPIO

2. 设置 SION（input select）或 MUX_MODE（不同平台名称不同）

示例（i.MX6ULL）：

• IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_xxx 寄存器 → MUX_MODE = 5（GPIO 模式示例）

1、这一步在 GPIO 初始化中的位置

典型 GPIO 初始化流程（以 i.MX 系列为例）：

1. IOMUX：配置引脚复用（MUX） ← 你当前问的就是这一步

2. IOMUX：配置 PAD 属性（上下拉、驱动能力、速度等）

3. GPIO 模块配置（方向、输出值、中断等）

第 2 步的目标只有一个：

告诉芯片：这个 PAD 到底是给谁用（GPIO 还是某个外设）

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2、寄存器总体说明

寄存器名称

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03

寄存器地址

0x20E_0068

关键可配置位

只有两个字段是你真正需要关心的：

位	字段名	作用
[4]	SION	Software Input On
[3:0]	MUX_MODE	选择引脚功能

其余 31--5 位全部是 Reserved，不能改。

---

3、MUX_MODE：选择"这个脚到底干什么"

1️⃣ MUX_MODE 字段说明（位 [3:0]）

这是最关键的字段。

截图中给出了 GPIO1_IO03 支持的复用功能：

MUX_MODE	功能	说明
0000	ALT0	I2C1_SDA
0001	ALT1	GPT1_COMPARE3
0010	ALT2	USB_OTG2_OC
0100	ALT4	USDHC1_CD_B
0101	ALT5	GPIO1_IO03（GPIO 功能）
0110	ALT6	CCM_DIO_EXT_CLK
0111	ALT7	SRC_TESTER_ACK
1000	ALT8	UART1_RX

如果你是要把这个脚当 GPIO 用，必须选 ALT5。

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2️⃣ GPIO 初始化时的标准配置

MUX_MODE = 0101b (ALT5)

这一步的含义是：

将 PAD GPIO1_IO03 连接到 GPIO1 控制器的 IO03 引脚

如果不做这一步：

• GPIO 模块即使配置了方向、输出值

• PAD 仍然连在其他外设上

• GPIO 操作不会生效

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4、SION：是否强制打开输入通路

SION（位 4）

值	含义
0	正常模式（推荐）
1	强制打开输入路径

官方描述：

Force the selected mux mode input path no matter of MUX_MODE functionality.

实际使用建议

• 普通 GPIO（输入或输出）：

  SION = 0

• 特殊场景 （如 GPIO 复用为外设输入、但硬件路径不默认打开）：

  才考虑设为 1

99% 的 GPIO 使用场景，SION 都应为 0

---

5、寄存器最终配置值示例

目标

• GPIO 功能

• 不强制输入

位设置

SION     = 0
MUX_MODE = 0101

寄存器低 5 位

0b0_0101 = 0x05

代码示例（裸机 / 寄存器方式）

#define IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03  (*(volatile uint32_t *)0x20E0068)

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 = 0x05;

或（更安全，保留保留位）：

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 =
    (IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 & ~0x1F) | 0x05;

---

3. 配置引脚电气特性（Pad Control）

包括：

• 上拉/下拉（Pull-up/Pull-down）

• 开漏（Open-drain / Push-pull）

• 驱动能力（Drive Strength）

• 滞回（Hysteresis）

• 速度（Slew Rate）

这部分在 SoC 中非常关键，如 i.MX 通过 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_xxx 完成。

一、这一"第三步"在 GPIO 初始化中的作用

完成前两步后：

1. GPIO3 模块时钟已使能

2. PAD 已通过 MUX 连接到 GPIO（ALT5）

但此时引脚只是在"逻辑上连对了" ，并不意味着电气上是安全、稳定、可用的。

Pad Control 决定的是：

• 上拉 / 下拉

• 是否悬空

• 驱动能力（电流）

• 翻转速度

• 输入抗抖动（迟滞）

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二、寄存器基本信息（根据截图）

寄存器名称

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03

地址

0x20E_02F4

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三、字段解读（必须关心的位）

按实际工程使用频率从高到低说明。

---

1️⃣ HYS（bit 16）------ 输入迟滞（抗抖动）

值	含义
0	不使能迟滞
1	使能迟滞（推荐用于输入）

使用建议

• GPIO 输入 ：HYS = 1

• GPIO 输出：可设 0（无影响）

迟滞可以抑制慢边沿 / 噪声导致的输入抖动

---

2️⃣ PKE / PUE / PUS ------ 上拉 / 下拉 / Keeper（成组理解）

这三个位必须一起理解

(1) PKE（bit 12）------ 是否使能上下拉 / Keeper

值	含义
0	上下拉 / Keeper 全部关闭
1	使能（必须设 1 才生效）

---

(2) PUE（bit 13）------ 选择 Pull 还是 Keeper

值	含义
0	Keeper（保持上一次状态）
1	Pull（上拉 / 下拉）

---

(3) PUS（bits 15--14）------ 上拉 / 下拉方向与阻值

PUS	含义
00	100K 下拉
01	47K 上拉
10	100K 上拉（最常用）
11	22K 上拉

---

GPIO 常见组合（工程推荐）

GPIO 输入（默认不悬空）

PKE = 1
PUE = 1
PUS = 10  (100K Pull-Up)

GPIO 输出

PKE = 0   （可关）

---

3️⃣ ODE（bit 11）------ 开漏输出

值	含义
0	关闭（普通 GPIO）
1	开漏输出（I2C 等）

GPIO 使用建议

• 普通 GPIO：ODE = 0

• 只有 I2C / Wired-OR 才设 1

---

4️⃣ SPEED（bits 7--6）------ 翻转速度（不是频率）

值	含义
00	低速（50MHz）
01	中速（100MHz）
10	中速（100MHz）
11	高速（200MHz）

GPIO 使用建议

• 普通 GPIO：01 或 10

• LED / 按键：00 即可

• 高速信号：才用 11

---

5️⃣ DSE（bits 5--3）------ 驱动能力（非常关键）

DSE	含义
000	驱动关闭
001	弱驱动
100	R0/4（GPIO 常用）
110	R0/6
111	R0/7（最强）

GPIO 推荐

• 普通 GPIO 输出 ：DSE = 100

• LED / 长线：可适当增强

---

6️⃣ SRE（bit 0）------ 边沿速率

值	含义
0	慢边沿（推荐）
1	快边沿

GPIO 使用建议

• 普通 GPIO：0

• 高速接口：1

---

四、一个"标准 GPIO" Pad 配置示例

场景

• GPIO 输入

• 默认上拉

• 抗抖动

• 普通驱动

推荐配置

字段	值
HYS	1
PKE	1
PUE	1
PUS	10
ODE	0
SPEED	01
DSE	100
SRE	0

---

对应寄存器值（示例）

#define IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 (*(volatile uint32_t *)0x20E02F4)

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 =
    (1 << 16) |      /* HYS */
    (1 << 12) |      /* PKE */
    (1 << 13) |      /* PUE */
    (2 << 14) |      /* PUS = 100K pull-up */
    (1 << 6)  |      /* SPEED = medium */
    (4 << 3);        /* DSE = R0/4 */

（未列出的位均为 0）

---

五、这一"第三步"做到什么程度才算正确

✔ 引脚不上电即悬空

✔ 输入稳定、不乱跳

✔ 输出不过冲、不抖动

✔ EMI 可控

常见错误

• 只配 MUX，不配 PAD

• PKE=0 却期望有上拉

• DSE 设太大，导致干扰

---

六、小结

GPIO 初始化第三步的本质：

用 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_xxx

为 GPIO 引脚定义"电气性格"------
拉不拉、拉多大、推多狠、翻多快。

---

4. 设置 GPIO 方向（Direction Setting）

GPIO 可配置为：

• 输入模式（Input）：用于按键、传感器、状态读取

• 输出模式（Output）：用于 LED、控制引脚、驱动外部器件

• 双向（Bidirectional）：某些平台允许

初始化必须明确方向。

1️⃣、核心寄存器：GPIOx_GDIR（GPIO 方向寄存器）

1. 寄存器基础信息

   • 地址：不同 GPIO 组的 GDIR 地址不同（如截图中GPIO3_GDIR地址为20A_4004，GPIO1_GDIR为209_C004，GPIO2_GDIR为20A_0004等）；
   • 位宽：32 位（每 1 位对应 1 个 GPIO 引脚）；
   • 访问权限：RW（可读可写）；
   • 复位值：0x00000000（复位后所有引脚默认配置为输入）。

2. 位定义规则 GDIR 寄存器的每 1 位对应 1 个 GPIO 引脚的方向，规则如下：

   位值	方向配置	说明
   0	输入（INPUT）	该位对应的 GPIO 引脚配置为输入模式，引脚仅能读取外部电平，无法主动输出电平；
   1	输出（OUTPUT）	该位对应的 GPIO 引脚配置为输出模式，引脚可通过GPIOx_DR寄存器主动输出高低电平；

   例：若要将GPIO1_3配置为输出，需将GPIO1_GDIR寄存器的第 3 位写 1；若配置为输入，第 3 位写 0。

2️⃣ 、方向设置的操作逻辑

1. 步骤 1：确定目标 GPIO 的 "组 + 引脚号" 例：需配置GPIO1_3为输出 → 确定操作GPIO3_GDIR寄存器的第 3 位。

2. 步骤 2：计算 GDIR 寄存器的写入值

   • 配置单个引脚：通过 "位掩码" 方式操作（避免影响其他引脚）。例：配置GPIO3_20为输出 → 写入值 = 1 << 3；配置GPIO1_3为输入 → 写入值 = 0 << 3（或先读寄存器、清除第3位后写回）。
   • 配置多个引脚：合并位掩码。例：配置GPIO1_3（输出）+ GPIO1_8（输入） → 先读GPIO1_GDIR原值，保留第 8 位为 0、第 3 位设 1，其余位不变，再写回寄存器。

3. 步骤 3：写入 GDIR 寄存器通过内存映射方式，向对应 GPIO 组的 GDIR 物理地址写入计算好的值，完成方向配置。

---

5. 配置默认输出电平（Initial Output Level）

如果 GPIO 是输出模式，需要先配置默认电平，再设置方向，避免初始化瞬间的错误电平跳变。

推荐顺序：

1. 在方向设置为输出之前，先写入初始电平（如高电平/低电平）

2. 然后设置方向为输出

3. 再启用后续操作

例如：控制 LED（低电平点亮）时：

• 上电时把引脚先写成高电平

• 再设置为输出，确保 LED 不会误亮：

• • 若 GDIR 配置为输出（1）：GPIOx_DR寄存器对应位可控制引脚输出电平；
  • 若 GDIR 配置为输入（0）：GPIOx_DR寄存器对应位仅能读取引脚外部电平（写 DR 无效）。

---

6. 配置中断（如需）

输入模式下可能需要配置中断，例如按键、检测信号。

步骤包括：

• 中断触发边沿（上升沿/下降沿/双沿/电平触发）

• 清除中断标志

• 使能中断

• 注册中断回调

不同 MCU/SoC 结构可能包含：

• EXTI（STM32 等）

• GPIO_INT（NXP i.MX）

• GIC（ARM 架构中断控制器）

---

7. 上层驱动初始化或注册（可选）

对于复杂 SoC（如 i.MX 系列）或 Linux 系统，需要在中间层完成注册：

• Linux Device Tree（DTS）中声明 pinctrl、GPIO 属性

• 注册 input device（如按键）

• 初始化 LED 子系统（如 LED class）

---

8. GPIO 测试和验证

汇编汇总

/**************************************************************
Copyright ©  Co., Ltd. 2000-2025. All rights reserved.
文件名  :        mian.c
作者       : 
版本       : V1.0
描述       : 裸机实验1 汇编点灯
                         使用汇编来点亮开发板上的LED灯，学习和掌握如何用汇编语言来
                         完成对I.MX6U处理器的GPIO初始化和控制。
其他       : 无
日志       : 初版V1.0 2025/12/23 denglz创建
**************************************************************/

.global _start /* 全局标号 */

/*
        描述:   _start函数,程序传此函数开始执行.
        此函数完成时钟使能 GPIO初始化 最终控制GPIO输出低电平点亮LED灯.
*/

_start:
    /* 1. 使能所有时钟 */
        ldr r0, = 0x020C4068    /* CCGR0 */
        ldr r1, = 0xFFFFFFFF
        str r1, [r0]

        ldr r0, = 0x020C406C    /* CCGR1 */
        str r1, [r0]

        ldr r0, = 0x020C4070    /* CCGR2 */
        str r1, [r0]

        ldr r0, = 0x020C4074    /* CCGR3 */
        str r1, [r0]

        ldr r0, = 0x020C4078    /* CCGR4 */
        str r1, [r0]

        ldr r0, = 0x020C407C    /* CCGR5 */
        str r1, [r0]

        ldr r0, = 0x020C4080    /* CCGR6 */
    str r1, [r0]

        /* 2. 设置GPIO1_IO03复用为GPIO1_IO03 */
        ldr r0, = 0x020E0068    /* 将寄存器IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03加载到r0中 */
        ldr r1, = 0x5;
        str r1, [r0]                    /* 设置寄存器IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03的MUX_MODE为0101 ALT5 */

        /* 3.配置GPIO1_IO03的电气属性
         *bit 16:0 HYS关闭
         *bit [15:14]: 00 默认下拉
         *bit [13]: 0 kepper功能
         *bit [12]: 1 pull/keeper使能
         *bit [11]: 0 关闭开路输出
         *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
         *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
         *bit [0]: 0 低转换率
         */
        ldr r0, = 0x020E02F4   /* 将寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03加载到r0中 */
        ldr r1, = 0x10B0
        str     r1, [r0]

        /* 4. 设置GPIO1_IO03方向为输出 */
        ldr r0, = 0x0209C004 /* 寄存器GPIO1_GRIR */
        ldr r1, = 0x00000008 /* 将GPI01_GRIR寄存器的第3为写1(输出) */
        str r1, [r0]

        /* 5. 配置GPIO1_IO03默认输出电平(点亮) */
        ldr r0, = 0x0209C000  /* 寄存器GPIO1_DR */
        ldr r1, = 0
        str r1, [r0]

        /*
         * 描述:  loop无限循环
         */
loop:
        b loop

初始化之后必须进行基本验证：

1. 输出模式：

   • 切换高/低电平

   • 测试 LED、继电器、电平转换器动作是否正确

2. 输入模式：

   • 读取状态

   • 按键/信号测试

   • 测试中断触发是否正常

三. 编译下载验证

1**、arm-linux-gnueabihf-gcc编译文件**
我们是要编译出在 ARM 开发板上运行的可执行文件，所以要使用我们在 4.3 小节安装的
交叉编译器 arm-linux-gnueabihf-gcc 来编译。因为本试验就一个 led.s 源文件，所以编译比较简
单。先将 led.s 编译为对应的.o 文件，在终端中输入如下命令：

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

2**、arm-linux-gnueabihf-ld链接文件**
arm-linux-gnueabihf-ld 用来将众多的.o 文件链接到一个指定的链接位置。
确定了链接地址以后就可以使用 arm-linux-gnueabihf-ld 来将前面编译出来的 led.o 文件链
接到 0X87800000 这个地址，使用如下命令：

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

3**、arm-linux-gnueabihf-objcopy格式转换**
arm-linux-gnueabihf-objcopy 更像一个格式转换工具，我们需要用它将 led.elf 文件转换为
led.bin 文件，命令如下：

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