Days 46 i.MX6ULL 裸机开发｜从内核切入外设，汇编点亮 LED（补充）

AAA代码批发商2026-09-18 12:27

一、开发板介绍：正点原子 IMX6ULL-Mini

IMX6ULL-Mini 是正点原子推出的基于 NXP i.MX6ULL SOC 的嵌入式开发板，主打低功耗，结构分为核心板 + 底板，核心板采用双列直插和底板相连，方便替换。

1. 核心板（六层 PCB）

  • CPU：NXP i.MX6ULL，Cortex‑A7 单核处理器，BGA 封装；工业级主频 528MHz，商业级 800MHz
  • 内存：512MB DDR3L RAM，提供高速数据访问
  • 存储：8GB eMMC，支持 SD 卡、NAND、eMMC 多种启动方式
  • 屏幕：支持 4.3 寸屏幕，分辨率 800*480

概念区分（必记） Cortex-A7：ARM 设计的 CPU 内核 i.MX6ULL：NXP 出品的 SOC（片上系统，内核 + 外设集成在一块芯片） IMX6ULL-Mini：正点原子整套开发板（核心板 + 底板）

2. 底板（LED 模块）

本次实验使用底板 LED 电路：

  • 红色 LED：用户可控 LED，本次实验的控制对象
  • 蓝色 LED：电源指示灯，上电常亮，不可软件控制
  • 510Ω 限流电阻：串联在 LED 回路，限制电流大小，防止电流过大烧毁灯珠

二、开发环境搭建

2.1 VS Code 代码编辑器

  1. 安装 Visual Studio Code
  2. 安装插件：Arm Assembly，提供 ARM 汇编语法高亮
  3. 创建工程目录：D:\IMX6ULL\led_asm
  4. 创建启动文件：start.S

⚠️重点：后缀大写.S，编译时会执行 C 预处理器，可以使用宏；小写.s不会预处理。裸机启动代码一般使用.S。

2.2 交叉编译器安装（Ubuntu）

我们在 Ubuntu 虚拟机编译 ARM 平台的程序，需要交叉编译器gcc-linaro-4.9.4，安装步骤：

  1. 将压缩包 gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz 拷贝到 /usr/local/arm

  2. 解压：

    sudo tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

  3. 删除压缩包节省空间：

    sudo rm gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

  4. 配置环境变量，修改家目录下.bashrc

    vi ~/.bashrc

    在文件末尾添加

    export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/

  5. 重启虚拟机生效：reboot

  6. 验证编译器是否安装成功：

    arm-linux-gnueabihf-gcc -v

2.3 FileZilla（可选，Windows 与 Ubuntu 传文件）

FileZilla Client 是 Windows 免费 FTP 工具，用于 Windows 和 Ubuntu 虚拟机互传代码文件。

  1. Ubuntu 安装 vsftpd 服务

    sudo apt-get install vsftpd

  2. 修改 ftp 配置文件 /etc/vsftpd.conf 取消注释，保证两行生效：

    local_enable=YES
    write_enable=YES

  3. 重启 ftp 服务：

    sudo /etc/init.d/vsftpd restart

  4. 查看 ftp 服务状态：

    sudo /etc/init.d/vsftpd status

绿灯代表服务正常运行

  1. Windows 安装 FileZilla Client，新建站点
  • 主机：Ubuntu 的 ens33 IP：192.168.71.134
  • 用户：linux
  • 密码：1 连接后，左侧为 Ubuntu 远程目录，右侧是 Windows 本地目录，右键上传工程文件夹。

三、汇编启动代码基础

裸机上电，SOC 内置 ROM 会读取程序，从_start标签开始执行。ROM 起始地址：0x80000000，地址空间大小 512MB。

3.1 .global _start

.global _start 将_start声明为全局符号，作为程序入口，链接器识别该标签为程序启动地址。

3.2 CPS 指令：切换处理器模式，开关中断

CPS 全称 Change Processor State，用于修改 CPSR 程序状态寄存器，完成 CPU 模式切换、中断开关控制。 语法格式：

复制代码 
CPS<effect> <iflags>{, #<mode>}
CPS #<mode>

示例代码：

复制代码 
cpsid i        ; 关闭IRQ中断，i=IRQ，f=FIQ，a=Abort
cps #0x12      ; 切换到IRQ模式
ldr sp, =0x82000000 ; 设置IRQ模式栈指针
cps #0x1F      ; 切换到系统模式
ldr sp, =0x84000000 ; 设置系统模式栈指针
cpsie i        ; 开启IRQ中断

裸机启动流程要点：上电后切换不同处理器模式，为每种模式单独分配栈空间，为后续 C 语言代码运行做准备。

四、LED 点亮原理：操作外设寄存器

点亮 LED 本质就是配置 SOC 内部外设寄存器，需要两份参考手册：

  1. IMX6ULL_MINI_V2.2 (Mini 底板原理图).pdf：查看硬件电路
  2. IMX6ULL 参考手册.pdf：查找外设寄存器地址、位定义

引脚配置完整工作

  1. 引脚复用配置（IOMUXC） 章节：Chapter32 IOMUX Controller（IOMUXC） 寄存器：IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 将寄存器低四位设置为0101，把引脚复用为 GPIO 功能，而不是 UART、SPI 等其他外设。
  2. PAD 电气属性配置（IOMUXC） 寄存器：IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 配置引脚的上下拉、驱动能力、信号速率、滞回等电气特性。
  3. GPIO 方向寄存器 GDIR 章节：Chapter28 GPIO 模块GPIOx_GDIR：GPIO 方向寄存器。对应 bit 置 1 为输出模式，置 0 为输入模式。控制 LED 需要设置为输出。
  4. GPIO 数据寄存器 DR GPIOx_DR：GPIO 数据寄存器。对应 bit 写 1 输出高电平，写 0 输出低电平，控制 LED 亮灭。

ARM 汇编 LDR / STR：访问外设寄存器

i.MX6ULL 外设寄存器采用内存映射方式，把寄存器映射到内存地址空间。我们使用LDR和STR读写寄存器，这是裸机操作外设的核心指令。

  • LDR：加载，把内存 / 寄存器地址的数据读到 CPU 通用寄存器
  • STR：存储，把 CPU 通用寄存器的数据写入内存 / 外设寄存器地址
LDR、STR 常用指令格式
复制代码 
LDR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]
LDR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>]
LDR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!
LDR<c> <Rt>, <label>
LDR<c> <Rt>, [PC, #-0]
LDR<c> <Rt>, [<Rn>,+/-<Rm>{, <shift>}]{!}
LDR<c> <Rt>, [<Rn>],+/-<Rm>{, <shift>}

STR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]
STR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>]
STR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!
STR<c> <Rt>, [<Rn>,+/-<Rm>{, <shift>}]{!}
STR<c> <Rt>, [<Rn>],+/-<Rm>{, <shift>}
STRB<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]
STRB<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>]
STRB<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!

示例代码：往指定寄存器地址写入全 1

复制代码 
ldr r0, =0x020C4068   ; 将寄存器地址加载到r0
ldr r1, =0xFFFFFFFF   ; 准备写入的值存入r1
str r1, [r0]          ; 将r1的值写入r0指向的外设寄存器

五、交叉编译全套流程

5.1 编译分步命令

  1. 编译器（arm-linux-gnueabihf-gcc）：汇编，不链接 将.S汇编源码编译成目标文件.o

    arm-linux-gnueabihf-gcc -c start.S -o start.o -g

  2. 链接器（arm-linux-gnueabihf-ld）：链接 将目标文件链接，指定程序运行地址，生成 elf 可执行文件

    arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 start.o -o start.elf

  3. 格式转换器（arm-linux-gnueabihf-objcopy）：elf 转 bin 剥离符号、调试信息，转换成裸机可以直接运行的二进制文件

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

  4. 反汇编器（arm-linux-gnueabihf-objdump）：反汇编 把 elf 文件反汇编，生成 dis 汇编清单，方便代码查看调试，属于可选步骤

    arm-linux-gnueabihf-objdump -D start.elf > start.dis

概念解释：

  • 编译器：把汇编 / C 源码翻译成目标文件 (.o)
  • 链接器：合并多个目标文件，指定链接地址，生成 elf 文件
  • 格式转换器 objcopy：转换文件格式，去除多余信息，得到纯二进制 bin 文件（裸机运行）
  • 反汇编器 objdump：将 elf 程序反向翻译成汇编代码，用于代码分析调试

5.2 Makefile 简化编译

手动敲命令很麻烦，使用 Makefile 自动化编译，使用变量优化。

复制代码 
COMPLITER = arm-linux-gnueabihf-
CC = $(COMPLITER)gcc
LD = $(COMPLITER)ld
OBJCOPY = $(COMPLITER)objcopy
OBJDUMP = $(COMPLITER)objdump

start.bin : start.S
	$(CC) -c start.S -o start.o -g
	$(LD) -Ttext 0x87800000 start.o -o start.elf
	$(OBJCOPY) -O binary -S -g start.elf start.bin
	$(OBJDUMP) -D start.elf  > start.dis

# 伪目标：清理编译产物
clean:
	rm start.o start.elf start.bin start.dis -f

# 伪目标：一键烧录
load:
	./imxdownload start.bin /dev/sdb
  • make：执行编译，生成 start.bin
  • make clean：清理所有编译生成文件
  • make load：一键烧录 bin 文件到 SD 卡

六、SD 卡烧录与开发板测试

  1. 将 SD 卡读卡器接入 Ubuntu 虚拟机，查看设备号：ls /dev/sdb

  2. 把 imxdownload 工具拷贝到工程目录，添加执行权限

    chmod +777 imxdownload

  3. 烧写程序到 SD 卡

    ./imxdownload start.bin /dev/sdb

⚠️注意：如果烧录速度为 MB/s 级别代表烧录失败，需要拔掉读卡器重启 Ubuntu 重试。

  1. 开发板拨码设置为 SD 卡启动模式
  2. SD 卡插入开发板 TF 卡槽，上电
  3. 观察底板红色 LED 灯是否点亮

课后练习：修改汇编代码，增加软件延时函数，实现 LED 闪烁效果。

七、课后思考题

1、在 LED 实验中，在对 Soc 引脚配置时都做了哪些工作？

  1. 配置 IOMUXC 复用寄存器，将引脚设置为 GPIO 功能，解除其他外设复用；
  2. 配置 PAD 电气寄存器，设置引脚上下拉、驱动能力、电气参数；
  3. 配置 GPIO 方向寄存器 GDIR，将 GPIO 引脚设置为输出模式；
  4. 配置 GPIO 数据寄存器 DR，输出高低电平，控制 LED 亮灭。

2、什么是编译器、连接器、格式转换器和反汇编器？

  1. 编译器 (gcc) ：读取汇编或者 C 源码，翻译成机器码，生成目标文件.o，只编译不链接。
  2. 链接器 (ld)：将多个目标文件合并，分配程序运行地址，生成 ELF 格式可执行文件。
  3. 格式转换器 (objcopy)：对 ELF 文件进行格式转换，剔除符号表、调试信息，生成裸机直接运行的二进制 bin 文件。
  4. 反汇编器 (objdump)：读取 ELF 文件，把机器码反向还原成汇编代码，方便开发者查看、调试程序。

八、学习总结

  1. i.MX6ULL SOC 集成 Cortex‑A7 内核与各类外设，裸机开发需要手动配置外设寄存器，没有操作系统帮忙初始化硬件。
  2. 裸机启动从汇编开始：切换处理器模式、设置栈、控制中断。
  3. GPIO 外设操作四步：引脚复用配置 → PAD 电气配置 → 设置 GPIO 方向 → 读写 DR 寄存器输出电平。
  4. 交叉编译工具链分为 gcc、ld、objcopy、objdump，各司其职，Makefile 可以简化重复编译烧录工作。
  5. 裸机程序烧录到 SD 卡，通过拨码开关选择 SD 卡启动，上电即可运行我们写的汇编代码。

后续计划：修改汇编代码，添加延时，实现 LED 闪烁实验，学习循环汇编指令。

结尾

裸机开发是打通内核和外设之间壁垒的关键。只有亲自操作寄存器，才能真正理解 Linux 驱动框架底层到底做了哪些硬件初始化。 文章如果对你有帮助，欢迎点赞收藏，后续持续更新 i.MX6ULL 裸机系列。

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