代码收藏家技术教程 2024-01-21

嵌入式ARM裸机学习01——LED汇编编程指南

参考

使用教程：正点原子ARM逻辑篇
开发板：韦东山IMX6ULL
参考手册：

【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.81.pdf

03_i.MX.6ULL裸机开发手册_V1.0.pdf

IMX6ULL参考手册.pdf

为什么要学习Cortex-A汇编

需要用汇编初始化一些SOC外设

使用汇编初始化DDR，IMX6ULL不需要

设置sp指针，一般指向DDR，设置好C语言环境

LED灯硬件原理分析

STM32 LED初始化流程

使能GPIO时钟
设置IO，将其复用为GPIO
配置GPIO的电气属性
使用GPIO，输出高/低电平

IMX6ULL IO初始化(LED2 GPIO5_IO3)

使能时钟，CCGR0-CCGR6（P698）这7个寄存器控制着6ULL所有外设时钟的使能。为了简单，设置CCGR0-CCGR6这7个寄存器全部为0xFFFFFFFF，相当于使能所有的外设时钟
IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3为GPIO5_IO03的寄存器（P1502），将IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3的bit2-0设置为101(=5)，这样GPIO5_IO03就复用为GPIO了

XXX_SW_MUC_CTL_PAD_XX_XX为GPIO的命名，后缀XX_XX是根据某个IO所拥有的功能来命名的，前缀是根据不同的GPIO来的，都带有IOMUXC_

设置电气属性。
配置GPIO功能，设置输入输出:
GPIOx_GDIR为方向寄存器，设置引脚为输入/输出引脚(输出模式：设置GPIO5_GDIR的bit3为1)
GPIOx_DR为数据寄存器，设置引脚的高低电平(高电平：设置GPIO5_DR的bit为1)

ARM汇编基础

因为编写的是ARM汇编，编译使用GCC交叉编译器，所以汇编代码要符合GNU语法

GNU汇编语法

一条语句有三个可选部分：label：instruction @ comment

label即标号，表示地址位置，有些指令前面可能会有标号，这样就可以通过这个标号得到
指令的地址，标号也可以用来表示数据地址。注意 label 后面的:，任何以:结尾的标识符都会被识别为一个标号

instruction即指令，也就是汇编指令或伪指令

@表示后面的是注释，在 GNU 汇编文件中也可以使用/*和*/来注释

注意: ARM 中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等可以全部使用大写，也可以全部使用小写，但是不能大小写混用

汇编程序的默认入口标号是_start，不过我们也可以在链接脚本中使用ENTRY来指明其它的入口点，下面的代码就是使用_start作为入口标号：

.global _start 
_start:
ldr r0, =0x12 @r0=0x12

上面代码中.global是伪操作，表示_start是一个全局标号，类似C语言里面的全局变量一样
3. GNU 汇编同样函数：

函数名:
    函数体
    返回语句

常用汇编指令

处理器内部数据传输指令

使用处理器做的最多事情就是在处理器内部来回的传递数据，常见的操作有：

将数据从一个寄存器传递到另外一个寄存器。

将数据从一个寄存器传递到特殊寄存器，如CPSR和SPSR寄存器。

将立即数传递到寄存器。

数据传输常用的指令有三个：MOV、MRS和MSR

MOV指令: MOV指令用于将数据从一个寄存器拷贝到另外一个寄存器，或者将一个立即数传递到寄存器里面：

MOV R0，R1 @将寄存器 R1 中的数据传递给 R0，即 R0=R1
MOV R0, #0X12 @将立即数 0X12 传递给 R0 寄存器，即 R0=0X12

MRS指令: MRS指令用于将特殊寄存器(如 CPSR 和 SPSR)中的数据传递给通用寄存器，要读取特殊寄存器的数据只能使用 MRS 指令：

MRS R0, CPSR @将特殊寄存器 CPSR 里面的数据传递给 R0，即 R0=CPSR

MSR指令:MSR指令和 MRS 刚好相反，MSR 指令用来将普通寄存器的数据传递给特殊寄存器，也就是写特殊寄存器，写特殊寄存器只能使用MSR：

MSR CPSR, R0 @将 R0 中的数据复制到 CPSR 中，即 CPSR=R0

存储器访问指令

ARM不能直接访问存储器，比如 RAM中的数据，I.MX6UL中的寄存器就是 RAM 类型的，我们用汇编来配置I.MX6UL寄存器的时候需要借助存储器访问指令，一般先将要配置的值写入到Rx(x=0~12)寄存器中，然后借助存储器访问指令将Rx中的数据写入到I.MX6UL寄存器中。读取 I.MX6UL 寄存器也是一样的，只是过程相反。

常用的存储器访问指令有两种：LDR和STR：

LDR 指令:LDR主要用于从存储加载数据到寄存器Rx中，LDR也可以将一个立即数加载到寄存器Rx中，LDR加载立即数的时候要使用=，而不是“#”。在嵌入式开发中，LDR 最常用的就是读取CPU的寄存器值，比如 I.MX6UL 有个寄存器 GPIO1_GDIR，其地址为0X0209C004，我们现在要读取这个寄存器中的数据：

1 LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004
2 LDR R1, [R0] @读取地址 0X0209C004 中的数据到 R1 寄存器中

上述代码就是读取寄存器 GPIO1_GDIR 中的值，读取到的寄存器值保存在 R1 寄存器中，
上面代码中 offset 是 0，也就是没有用到 offset。

STR 指令:LDR是从存储器读取数据，STR就是将数据写入到存储器中，同样以 I.MX6UL 寄存器
GPIO1_GDIR 为例，现在我们要配置寄存器 GPIO1_GDIR 的值为 0X20000002：

1 LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004
2 LDR R1, =0X20000002 @R1 保存要写入到寄存器的值，即 R1=0X20000002
3 STR R1, [R0] @将 R1 中的值写入到 R0 中所保存的地址中

LDR 和 STR 都是按照字进行读取和写入的，也就是操作的 32 位数据，如果要按照字节、半字进行操作的话可以在指令“LDR”后面加上B或H，比如按字节操作的指令就是LDRB和STRB，按半字操作的指令就是LDRH和STRH

跳转指令

有多种跳转操作，比如：

直接使用跳转指令 B、BL、BX 等。

直接向 PC 寄存器里面写入数据。

B指令：这是最简单的跳转指令，B指令会将 PC 寄存器的值设置为跳转目标地址，一旦执行 B 指令，ARM 处理器就会立即跳转到指定的目标地址。如果要调用的函数不会再返回到原来的执行处，那就可以用 B 指令：

_start:

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

上述代码就是典型的在汇编中初始化 C 运行环境，然后跳转到 C 文件的 main 函数中运行，上述代码只是初始化了 SP 指针，有些处理器还需要做其他的初始化，比如初始化 DDR 等等。因为跳转到 C 文件以后再也不会回到汇编了，所以在第 4 行使用了 B 指令来完成跳转。

BL指令:BL指令相比 B 指令，在跳转之前会在寄存器 LR(R14)中保存当前 PC 寄存器值，所以可以通过将 LR 寄存器中的值重新加载到 PC 中来继续从跳转之前的代码处运行，这是子程序调用一个基本但常用的手段。比如 Cortex-A 处理器的 irq 中断服务函数都是汇编写的，主要用汇编来实现现场的保护和恢复、获取中断号等。但是具体的中断处理过程都是 C 函数，所以就会存在汇编中调用 C 函数的问题。而且当 C 语言版本的中断处理函数执行完成以后是需要返回到irq 汇编中断服务函数，因为还要处理其他的工作，一般是恢复现场。这个时候就不能直接使用B 指令了，因为 B 指令一旦跳转就再也不会回来了，这个时候要使用 BL 指令：

push {r0, r1} @保存 r0,r1
cps #0x13 @进入 SVC 模式，允许其他中断再次进去

bl system_irqhandler @加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中

cps #0x12 @进入 IRQ 模式
pop {r0, r1} 
str r0, [r1, #0X10] @中断执行完成，写 EOIR

上述代码中第 5 行就是执行 C 语言版的中断处理函数，当处理完成以后是需要返回来继续执行下面的程序，所以使用了BL指令

算术运算指令

逻辑运算指令

交叉编译

将c.s文件编译为.o，使用arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o

上述命令就是将led.s编译为led.o，其中-g选项是产生调试信息，GDB 能够使用这些调试信息进行代码调试。-c选项是编译源文件，但是不链接。-o选项是指定编译产生的文件名字，这里我们指定 led.s 编译完成以后的文件名字为 led.o。执行上述命令以后就会编译生成一个 led.o 文件，