ARM嵌入式开发代码实践——LED灯闪烁（汇编版）

一、环境搭建代码实践

工具链安装

#!/bin/bash
# 文件名：install_toolchain.sh

# 1. 创建安装目录
sudo mkdir -p /usr/local/arm

# 2. 复制工具链（假设文件在当前目录）
sudo cp gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz /usr/local/arm/

# 3. 进入目录
cd /usr/local/arm

# 4. 解压工具链
sudo tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

# 5. 删除压缩包
sudo rm gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

# 6. 配置环境变量
echo 'export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/' >> ~/.bashrc

# 7. 使配置生效
source ~/.bashrc

# 8. 验证安装
arm-linux-gnueabihf-gcc -v

echo "工具链安装完成！"

二、汇编代码实践

完整LED控制程序

/* 
 * 文件名：start.S
 * 功能：控制IMX6ULL开发板的LED灯闪烁
 * 作者：[你的名字]
 * 日期：[当前日期]
 */

/* 1. 定义全局符号 */
.global _start      /* 程序入口点 */

(1)中断向量表
_start:    
    ldr pc, =_reset_handler      // 复位中断处理
    ldr pc, =_undef_handler      // 未定义指令中断
    ldr pc, =_software_handler   // 软件中断（SWI）
    ldr pc, =_prefect_handler    // 预取中止（指令获取失败）
    ldr pc, =_data_abort_handler // 数据中止（数据访问失败）
    nop                          // 保留位置
    ldr pc, =_irq_handler        // IRQ（普通中断）
    ldr pc, =_fiq_handler        // FIQ（快速中断）

/*

• 这是 ARM 架构的中断向量表，必须位于内存起始位置（通常是 0x0）

• 每个表项对应一种异常类型，发生异常时 CPU 会自动跳转到对应地址

• nop 是保留位置，保持向量表对齐

*/

(2)异常处理程序
_undef_handler:      // 未定义指令异常
    b _undef_handler  // 死循环（实际应处理异常）

_software_handler:   // 软件中断异常
    b _software_handler

_prefect_handler:    // 指令预取异常
    b _prefect_handler

_data_abort_handler: // 数据访问异常
    b _data_abort_handler

_irq_handler:        // 普通中断
    b _irq_handler

_fiq_handler:        // 快速中断
    b _fiq_handler

/*

• 这些是异常处理程序的占位符，实际都是死循环

• 在完整系统中，需要实现真正的异常处理逻辑

• 对于简单的 LED 控制程序，不需要处理这些异常

*/

(3)中断和模式设置
_reset_handler:
    cpsid i                 // 禁用所有中断（i=IRQ, f=FIQ）
    cps #0x12              // 切换到 IRQ 模式（模式号为 0x12）
    ldr sp, =0x82000000    // 设置 IRQ 模式的栈指针
    
    cps #0x1F              // 切换到系统（SYS）模式（模式号为 0x1F）
    ldr sp, =0x84000000    // 设置系统模式的栈指针
    cpsie i                // 启用 IRQ 中断

/*

• cpsid i：清除 CPSR 的 I 位，禁用 IRQ 中断

• cps #0x12：切换到 IRQ 模式（为中断处理准备独立栈）

• 栈指针设置：

  • IRQ 模式栈：0x82000000（用于处理中断）

  • 系统模式栈：0x84000000（用于主程序）

• cpsie i：设置 CPSR 的 I 位，启用 IRQ 中断

*/

(4)主循环
bl led_init           // 初始化 LED 引脚

finish:
    bl led_on            // 点亮 LED
    bl led_delay         // 延时
    bl led_off           // 熄灭 LED
    bl led_delay         // 延时
    b finish             // 无限循环

/*

• 初始化 LED 后进入无限循环

• 循环内：点亮 → 延时 → 熄灭 → 延时

*/

(5)LED 初始化（led_init）
led_init:
    // 1. 复用功能配置（设置引脚为 GPIO 功能）
    ldr r0, =0x020E0068       // IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器地址
    ldr r1, [r0]              // 读取当前值
    bic r1, r1, #0x1F         // 清零低5位（MUX_MODE 字段）
    orr r1, r1, #0x05         // 设置为 0101（GPIO 功能）
    str r1, [r0]              // 写回寄存器
    
    // 2. 电气特性配置（驱动能力、上下拉等）
    ldr r0, =0x020E02F4       // IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器地址
    ldr r2, =0x10B0           // 电气特性配置值
    str r2, [r0]              // 写入配置
    
    // 3. GPIO 方向设置（设置为输出）
    ldr r0, =0x0209C004       // GPIO1_GDIR 寄存器地址（方向寄存器）
    ldr r1, [r0]              // 读取当前值
    orr r1, r1, #(1 << 3)     // 设置第3位为1（GPIO1_IO03 设为输出）
    str r1, [r0]              // 写回寄存器
    bx lr                     // 返回

(6)LED 开（led_on）
led_on:
    ldr r0, =0x0209C000       // GPIO1_DR 寄存器地址（数据寄存器）
    ldr r1, [r0]              // 读取当前值
    bic r1, r1, #(1 << 3)     // 清除第3位（输出低电平，LED亮）
    str r1, [r0]              // 写回寄存器
    bx lr                     // 返回

(7)LED 关((led_off)
led_off:
    ldr r0, =0x0209C000       // GPIO1_DR 寄存器地址
    ldr r1, [r0]              // 读取当前值
    orr r1, r1, #(1 << 3)     // 设置第3位（输出高电平，LED灭）
    str r1, [r0]              // 写回寄存器
    bx lr                     // 返回

（8） 延时函数（led_delay）
led_delay:
    ldr r0, =0x7FFFF          // 设置延时计数值（约 524287 次循环）
loop:
    cmp r0, #0                // 比较 r0 和 0
    blt fin                   // 如果 r0 < 0，跳转到 fin
    sub r0, r0, #1            // r0 = r0 - 1
    b loop                    // 继续循环
fin:
    bx lr                     // 返回

注意：IMX6ULL 的 GPIO 输出是低电平有效（0=亮，1=灭）

三、技术要点总结

1. 地址说明

• 0x020E0068：IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03（引脚复用控制）

• 0x020E02F4：IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03（引脚电气特性）

• 0x0209C000：GPIO1_DR（GPIO1 数据寄存器）

• 0x0209C004：GPIO1_GDIR（GPIO1 方向寄存器）

2. 寄存器操作技巧

• bic：位清除（清零特定位）

• orr：位设置（置位特定位）

• ldr/str：加载/存储寄存器值

3. ARM 模式说明

• 0x12：IRQ 模式（中断处理）

• 0x1F：系统模式（普通程序运行）

• cpsid/cpsie：中断禁用/使能

4. 程序执行流程

上电复位 → 跳转到 _reset_handler → 初始化栈和中断 → LED初始化
         → 进入主循环（亮-延时-灭-延时）→ 无限循环

四、编译与烧录

1. 编译流程

（1）预处理

arm-linux-gnueabihf-cpp main.c -o main.i

（2）编译

arm-linux-gnueabihf-gcc -S main.i -o main.s

（3）汇编

arm-linux-gnueabihf-as main.s -o main.o

（4）链接

arm-linux-gnueabihf-ld main.o -o program.elf

2. 具体操作步骤

# 1. 只汇编不链接
arm-linux-gnueabihf-gcc -c start.S -o start.o -g

# 2. 链接到特定地址
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 start.o -o start.elf

# 3. 格式转换
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g start.elf start.bin

# 4. 反汇编（可选）
arm-linux-gnueabihf-objdump -D start.elf > start.dis

3. 烧录到SD卡

1. 连接SD卡到Ubuntu

2. 查看设备：ls /dev/sdb

3. 拷贝烧录工具imxdownload到工程目录

4. 修改权限：chmod +777 imxdownload

5. 烧录：./imxdownload start.bin /dev/sdb

4. 测试

1. 设置启动方式为SD卡

2. 插入SD卡

3. 开发板上电

4. 观察红色LED指示灯

五、知识要点总结

1. SoC引脚配置工作

在LED实验中，对SoC引脚配置的主要工作包括：

• 复用功能选择：通过IOMUX控制器配置引脚功能

• 电气特性设置：配置驱动强度、上下拉电阻等

• GPIO方向设置：配置引脚为输入或输出模式

• 数据寄存器操作：通过读写GPIO数据寄存器控制LED状态

2. 编译工具链组件详解

（1）编译器（Compiler）

• 作用：将高级语言（如C语言）或汇编语言转换为机器能识别的目标文件

• 工作流程：

  • 预处理：处理宏定义、头文件包含等

  • 编译：将源代码转换为汇编代码

  • 汇编：将汇编代码转换为目标文件

• 示例 ：arm-linux-gnueabihf-gcc

（2）链接器（Linker）

• 作用：将多个目标文件、库文件合并成一个可执行文件

• 主要任务：

  • 地址分配：为代码和数据分配具体的内存地址

  • 符号解析：解决不同文件之间的函数和变量引用

  • 重定位：根据最终地址调整代码中的地址引用

• 示例 ：arm-linux-gnueabihf-ld

（3）格式转换器（Objcopy）

• 作用：在不同目标文件格式之间进行转换

• 常见用途：

  • 从ELF格式提取纯二进制文件（如.bin文件）

  • 去除调试信息、符号表等

  • 修改文件段布局

• 示例 ：arm-linux-gnueabihf-objcopy

（4）反汇编器（Objdump）

• 作用：将机器码反向转换为汇编代码，便于分析和调试

• 功能特点：

  • 显示可执行文件的各个段信息

  • 反汇编机器指令

  • 显示符号表和调试信息

• 示例 ：arm-linux-gnueabihf-objdump