第008课 第1个ARM裸板程序及引申(点亮LED灯)
2018-02-27 11:13
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原文地址: http://wiki.100ask.org
我们怎样去点亮一个LED呢?
分为三步:
看原理图,确定控制LED的引脚;
看主芯片的芯片手册,确定如何设置控制这个引脚;
写程序;
先来讲讲怎么看原理图:
LED样子有很多种,像插脚的,贴片的。
它们长得完全不一样,因此我们在原理图中将它抽象出来。
点亮LED需要通电源,同时为了保护LED,加个电阻减小电流。
控制LED灯的亮灭,可以手动开关LED,但在电子系统中,不可能让人来控制开关,通过编程,利用芯片的引脚去控制开关。
LED的驱动方式,常见的有四种。
方式1:使用引脚输出3.3V点亮LED,输出0V熄灭LED。
方式2:使用引脚拉低到0V点亮LED,输出3.3V熄灭LED。
有的芯片为了省电等原因,其引脚驱动能力不足,这时可以使用三极管驱动。
方式3:使用引脚输出1.2V点亮LED,输出0V熄灭LED。
方式4:使用引脚输出0V点亮LED,输出1.2V熄灭LED。
由此,主芯片引脚输出高电平/低电平,即可改变LED状态,而无需关注GPIO引脚输出的是3.3V还是1.2V。
所以简称输出1或0:
逻辑1–>高电平
逻辑0–>低电平
怎么样GPF4怎么输出1或0?
配置为输出引脚;
设置状态;
因此,设置GPFCON[9:8]=0b01,即GPF4配置为输出;
设置GPFDAT[4]=1或者0,即输出高电平或低电平;
S3C2440框架:
S3C2440启动流程:
Nor启动:
Nor Flash的基地址为0,片内RAM地址为0x4000 0000;
CPU读出Nor上第1个指令(前4字节),执行;
CPU继续读出其它指令执行。
Nand启动:
片内4k RAM基地址为0,Nor Flash不可访问;
2440硬件把Nand前4K内容复制到片内的RAM,然后CPU从0地址取出第1条指令执行。
2440是一个SOC,它里面的CPU有R1、R2、R3……等 寄存器;
它里面的GPIO控制器也有很多寄存器,如 GPFCON、GPFDAT。
这两个寄存器是有差异的,在写代码的时候,CPU里面的寄存器可以直接访问,其它的寄存器要以地址进行访问。
把GPF4配置为输出,需要把0x100写入GPFCON这个寄存器,即写到0x5600 0050上;
把GPF4输出1,需要把0x10写到地址0x5600 0054上;
把GPF4输出0,需要把0x00写到地址0x5600 0054上;
这里的写法会破坏寄存器的其它位,其它位是控制其它引脚的,为了让第一个裸板程序尽可能的简单,才简单粗暴的这样处理。
写程序需要用到几条汇编代码:
①LDR (load):读寄存器
举例:
假设R1的值是x,读取地址x上的数据(4字节),保存到R0中;
②STR (store):写寄存器
举例:
假设R1的值是x,把R0的值写到地址x(4字节);
③B 跳转
④MOV (move)移动,赋值
举例1:
把R1的值赋值给R0;
举例2:
把0x100赋值给R0,即R0=0x100;
⑤LDR
举例:
这是一条伪指令,即实际中并不存在这个指令,他会被拆分成几个真正的ARM指令,实现一样的效果。
最后结果是R0=0x12345678。
为什么会引入伪指令?
在ARM的32位指令中,有些字节表示指令,有些字节表示数据,因此表示数据的没有32位,不能表示一个32位的任意值,只能表示一个较小的简单值,这个简单值称为立即数。引入伪指令后,利用LDR可以为R0赋任意大小值,编译器会自动拆分成真正的的指令,实现目的。
有了前面5个汇编指令的基础,我们就可以写代码了。
第一个程序只能是汇编,以前你们可能写过单片机程序,一上来就写main()函数,那是编译器帮你封装好了。
第一个LED程序代码如下:
将代码上传到服务器,
先编译:
arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.s ;
再链接:
arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf ;
生成bin文件:
arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin ;
以上的命令,要是我们每次都输入会容易输错,因此我们把他们写到一个文件里,这个文件就叫Makefile.
关于Makefile以后会讲。本次所需的Makefile如下:
以后只需要 使用 make 命令进行编译, make clean 命令进行清理。
最后烧写到开发板上,即可看到只有一个LED亮,符合我们预期。
我们可以通过反汇编来查看。
在前面的Makefile中加上:
arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis
上传服务器,编译。
生成的led_on.dis就是反汇编文件。led_on.dis如下:
第一列是地址,第二列是机器码,第三列是汇编;
在反汇编文件里可以看到,
对于立即数0x100而言,
在2440这个SOC里面,R0-R15都在CPU里面,其中:
R13 别名:sp (Stack Pointer)栈指针
R14 别名:lr (Link Register)返回地址
R15 别名:pc (program Counter)程序计数器=当前指令+8
为什么 PC=当前指令+8?
ARM指令采用流水线机制,当前执行地址A的指令,已经在对地址A+4的指令进行译码,已经在读取地址A+8的指令,其中A+8就是PC的值。
C/汇编(给人类方便使用的语言)———编译器———>bin,含有机器码(给CPU使用)
计算验证:
十进制:17=1x10^1 + 7x10^0;
二进制:17=1x2^4 + 0x2^3 + 0x2^2 + 0x2^1 + 1x2^0;
八进制:17=2x8^1 + 1x8^0;
十六进制:17=1x16^1 + 1x16^0;
为何引入二进制?
在硬件角度看,晶体管只有两个状态:on是1,off是0;
数据使用多个晶体管进行表示,用二进制描述,吻合硬件状态。
为何引入八进制?
将二进制的三位作为一组,把这一组作为一位进行表示,就是八进制。
为何引入十六进制?
将二进制的四位作为一组,把这一组作为一位进行表示,就是十六进制。八进制和十六进制方便我们描述,简化了长度。
如何快速的转换2/8/16进制:
首先记住8 4 2 1 ——>二进制权重
举例1:
将二进制0b01101110101转换成八进制:
将二进制从右到左,每三个分成一组:
结果就是1565;
举例2:
将二进制0b01101110101转换成十六进制:
将二进制从右到左,每四个分成一组:
结果就是375;
举例3:
将十六进制0xABC1转换成二进制:
将十六进制从右到左,每个分成四位:
结果就是1010 1011 1100 0001;
在C语言中怎么表示这些进制呢?
十进制: int a = 96;
八进制: int a = 0140;//0开头
十六进制: int a = 0x60;//0x开头
用0b开头表示二进制,约定俗成的规定。
假设
前面说了16进制每位是4个字节,在内存中,是以8个字节作为1byte进行存储的,因此0x12345678中每两位作为1byte,其中0x78是低位,0x12是高位。
在内存中的存储方式有两种:
0x12345678的低位(0x78)存在低地址,即方式1,叫做小字节序(Little endian);
0x12345678的高位(0x12)存在低地址,即方式2,叫做大字节序(Big endian);
一般的arm芯片都是小字节序,对于2440可以设置某个寄存器,让整个系统使用大字节序或小字节序,它默认使用小字节序。
位操作:
移位
左移:
int a = 0x123; int b = a<<2;–> b=0x48C
右移:
int a = 0x123; int b = a>>2;–> b=0x48
左移是乘4,右移是除4;
取反
原来问0的位变1,原来为1的位变0;
int a = 0x123; int b = ~a;a=2
位与
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0
int a = 0x123; int b = 0x456; int c = a&b;–> c=0x2
位或
1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0
int a = 0x123; int b = 0x456; int c = a|b;–> c=0x577
置位
把a的bit7、8置位(变为1)
int a = 0x123; int b = a|(1<<7)|(1<<8);–> c=0x1a3
清位
把a的bit7、8清位(变为0)
int a = 0x123; int b = (a& ~(1<<7))&(~(1<<8));–> c=0x23
置位和清位在后面寄存器的操作中,会经常使用。
①所有的变量在内存中都有一块区域;
②可以通过变量/指针操作内存;
TYPE *p = val1;
*p = val2;
把val2写入地址val1的内存中,写入
TYPE *p = addr;
*p = val;
把val写入地址addrd的内存,,写入
a. 我们写出了main函数, 谁来调用它?
b. main函数中变量保存在内存中, 这个内存地址是多少?
答: 我们还需要写一个汇编代码, 给main函数设置内存, 调用main函数
led.c源码:
start.S源码:
Makefile源码:
最后将上面三个文件放入Ubuntu主机编译,然后烧写到开发板即可。
举例1:
add r0,r1,#4
效果为
r0=r1+4;
举例2:
sub r0,r1,#4
效果为
r0=r1-4;
举例3:
sub r0,r1,r2
效果为
r0=r1-r2;
⑦BL (Brarch and Link)带返回值的跳转
跳转到指定指令,并将返回地址(下一条指令)保存在lr寄存器;
⑧LDM/STM 读内存,写入多个寄存器/把多个寄存器的值写入内存
可搭配的后缀有 过后增加(Increment After)、预先增加(Increment Before)、过后减少(Decrement After)、预先减少(Decrement Before);
举例1:
stmdb sp!, (fp,ip,lr,pc)
假设Sp=4096。
db意思是先减后存,按 高编号寄存器存在高地址 存。
举例2:
ldmia sp, (fp,ip,pc)
start.S:
①设置栈;
②调用main,并把返回值地址保存到lr中;
led.c的main()内容:
①定义2个局部变量;
②设置变量;
③return 0;
问题:
①为什么要设置栈?
因为c函数要用。
②怎么使用栈?
a.保存局部变量;
b.保存lr等寄存器;
③调用者如何传参数给被调用者?
④被调用者如何传返回值给调用者?
**⑤怎么从栈中恢复那些寄存器?”’
在arm中有个ATPCS规则,约定r0-r15寄存器的用途。
r0-r3:调用者和被调用者之间传参数;
r4-r11:函数可能被使用,所以在函数的入口保存它们,在函数的出口恢复它们;
下面分析个实例
start.S:
led.c:
将前面的程序反汇编得到led.dis如下:
分析上面的汇编代码:
开发板上电后,将从0地址开始执行,即开始执行
过程中的内存数据情况:
前面那个例子,汇编调用main.c并没有传递参数,这里修改下c程序,让其传递参数。
start.S:
led.c:
led.elf:
简单分析下反汇编:
但在开发板上的实际效果是led1先亮,延时一会,led2再亮,然后一会之后,led1再次亮了。
这和我们的设计的代码流程不吻合,这是因为2440里面有个看门狗定时器,开发板上电后,需要在一定时间内“喂狗”(设置相应的寄存器),否则就会重启开发板。
之所以这样设计,是为了让芯片出现死机时,能够自己复位,重新运行。
这里我们写个led灯循环的程序,步骤如下:
这里暂时用不到看门狗,先关闭看门狗,从参考手册可知,向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗;
设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
循环点灯,依次设置GPFDAT寄存器;
完整代码如下:
led.c
2440里面有很多寄存器,如果每次对不同的寄存器进行查询和操作会很麻烦,因此可以先提前定义成宏,做成一个头文件,每次调用就行。
再举一个按键控制LED的程序,,步骤如下:
这里暂时用不到看门狗,先关闭看门狗,从参考手册可知,向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗;
设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
设置3个按键引脚为输入引脚;
循环执行,读取按键引脚值,点亮对应的led灯;
完整代码如下:
第001节辅线1硬件知识_LED原理图
当我们学习C语言的时候,我们会写个Hello程序。那当我们写ARM程序,也该有一个简单的程序引领我们入门,这个程序就是点亮LED。我们怎样去点亮一个LED呢?
分为三步:
看原理图,确定控制LED的引脚;
看主芯片的芯片手册,确定如何设置控制这个引脚;
写程序;
先来讲讲怎么看原理图:
LED样子有很多种,像插脚的,贴片的。
它们长得完全不一样,因此我们在原理图中将它抽象出来。
点亮LED需要通电源,同时为了保护LED,加个电阻减小电流。
控制LED灯的亮灭,可以手动开关LED,但在电子系统中,不可能让人来控制开关,通过编程,利用芯片的引脚去控制开关。
LED的驱动方式,常见的有四种。
方式1:使用引脚输出3.3V点亮LED,输出0V熄灭LED。
方式2:使用引脚拉低到0V点亮LED,输出3.3V熄灭LED。
有的芯片为了省电等原因,其引脚驱动能力不足,这时可以使用三极管驱动。
方式3:使用引脚输出1.2V点亮LED,输出0V熄灭LED。
方式4:使用引脚输出0V点亮LED,输出1.2V熄灭LED。
由此,主芯片引脚输出高电平/低电平,即可改变LED状态,而无需关注GPIO引脚输出的是3.3V还是1.2V。
所以简称输出1或0:
逻辑1–>高电平
逻辑0–>低电平
第002节辅线1硬件知识_S3C2440启动流程与GPIO操作
在原理图中,同名的Net表示是连在一起的。怎么样GPF4怎么输出1或0?
配置为输出引脚;
设置状态;
因此,设置GPFCON[9:8]=0b01,即GPF4配置为输出;
设置GPFDAT[4]=1或者0,即输出高电平或低电平;
S3C2440框架:
S3C2440启动流程:
Nor启动:
Nor Flash的基地址为0,片内RAM地址为0x4000 0000;
CPU读出Nor上第1个指令(前4字节),执行;
CPU继续读出其它指令执行。
Nand启动:
片内4k RAM基地址为0,Nor Flash不可访问;
2440硬件把Nand前4K内容复制到片内的RAM,然后CPU从0地址取出第1条指令执行。
第003节_编写第1个程序点亮LED
在开始写第1个程序前,先了解一些概念。2440是一个SOC,它里面的CPU有R1、R2、R3……等 寄存器;
它里面的GPIO控制器也有很多寄存器,如 GPFCON、GPFDAT。
这两个寄存器是有差异的,在写代码的时候,CPU里面的寄存器可以直接访问,其它的寄存器要以地址进行访问。
把GPF4配置为输出,需要把0x100写入GPFCON这个寄存器,即写到0x5600 0050上;
把GPF4输出1,需要把0x10写到地址0x5600 0054上;
把GPF4输出0,需要把0x00写到地址0x5600 0054上;
这里的写法会破坏寄存器的其它位,其它位是控制其它引脚的,为了让第一个裸板程序尽可能的简单,才简单粗暴的这样处理。
写程序需要用到几条汇编代码:
①LDR (load):读寄存器
举例:
LDR R0,[R1]
假设R1的值是x,读取地址x上的数据(4字节),保存到R0中;
②STR (store):写寄存器
举例:
STR R0,[R1]
假设R1的值是x,把R0的值写到地址x(4字节);
③B 跳转
④MOV (move)移动,赋值
举例1:
MOV R0,R1
把R1的值赋值给R0;
举例2:
MOV R0,#0x100
把0x100赋值给R0,即R0=0x100;
⑤LDR
举例:
LDR R0,=0x12345678
这是一条伪指令,即实际中并不存在这个指令,他会被拆分成几个真正的ARM指令,实现一样的效果。
最后结果是R0=0x12345678。
为什么会引入伪指令?
在ARM的32位指令中,有些字节表示指令,有些字节表示数据,因此表示数据的没有32位,不能表示一个32位的任意值,只能表示一个较小的简单值,这个简单值称为立即数。引入伪指令后,利用LDR可以为R0赋任意大小值,编译器会自动拆分成真正的的指令,实现目的。
有了前面5个汇编指令的基础,我们就可以写代码了。
第一个程序只能是汇编,以前你们可能写过单片机程序,一上来就写main()函数,那是编译器帮你封装好了。
第一个LED程序代码如下:
/* * 点亮LED1: gpf4 */ .text .global _start _start: /* 配置GPF4为输出引脚 * 把0x100写到地址0x56000050 */ ldr r1, =0x56000050 ldr r0, =0x100 /* mov r0, #0x100 */ str r0, [r1] /* 设置GPF4输出高电平 * 把0写到地址0x56000054 */ ldr r1, =0x56000054 ldr r0, =0 /* mov r0, #0 */ str r0, [r1] /* 死循环 */ halt: b halt
将代码上传到服务器,
先编译:
arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.s ;
再链接:
arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf ;
生成bin文件:
arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin ;
以上的命令,要是我们每次都输入会容易输错,因此我们把他们写到一个文件里,这个文件就叫Makefile.
关于Makefile以后会讲。本次所需的Makefile如下:
all: arm-linux-gcc -c -o led_on.o led_on.S arm-linux-ld -Ttext 0 led_on.o -o led_on.elf arm-linux-objcopy -O binary -S led_on.elf led_on.bin clean: rm *.bin *.o *.elf
以后只需要 使用 make 命令进行编译, make clean 命令进行清理。
最后烧写到开发板上,即可看到只有一个LED亮,符合我们预期。
第004节_汇编与机器码
前面介绍过伪指令,伪指令是实际不存在的ARM命令,编译器在编译时转换成存在的ARM指令。我们代码中的ldr r1, =0x56000050这条伪指令的真实指令时什么呢?
我们可以通过反汇编来查看。
在前面的Makefile中加上:
arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis
上传服务器,编译。
生成的led_on.dis就是反汇编文件。led_on.dis如下:
led_on.elf: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <_start>: 0: e59f1014 ldr r1, [pc, #20] ; 1c <.text+0x1c> 4: e3a00c01 mov r0, #256 ; 0x100 8: e5810000 str r0, [r1] c: e59f100c ldr r1, [pc, #12] ; 20 <.text+0x20> 10: e3a00000 mov r0, #0 ; 0x0 14: e5810000 str r0, [r1] 00000018 <halt>: 18: eafffffe b 18 <halt> 1c: 56000050 undefined 20: 56000054 undefined
第一列是地址,第二列是机器码,第三列是汇编;
在反汇编文件里可以看到,
ldr r1, =0x56000050被转换成
ldr r1, [pc, #20],
pc+20地址的值为0x56000050,通过这种方式为r1赋值。
对于立即数0x100而言,
ldr r0,=0x100即是转换成了
mov r0,#256;
在2440这个SOC里面,R0-R15都在CPU里面,其中:
R13 别名:sp (Stack Pointer)栈指针
R14 别名:lr (Link Register)返回地址
R15 别名:pc (program Counter)程序计数器=当前指令+8
为什么 PC=当前指令+8?
ARM指令采用流水线机制,当前执行地址A的指令,已经在对地址A+4的指令进行译码,已经在读取地址A+8的指令,其中A+8就是PC的值。
C/汇编(给人类方便使用的语言)———编译器———>bin,含有机器码(给CPU使用)
第005节编程知识进制
17个苹果,有4种表示方式,它们表示同一个数值:计算验证:
十进制:17=1x10^1 + 7x10^0;
二进制:17=1x2^4 + 0x2^3 + 0x2^2 + 0x2^1 + 1x2^0;
八进制:17=2x8^1 + 1x8^0;
十六进制:17=1x16^1 + 1x16^0;
为何引入二进制?
在硬件角度看,晶体管只有两个状态:on是1,off是0;
数据使用多个晶体管进行表示,用二进制描述,吻合硬件状态。
为何引入八进制?
将二进制的三位作为一组,把这一组作为一位进行表示,就是八进制。
为何引入十六进制?
将二进制的四位作为一组,把这一组作为一位进行表示,就是十六进制。八进制和十六进制方便我们描述,简化了长度。
如何快速的转换2/8/16进制:
首先记住8 4 2 1 ——>二进制权重
举例1:
将二进制0b01101110101转换成八进制:
将二进制从右到左,每三个分成一组:
结果就是1565;
举例2:
将二进制0b01101110101转换成十六进制:
将二进制从右到左,每四个分成一组:
结果就是375;
举例3:
将十六进制0xABC1转换成二进制:
将十六进制从右到左,每个分成四位:
结果就是1010 1011 1100 0001;
在C语言中怎么表示这些进制呢?
十进制: int a = 96;
八进制: int a = 0140;//0开头
十六进制: int a = 0x60;//0x开头
用0b开头表示二进制,约定俗成的规定。
第006节编程知识字节序_位操作
字节序:假设
int a = 0x12345678;
前面说了16进制每位是4个字节,在内存中,是以8个字节作为1byte进行存储的,因此0x12345678中每两位作为1byte,其中0x78是低位,0x12是高位。
在内存中的存储方式有两种:
0x12345678的低位(0x78)存在低地址,即方式1,叫做小字节序(Little endian);
0x12345678的高位(0x12)存在低地址,即方式2,叫做大字节序(Big endian);
一般的arm芯片都是小字节序,对于2440可以设置某个寄存器,让整个系统使用大字节序或小字节序,它默认使用小字节序。
位操作:
移位
左移:
int a = 0x123; int b = a<<2;–> b=0x48C
右移:
int a = 0x123; int b = a>>2;–> b=0x48
左移是乘4,右移是除4;
取反
原来问0的位变1,原来为1的位变0;
int a = 0x123; int b = ~a;a=2
位与
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0
int a = 0x123; int b = 0x456; int c = a&b;–> c=0x2
位或
1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0
int a = 0x123; int b = 0x456; int c = a|b;–> c=0x577
置位
把a的bit7、8置位(变为1)
int a = 0x123; int b = a|(1<<7)|(1<<8);–> c=0x1a3
清位
把a的bit7、8清位(变为0)
int a = 0x123; int b = (a& ~(1<<7))&(~(1<<8));–> c=0x23
置位和清位在后面寄存器的操作中,会经常使用。
第007节_编写C程序控制LED
C语言的指针操作:①所有的变量在内存中都有一块区域;
②可以通过变量/指针操作内存;
TYPE *p = val1;
*p = val2;
把val2写入地址val1的内存中,写入
sizeof(TYPE)字节;
TYPE *p = addr;
*p = val;
把val写入地址addrd的内存,,写入
sizeof(TYPE)字节;
a. 我们写出了main函数, 谁来调用它?
b. main函数中变量保存在内存中, 这个内存地址是多少?
答: 我们还需要写一个汇编代码, 给main函数设置内存, 调用main函数
led.c源码:
int main() { unsigned int *pGPFCON = (unsigned int *)0x56000050; unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int *)0x56000054; /*配置GPF4为输出引脚*/ *pGPFCON = 0x100; /*配置GPF4输出0*/ *pGPFDAT = 0; return 0; }
start.S源码:
.text .global _start _start: /*设置内存:sp栈*/ ldr sp,=4096 /*nand启动*/ // ldr sp, =0x40000000 /*nor启动*/ /*调用main*/ bl main halt: b halt
Makefile源码:
all: arm-linux-gcc -c -o led.o led.c arm-linux-gcc -c -o start.o start.S arm-linux-ld -Ttext 0 start.o led.o -o led.elf arm-linux-objcopy -O binary -S led.elf led.bin arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis clean: rm *.bin *.o *.elf *.dis
最后将上面三个文件放入Ubuntu主机编译,然后烧写到开发板即可。
第008节_几条汇编指令_bl_add_sub_ldm_stm
⑥ADD/SUB 加法/减法举例1:
add r0,r1,#4
效果为
r0=r1+4;
举例2:
sub r0,r1,#4
效果为
r0=r1-4;
举例3:
sub r0,r1,r2
效果为
r0=r1-r2;
⑦BL (Brarch and Link)带返回值的跳转
跳转到指定指令,并将返回地址(下一条指令)保存在lr寄存器;
⑧LDM/STM 读内存,写入多个寄存器/把多个寄存器的值写入内存
可搭配的后缀有 过后增加(Increment After)、预先增加(Increment Before)、过后减少(Decrement After)、预先减少(Decrement Before);
举例1:
stmdb sp!, (fp,ip,lr,pc)
假设Sp=4096。
db意思是先减后存,按 高编号寄存器存在高地址 存。
举例2:
ldmia sp, (fp,ip,pc)
009节_解析C程序的内部机制
003_led.c内部机制分析:start.S:
①设置栈;
②调用main,并把返回值地址保存到lr中;
led.c的main()内容:
①定义2个局部变量;
②设置变量;
③return 0;
问题:
①为什么要设置栈?
因为c函数要用。
②怎么使用栈?
a.保存局部变量;
b.保存lr等寄存器;
③调用者如何传参数给被调用者?
④被调用者如何传返回值给调用者?
**⑤怎么从栈中恢复那些寄存器?”’
在arm中有个ATPCS规则,约定r0-r15寄存器的用途。
r0-r3:调用者和被调用者之间传参数;
r4-r11:函数可能被使用,所以在函数的入口保存它们,在函数的出口恢复它们;
下面分析个实例
start.S:
.text .global _start _start: /* 设置内存: sp 栈 */ ldr sp, =4096 /* nand启动 */ // ldr sp, =0x40000000+4096 /* nor启动 */ /* 调用main */ bl main halt: b halt
led.c:
int main() { unsigned int *pGPFCON = (unsigned int *)0x56000050; unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int *)0x56000054; /* 配置GPF4为输出引脚 */ *pGPFCON = 0x100; /* 设置GPF4输出0 */ *pGPFDAT = 0; return 0; }
将前面的程序反汇编得到led.dis如下:
led.elf: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <_start>: 0: e3a0da01 mov sp, #4096 ; 0x1000 4: eb000000 bl c <main> 00000008 <halt>: 8: eafffffe b 8 <halt> 0000000c <main>: c: e1a0c00d mov ip, sp 10: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} 14: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4 18: e24dd008 sub sp, sp, #8 ; 0x8 1c: e3a03456 mov r3, #1442840576 ; 0x56000000 20: e2833050 add r3, r3, #80 ; 0x50 24: e50b3010 str r3, [fp, #-16] 28: e3a03456 mov r3, #1442840576 ; 0x56000000 2c: e2833054 add r3, r3, #84 ; 0x54 30: e50b3014 str r3, [fp, #-20] 34: e51b2010 ldr r2, [fp, #-16] 38: e3a03c01 mov r3, #256 ; 0x100 3c: e5823000 str r3, [r2] 40: e51b2014 ldr r2, [fp, #-20] 44: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0 48: e5823000 str r3, [r2] 4c: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0 50: e1a00003 mov r0, r3 54: e24bd00c sub sp, fp, #12 ; 0xc 58: e89da800 ldmia sp, {fp, sp, pc} Disassembly of section .comment: 00000000 <.comment>: 0: 43434700 cmpmi r3, #0 ; 0x0 4: 4728203a undefined 8: 2029554e eorcs r5, r9, lr, asr #10 c: 2e342e33 mrccs 14, 1, r2, cr4, cr3, {1} 10: Address 0x10 is out of bounds.
分析上面的汇编代码:
开发板上电后,将从0地址开始执行,即开始执行
mov sp, #4096:设置栈地址在4k RAM的最高处,sp=4096; bl c <main>:调到c地址处的main函数,并保存下一行代码地址到lr,即lr=8; mov ip, sp:给ip赋值sp的值,ip=sp=4096 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc}:按高编号寄存器存在高地址,依次将pc、lr、ip、fp存入sp-4中; sub fp, ip, #4:fp的值为ip-4=4096-4=4092; sub sp, sp, #8:sp的值为sp-8=(4096-4x4)-8=4072; mov r3, #1442840576:r3赋值0x5600 0000; add r3, r3, #80:r3的值加0x50,即r3=0x5600 0050; str r3, [fp, #-16]:r3存入[fp-16]所在的地址,即地址4076处存放0x5600 0050; mov r3, #1442840576:r3赋值0x5600 0000; add r3, r3, #84:r3的值加0x54,即r3=0x5600 0054; str r3, [fp, #-20]:r3存入[fp-20]所在的地址,即地址4072处存放0x5600 0054; ldr r2, [fp, #-16]:r2取[fp-16]地址处的值,即[4076]地址的值,r2=0x5600 0050; mov r3, #256:r3赋值为0x100; str r3, [r2]:将r3写到r2内容所对应的地址,即0x5600 0050地址处的值为0x100;;对应c语言*pGPFCON = 0x100;; ldr r2, [fp, #-20]:r2取[fp-20]地址处的值,即[4072]地址的值,r2=0x5600 0054; mov r3, #0:r3赋值为0x00; str r3, [r2]:将r3写到r2内容所对应的地址,即0x5600 0054地址处的值为0x00;对应c语言*pGPFDAT = 0; mov r3, #0:r3赋值为0x00; mov r0, r3:r0=r3=0x00; sub sp, fp, #12:sp=fp-12=4092-12=4080; ldmia sp, {fp, sp, pc}:从栈中恢复寄存器,fp=4080地址处的值=原来的fp,sp=4084地址处的值=4096,pc=4088地址处的值=8,随后调到0x08地址处继续执行。
过程中的内存数据情况:
前面那个例子,汇编调用main.c并没有传递参数,这里修改下c程序,让其传递参数。
start.S:
.text .global _start _start: /* 设置内存: sp 栈 */ ldr sp, =4096 /* nand启动 */ // ldr sp, =0x40000000+4096 /* nor启动 */ mov r0, #4 bl led_on ldr r0, =100000 bl delay mov r0, #5 bl led_on halt: b halt
led.c:
void delay(volatile int d) { while (d--); } int led_on(int which) { unsigned int *pGPFCON = (unsigned int *)0x56000050; unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int *)0x56000054; if (which == 4) { /* 配置GPF4为输出引脚 */ *pGPFCON = 0x100; } else if (which == 5) { /* 配置GPF5为输出引脚 */ *pGPFCON = 0x400; } /* 设置GPF4/5输出0 */ *pGPFDAT = 0; return 0; }
led.elf:
led.elf: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <_start>: 0: e3a0da01 mov sp, #4096 ; 0x1000 4: e3a00004 mov r0, #4 ; 0x4 8: eb000012 bl 58 <led_on> c: e59f000c ldr r0, [pc, #12] ; 20 <.text+0x20> 10: eb000003 bl 24 <delay> 14: e3a00005 mov r0, #5 ; 0x5 18: eb00000e bl 58 <led_on> 0000001c <halt>: 1c: eafffffe b 1c <halt> 20: 000186a0 andeq r8, r1, r0, lsr #13 00000024 <delay>: 24: e1a0c00d mov ip, sp 28: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} 2c: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4 30: e24dd004 sub sp, sp, #4 ; 0x4 34: e50b0010 str r0, [fp, #-16] 38: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16] 3c: e2433001 sub r3, r3, #1 ; 0x1 40: e50b3010 str r3, [fp, #-16] 44: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16] 48: e3730001 cmn r3, #1 ; 0x1 4c: 0a000000 beq 54 <delay+0x30> 50: eafffff8 b 38 <delay+0x14> 54: e89da808 ldmia sp, {r3, fp, sp, pc} 00000058 <led_on>: 58: e1a0c00d mov ip, sp 5c: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} 60: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4 64: e24dd00c sub sp, sp, #12 ; 0xc 68: e50b0010 str r0, [fp, #-16] 6c: e3a03456 mov r3, #1442840576 ; 0x56000000 70: e2833050 add r3, r3, #80 ; 0x50 74: e50b3014 str r3, [fp, #-20] 78: e3a03456 mov r3, #1442840576 ; 0x56000000 7c: e2833054 add r3, r3, #84 ; 0x54 80: e50b3018 str r3, [fp, #-24] 84: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16] 88: e3530004 cmp r3, #4 ; 0x4 8c: 1a000003 bne a0 <led_on+0x48> 90: e51b2014 ldr r2, [fp, #-20] 94: e3a03c01 mov r3, #256 ; 0x100 98: e5823000 str r3, [r2] 9c: ea000005 b b8 <led_on+0x60> a0: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16] a4: e3530005 cmp r3, #5 ; 0x5 a8: 1a000002 bne b8 <led_on+0x60> ac: e51b2014 ldr r2, [fp, #-20] b0: e3a03b01 mov r3, #1024 ; 0x400 b4: e5823000 str r3, [r2] b8: e51b3018 ldr r3, [fp, #-24] bc: e3a02000 mov r2, #0 ; 0x0 c0: e5832000 str r2, [r3] c4: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0 c8: e1a00003 mov r0, r3 cc: e24bd00c sub sp, fp, #12 ; 0xc d0: e89da800 ldmia sp, {fp, sp, pc} Disassembly of section .comment: 00000000 <.comment>: 0: 43434700 cmpmi r3, #0 ; 0x0 4: 4728203a undefined 8: 2029554e eorcs r5, r9, lr, asr #10 c: 2e342e33 mrccs 14, 1, r2, cr4, cr3, {1} 10: Address 0x10 is out of bounds.
简单分析下反汇编:
mov sp, #4096:设置栈地址在4k RAM的最高处,sp=4096; mov r0, #4:r0=4,作为参数; bl 58 <led_on>:调到58地址处的led_on函数,并保存下一行代码地址到lr,即lr=8;在led_on中会使用到r0; ldr r0, [pc, #12]:r0=[pc+12]处的值=[c+12=20]的值=0x186a0=1000000,作为参数; bl 24 <delay>:调用24地址处的delay函数,并保存下一行代码地址到lr,即lr=24;在delay中会使用到r0; mov r0, #5:r0=5,作为参数; bl 58 <led_on>:调到58地址处的led_on函数,并保存下一行代码地址到lr,即lr=58;在led_on中会使用到r0;
010节完善LED程序编写按键程序
在上一节视频里,我们编写的程序代码是先点亮led1,然后延时一会,再点亮led2,进入死循环。但在开发板上的实际效果是led1先亮,延时一会,led2再亮,然后一会之后,led1再次亮了。
这和我们的设计的代码流程不吻合,这是因为2440里面有个看门狗定时器,开发板上电后,需要在一定时间内“喂狗”(设置相应的寄存器),否则就会重启开发板。
之所以这样设计,是为了让芯片出现死机时,能够自己复位,重新运行。
这里我们写个led灯循环的程序,步骤如下:
这里暂时用不到看门狗,先关闭看门狗,从参考手册可知,向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗;
设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
循环点灯,依次设置GPFDAT寄存器;
完整代码如下:
.text .global _start _start: /* 关闭看门狗 */ ldr r0, =0x53000000 ldr r1, =0 str r1, [r0] /* 设置内存: sp 栈 */ /* 分辨是nor/nand启动 * 写0到0地址, 再读出来 * 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动 * 否则就是nor启动 */ mov r1, #0 ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */ str r1, [r1] /* 0->[0] */ ldr r2, [r1] /* r2=[0] */ cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */ ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */ moveq sp, #4096 /* nand启动 */ streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */ bl main halt: b halt
led.c
void delay(volatile int d) { while (d--); } int main(void) { volatile unsigned int *pGPFCON = (volatile unsigned int *)0x56000050; volatile unsigned int *pGPFDAT = (volatile unsigned int *)0x56000054; int val = 0; /* val: 0b000, 0b111 */ int tmp; /* 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚 */ *pGPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12)); *pGPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12)); /* 循环点亮 */ while (1) { tmp = ~val; tmp &= 7; *pGPFDAT &= ~(7<<4); *pGPFDAT |= (tmp<<4); delay(100000); val++; if (val == 8) val =0; } return 0; }
2440里面有很多寄存器,如果每次对不同的寄存器进行查询和操作会很麻烦,因此可以先提前定义成宏,做成一个头文件,每次调用就行。
再举一个按键控制LED的程序,,步骤如下:
这里暂时用不到看门狗,先关闭看门狗,从参考手册可知,向0x53000000寄存器写0即可关闭看门狗;
设置内存的栈,通过写读操作来判断是Nand Flash还是Nor Flash;
设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚;
设置3个按键引脚为输入引脚;
循环执行,读取按键引脚值,点亮对应的led灯;
完整代码如下:
#include "s3c2440_soc.h" void delay(volatile int d) { while (d--); } int main(void) { int val1, val2; /* 设置GPFCON让GPF4/5/6配置为输出引脚 */ GPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12)); GPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12)); /* 配置3个按键引脚为输入引脚: * GPF0(S2),GPF2(S3),GPG3(S4) */ GPFCON &= ~((3<<0) | (3<<4)); /* gpf0,2 */ GPGCON &= ~((3<<6)); /* gpg3 */ /* 循环点亮 */ while (1) { val1 = GPFDAT; val2 = GPGDAT; if (val1 & (1<<0)) /* s2 --> gpf6 */ { /* 松开 */ GPFDAT |= (1<<6); } else { /* 按下 */ GPFDAT &= ~(1<<6); } if (val1 & (1<<2)) /* s3 --> gpf5 */ { /* 松开 */ GPFDAT |= (1<<5); } else { /* 按下 */ GPFDAT &= ~(1<<5); } if (val2 & (1<<3)) /* s4 --> gpf4 */ { /* 松开 */ GPFDAT |= (1<<4); } else { /* 按下 */ GPFDAT &= ~(1<<4); } } return 0; }
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