ARM 嵌入式开发学习笔记：从内核到外设
一、开发板介绍
1. IMX6ULL-Mini开发板概述
IMX6ULL-Mini开发板是由正点原子提供的嵌入式开发平台，搭载NXP生产的i.MX6ULL系统级芯片（SoC），具有高性能、低功耗和紧凑体积的特点。
2. 硬件组成
（1）核心板
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六层PCB设计
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CPU ：NXP i.MX 6ULL Cortex-A7单核处理器
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主频：528MHz（工业级）或 800MHz（商业级）
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封装：467引脚BGA
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内存：512MB DDR3L RAM，支持高速数据存取
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存储：8GB eMMC，支持多种启动模式（SD卡、NAND、eMMC）
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显示屏：支持4.3寸屏，800×480分辨率
（2）底板
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通过双列直插方式与核心板连接
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LED模块：
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红色LED：用户可控指示灯
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蓝色LED：电源指示灯
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510Ω限流电阻：防止电流过大，保护LED灯珠
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3. 相关术语
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Cortex-A7：ARM公司设计的处理器核心架构
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i.MX6ULL：NXP公司生产的系统级芯片（SoC）
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IMX6ULL-Mini：正点原子基于i.MX6ULL设计的开发板
二、开发环境搭建
1. 软件工具安装
（1）Visual Studio Code
- 安装Arm Assembly插件，支持汇编语法高亮
（2）创建工程目录
D:\IMX6ULL\led_asm（3）创建启动文件
- 文件名：
start.S（注意大写S后缀，会进行预处理）
2. 为什么需要交叉编译？
| 场景 | 原因 | 比喻 |
|---|---|---|
| Windows开发 | 电脑是x86架构 | 中国人写英文文章 |
| ARM运行 | 开发板是ARM架构 | 美国人读英文文章 |
| 交叉编译 | 在x86上编译ARM程序 | 中国人用翻译器写英文文章 |
3. 工具链组件功能说明
（1）编译器（arm-linux-gnueabihf-gcc）
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作用：翻译官，把人类写的代码翻译成机器代码
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输入 ：
.c文件（C语言）或.S文件（汇编语言） -
输出 ：
.o文件（目标文件） -
比喻：把中文小说翻译成英文草稿
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作用：装订员，把所有章节装订成书
-
作用：格式转换专家
-
转换 ：
elf→bin -
区别：
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ELF格式：包含地址、调试信息（像带目录的书）
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BIN格式：纯二进制指令（像直接的文章内容）
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比喻：把带目录的书去掉封面目录，只留正文
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作用：逆向翻译官
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功能：把机器码翻译回汇编语言
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用途：调试、学习、分析
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比喻：把英文书翻译回中文，方便理解
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任务：
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收集所有
.o文件 -
分配内存地址
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解决"谁调用谁"的问题
-
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输出 ：
.elf文件（完整的书） -
比喻：把各章草稿装订成完整书籍
4. 交叉编译工具链安装
（1）工具链文件
- 文件：
gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
（2）安装步骤
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拷贝到
/usr/local/arm -
解压：
sudo tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -
删除压缩包：
sudo rm gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -
配置环境变量：
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/ -
重启虚拟机：
reboot -
验证安装：
arm-linux-gnueabihf-gcc -v
三、ARM架构基础理论
1. ARM工作模式（简单理解）
| 模式 | 用途 | 比喻 |
|---|---|---|
| 系统模式 | 正常程序运行 | 正常办公状态 |
| IRQ模式 | 处理中断 | 接电话状态 |
| FIQ模式 | 处理快速中断 | 紧急呼叫状态 |
| 用户模式 | 用户程序运行 | 访客权限状态 |
2. 寄存器 - CPU的工作台
（1）通用寄存器
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R0-R12：普通工作台，放临时数据
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比喻：桌子上的草稿纸
（2）特殊寄存器
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R13（SP）：栈指针，标记数据堆叠位置
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R14（LR）：链接寄存器，记住返回地址
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R15（PC）：程序计数器，记录执行到哪一行
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比喻：
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SP：书签，标记看到哪一页
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LR：便签，标记要回到哪一页
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PC：手指，指着当前读的哪一行
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3. 内存地址空间
0x80000000 - 0x9FFFFFFF：DDR内存（512MB）
像：房间号80000000到9FFFFFFF的大房间
0x020C4000 - 0x020CFFFF：GPIO控制器
像：专门控制灯的开关房间4. GPIO控制原理
引脚控制的三个步骤：
第一步：设置引脚功能（我是谁？）
问：这个引脚是干嘛的？
答：我是控制LED灯的引脚（不是串口，不是I2C）
配置：设置成GPIO功能第二步：设置引脚方向（我能干什么？）
问：这个引脚是输入还是输出？
答：输出（要控制LED亮灭）
配置：设置为输出模式第三步：设置引脚状态（我现在要干什么？）
问：输出高电平还是低电平？
答：高电平 → LED亮
低电平 → LED灭
配置：设置对应电平四、外设控制理论
1. 寄存器操作基本概念
（1）什么是寄存器？
-
定义：CPU内部的小存储单元
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大小：通常32位（4字节）
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特点：每个位都有特定含义
（2）寄存器操作三板斧
// 1. 读-改-写模式（最常用）
value = 读寄存器();
value = value | 0x01; // 设置某位
写寄存器(value);
// 2. 直接赋值
写寄存器(0xFFFFFFFF);
// 3. 位清除
value = 读寄存器();
value = value & ~0x01; // 清除某位
写寄存器(value);2. IOMUXC（引脚复用控制器）
为什么要引脚复用？
-
问题：芯片引脚有限，功能很多
-
解决方案：一个引脚多种功能，需要时切换
-
比喻：多功能厅，可以开会、吃饭、跳舞
配置方法：
设置IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03的[3:0]位
0001：GPIO功能
0101：另一个功能
1001：又一个功能3. 延时函数原理
软件延时
for(int i=0; i<1000000; i++) {
// 空循环，消耗时间
}延时精度问题
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影响因素：
-
CPU主频
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编译器优化
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内存速度
-
-
改进：使用硬件定时器
五、开发流程理论总结
1. 完整开发流程
写代码 → 交叉编译 → 生成二进制 → 烧录 → 上电运行
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
编辑器 编译器 转换器 烧录器 开发板2. 地址空间映射
| 地址范围 | 内容 | 加载时机 |
|---|---|---|
| 0x80000000 | DDR起始 | 上电后 |
| 0x87800000 | 程序加载地址 | 链接时指定 |
| 0x020C4000 | GPIO寄存器 | 硬件固定 |
3. 启动方式选择原理
BOOT模式拨码开关
拨码开关 → 选择启动介质 → CPU从该介质加载程序
↓ ↓ ↓
物理开关 SD卡/eMMC 读取第一个程序4. 调试理论
常用调试方法：
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LED调试法：用LED灯显示状态
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串口打印法：通过串口输出信息
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仿真器调试：硬件单步执行
问题诊断流程：
现象 → 假设 → 验证 → 结论
LED不亮 → 程序没运行 → 检查SD卡 → 启动方式错误六、重要概念对照表
| 新手理解 | 专业术语 | 实际含义 |
|---|---|---|
| 大脑 | CPU | 中央处理器 |
| 短期记忆 | RAM | 随机存取存储器 |
| 长期记忆 | eMMC | 嵌入式多媒体卡 |
| 开关 | GPIO | 通用输入输出 |
| 多功能厅 | IOMUXC | 输入输出复用控制器 |
| 翻译官 | 编译器 | 代码转换工具 |
| 装订员 | 链接器 | 目标文件合并工具 |
| 房间号 | 内存地址 | 存储位置标识 |