linux（第十二期）--裸机实验（C 语言版 LED 灯实验）-- Ubuntu20.04

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  前言

  一、硬件原理分析

  二、实验程序编写

  1.汇编部分实验程序编写

  2、c语言部分实验程序编写

  三、编译下载

  1、编写Makefile

  2、编写链接脚本

  3、下载验证

  总结

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前言

上一期的我们讲解了汇编版的点亮LED灯实验，但实际工作中是很少用到汇编去写嵌入式驱动的，毕竟汇编太难，而且写出来也不好理解，大部分情况下都 是使用 C 语言去编写的。只是在开始部分用汇编来初始化一下 C 语言环境，比如初始化 DDR、 设置堆栈指针 SP 等等，当这些工作都做完以后就可以进入 C 语言环境，也就是运行 C 语言代码，一般都是进入 main 函数。所以我们有两部分文件要做：
①、汇编文件
汇编文件只是用来完成 C 语言环境搭建。
②、 C 语言文件
C 语言文件就是完成我们的业务层代码的，其实就是我们实际例程要完成的功能。
注意：其实 STM32 也是这样的，只是我们在开发 STM32 的时候没有想到这一点，以 STM32F103 为 例，其启动文件 startup_stm32f10x_hd.s 这个汇编文件就是完成 C 语言环境搭建的，当然还有一些其他的处理，比如中断向量表等等。当 startup_stm32f10x_hd.s 把 C 语言环境初始化完成以后就会进入 C 语言环境。

一、硬件原理分析

还是和上一篇博客一样。

二、实验程序编写

现在可以新建一个工程，命名为：ledc

新建三个文件： start.S、main.c 和 main.h
start.S 是汇编文件
main.c 和 main.h 是 C 语言相关文件

1.汇编部分实验程序编写

I.MX6U 的汇编部分代码和 STM32 的启动文件startup_stm32f10x_hd.s 基本类似，初始化C环境，在start.s中输入如下代码：

.global _start  		/* 全局标号 */

/*
 * 描述：	_start函数，程序从此函数开始执行，此函数主要功能是设置C
 *		 运行环境。
 */
_start:

	/* 进入SVC模式 */
	mrs r0, cpsr
	bic r0, r0, #0x1f 	/* 将r0寄存器中的低5位清零，也就是cpsr的M0~M4 	*/
	orr r0, r0, #0x13 	/* r0或上0x13,表示使用SVC模式					*/
	msr cpsr, r0		/* 将r0 的数据写入到cpsr_c中 					*/

	ldr sp, =0X80200000	/* 设置栈指针			 */
	b main				/* 跳转到main函数 		 */

• 定义全局标号_start，作为代码入口。
• 然后在设置处理器的模式：通过修改 CPSR 寄存器的 M [4:0] 位（设为 0X13），将处理器设为 SVC 模式，MRS将CPSR寄存器数据读出到通用寄存器里面，MSR指令将通用寄存器的值写入到CPSR寄存器里面去。
• 再设置 SVC 模式下的 SP 指针为 0X80200000（基于 DDR3 地址范围，分配 2MB 栈空间）。
• 最后：使用b指令，跳转到C语言函数，跳转到 C 语言的main函数。

2、c语言部分实验程序编写

C 语言部分有两个文件 main.c 和 main.h ， main.h 里面主要是定义的寄存器地址。
在 main.h 里面输入以下代码：

/* 
 * CCM相关寄存器地址 
 */
#define CCM_CCGR0 			*((volatile unsigned int *)0X020C4068)
#define CCM_CCGR1 			*((volatile unsigned int *)0X020C406C)

#define CCM_CCGR2 			*((volatile unsigned int *)0X020C4070)
#define CCM_CCGR3 			*((volatile unsigned int *)0X020C4074)
#define CCM_CCGR4 			*((volatile unsigned int *)0X020C4078)
#define CCM_CCGR5 			*((volatile unsigned int *)0X020C407C)
#define CCM_CCGR6 			*((volatile unsigned int *)0X020C4080)

/* 
 * IOMUX相关寄存器地址 
 */
#define SW_MUX_GPIO1_IO03 	*((volatile unsigned int *)0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03 	*((volatile unsigned int *)0X020E02F4)

/* 
 * GPIO1相关寄存器地址 
 */
#define GPIO1_DR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C004)
#define GPIO1_PSR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C008)
#define GPIO1_ICR1 			*((volatile unsigned int *)0X0209C00C)
#define GPIO1_ICR2 			*((volatile unsigned int *)0X0209C010)
#define GPIO1_IMR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C014)
#define GPIO1_ISR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C018)
#define GPIO1_EDGE_SEL 		*((volatile unsigned int *)0X0209C01C)

#endif

在 main.h 中我们以宏定义的形式定义了要使用到的所有寄存器，后面的数字就是其地址，
比如 CCM_CCGR0 寄存器的地址就是 0X020C4068 ，这个很简单，很好理解。
接下看一下 main.c 文件，在 main.c 里面还是完成以下内容：
还是一样，先初始化LED

使能外设时钟

设置IO复用

配置GPIO的电气属性。
代码如下：

#include "main.h"

/*
 * @description	: 使能I.MX6U所有外设时钟
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
void clk_enable(void)
{
	CCM_CCGR0 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR1 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR2 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR3 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR4 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR5 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR6 = 0xffffffff;
}

/*
 * @description	: 初始化LED对应的GPIO
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
void led_init(void)
{
	/* 1、初始化IO复用 */
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;	/* 复用为GPIO1_IO03 */

	/* 2、、配置GPIO1_IO03的IO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
     */
	SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0X10B0;		

	/* 3、初始化GPIO */
	GPIO1_GDIR = 0X0000008;	/* GPIO1_IO03设置为输出 */

	/* 4、设置GPIO1_IO03输出低电平，打开LED0 */
	GPIO1_DR = 0X0;
}

/*
 * @description	: 打开LED灯
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
void led_on(void)
{
	/* 
	 * 将GPIO1_DR的bit3清零	 
	 */
	GPIO1_DR &= ~(1<<3); 
}

/*
 * @description	: 关闭LED灯
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
void led_off(void)
{
	/*    
	 * 将GPIO1_DR的bit3置1
	 */
	GPIO1_DR |= (1<<3);
}

/*
 * @description	: 短时间延时函数
 * @param - n	: 要延时循环次数(空操作循环次数，模式延时)
 * @return 		: 无
 */
void delay_short(volatile unsigned int n)
{
	while(n--){}
}

/*
 * @description	: 延时函数,在396Mhz的主频下
 * 			  	  延时时间大约为1ms
 * @param - n	: 要延时的ms数
 * @return 		: 无
 */
void delay(volatile unsigned int n)
{
	while(n--)
	{
		delay_short(0x7ff);
	}
}

/*
 * @description	: mian函数
 * @param 	    : 无
 * @return 		: 无
 */
int main(void)
{
	clk_enable();		/* 使能所有的时钟		 	*/
	led_init();			/* 初始化led 			*/

	while(1)			/* 死循环 				*/
	{	
		led_off();		/* 关闭LED   			*/
		delay(500);		/* 延时大约500ms 		*/

		led_on();		/* 打开LED		 	*/
		delay(500);		/* 延时大约500ms 		*/
	}

	return 0;
}

main.c 包含 7 个简单函数，功能如下：

• clk_enable：使能 CCGR0~CCGR6 控制的所有外设时钟。

• led_init：初始化 LED 对应的 IO（配置复用功能、IO 属性、GPIO 功能），最终控制 GPIO 输出低电平点亮 LED。

• led_on/led_off：控制 LED 的亮、灭。

• delay_short：通过空循环实现延时；在 I.MX6U 主频 396MHz 时，delay_short(0x7ff)约实现 1ms 延时。

• delay：封装delay_short，用于实现 ms 级延时。

• main 函数是主函数：先调用clk_enable()和led_init()完成时钟使能、LED 初始化，再通过while(1)循环实现 LED 约 500ms 间隔的循环亮灭。

• 本实验的程序部分至此结束，接下来进行编译和测试。

三、编译下载

1、编写Makefile

新建 Makefile 文件，在 Makefile 文件里面输入如下内容：

objs := start.o main.o            # 列出要生成的对象文件列表

ledc.bin:$(objs)                 # 目标：最终二进制文件 ledc.bin，依赖于 objs 列表
    arm-linux-gnueabihf-ld -Timx6ul.lds -o ledc.elf $^   # 使用链接脚本 imx6ul.lds 链接所有依赖（$^），生成 ELF 文件 ledc.elf
    arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@ # 将 ELF 转换为裸二进制格式，输出到目标（$@ 即 ledc.bin）
    arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis # 对 ELF 做反汇编，保存为 ledc.dis 便于查看

%.o:%.s                         # 模式规则：把 .s 汇编源编译成 .o 对象文件
    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $< # 用交叉编译器编译（$< 为源文件，$@ 为目标），启用警告、无标准库、优化等级 O2

%.o:%.S                         # 模式规则：把需要预处理的 .S 汇编源编译成 .o
    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $< # 同上，用于 .S（预处理过的汇编）

%.o:%.c                         # 模式规则：把 .c C 源编译成 .o 对象文件
    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $< # 交叉编译 C 源为对象文件，启用相同编译选项

clean:                           # 清理目标，用于删除构建生成物
    rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis # 删除所有对象文件、二进制、ELF 和反汇编输出

第 1 行定义了一个变量 objs ， objs 包含着要生成 ledc.bin 所需的材料： start.o 和 main.o ，也
就是当前工程下的 start.s 和 main.c 这两个文件编译后的 .o 文件。这里要注意 start.o 一定要放到
最前面！因为在后面链接的时候 start.o 要在最前面，因为 start.o 是最先要执行的文件！

第 3 行就是默认目标，目的是生成最终的可执行文件 ledc.bin ， ledc.bin 依赖 start.o 和 main.o
如果当前工程没有 start.o 和 main.o 的时候就会找到相应的规则去生成 start.o 和 main.o 。比如
start.o 是 start.s 文件编译生成的，因此会执行第 8 行的规则。

2、编写链接脚本

创建一个imx6ul.lds文件

带注释的脚本（行尾为中文注释）：

SECTIONS{                         /* 定义链接脚本的节布局开始 /
. = 0X87800000;              / 将当前链接地址设置为 0x87800000 ，程序在内存中放置的起始地址 /
.text :                     / 定义 .text 节（代码段） /
{
start.o                 / 显式放入 start.o（通常包含启动代码和复位向量，放前面保证顺序） /
main.o                 / 显式放入 main.o（主程序） /
(.text)                 / 将所有未显式列出的输入文件的 .text 段都放进来（通配符匹配） /
}
.rodata ALIGN(4) : {(.rodata)}     /* 只读数据节，按 4 字节对齐；匹配 .rodata 及其变体（例如 .rodata.*） */
.data ALIGN(4) : { (.data) }         / 已初始化数据节，按 4 字节对齐，收集所有 .data 段 /
__bss_start = .;                     / 记录 bss 起始地址（用于运行时清零） */
.bss ALIGN(4) : { *(.bss) (COMMON) }     / 未初始化数据（BSS）和 COMMON 符号，按 4 字节对齐 /
__bss_end = .;                         / 记录 bss 结束地址（用于运行时清零的结束边界） /
}                                     / 链接脚本结束 */

功能：该文件是一个链接器脚本（供 ld 使用），定义了 ELF 输出文件中各节的内存布局与地址，控制代码、只读数据、已初始化数据和未初始化数据在最终镜像中的放置位置与顺序。

起始地址：. = 0x87800000; 将所有节放在物理/虚拟内存的该地址开始，这通常对应板子上可执行代码应驻留的地址。

顺序控制：显式列出 start.o 在最前面通常用于确保启动代码（复位向量、中断向量或初始化代码）位于预期位置，紧接着 main.o，然后把其余所有 .text 放入。

对齐与匹配：

ALIGN(4) 保证节按 4 字节边界对齐，避免未对齐访问。

*(.rodata*) 会匹配 .rodata 及所有以 .rodata 开头的节名。

BSS 符号：__bss_start 与 __bss_end 用于在启动代码中知道需要清零的内存范围（C 运行时通常在初始化时把 BSS 清为 0）。

链接时，ld 会按此脚本生成 ELF 文件并最终通过 objcopy 生成裸二进制镜像。

3、下载验证

在终端运行以下命令：

chmod 777 imxdownload  //给予imxdownload可执行权限，一次即可
./imxdownload ledc.bin /dev/sdb

烧写的过程中可能会让你输入密码，输入你的 Ubuntu 密码即可完成烧写
烧写成功以后将 SD 卡插到开发板的 SD 卡槽中，然后复位开发板，如果代码运行正常的
话 LED0 就会以 500ms 的时间间隔亮灭。

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总结

详细讲解了c语言版LED实验