嵌入式Linux开发第二步——C语言点灯实验

1. 前言

  一般情况下用汇编写嵌入式驱动很难，只是在开始部分用汇编来初始化一下 C 语言环境，比如初始化 DDR、设置堆栈指针 SP 等等，当这些工作都做完以后就可以进入 C 语言环境，也就是运行 C 语言代码，一般都是进入 main 函数。所以我们有两部分文件要做：
①、汇编文件
  汇编文件只是用来完成 C 语言环境搭建。
②、C 语言文件
  C 语言文件就是完成我们的业务层代码的，其实就是我们实际例程要完成的功能。
  其实 STM32 也是这样的，只是我们在开发 STM32 的时候没有想到这一点，以 STM32F103 为例，其启动文件 startup_stm32f10x_hd.s 这个汇编文件就是完成 C 语言环境搭建的，当然还有一些其他的处理，比如中断向量表等等。当 startup_stm32f10x_hd.s 把 C 语言环境初始化完成以后就会进入 C 语言环境。

2. 实验程序编写

  新建 VScode 工程，工程名字为“led”，新建三个文件： start.S、 led.c 和 led.h。其中 start.S是汇编文件， led.c 和 led.h 是 C 语言相关文件。
start.S：

.global _start  		/* 全局标号 */
_start:

	/* 进入SVC模式 */
	mrs r0, cpsr
	bic r0, r0, #0x1f 	/* 将r0寄存器中的低5位清零，也就是cpsr的M0~M4 	*/
	orr r0, r0, #0x13 	/* r0或上0x13,表示使用SVC模式					*/
	msr cpsr, r0		/* 将r0 的数据写入到cpsr_c中 					*/

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

led.h:

#ifndef __LED_H
#define __LED_H

/* 
 * CCM相关寄存器地址 
 */
#define CCM_CCGR0 			*((volatile unsigned int *)0X020C4068)
#define CCM_CCGR1 			*((volatile unsigned int *)0X020C406C)

#define CCM_CCGR2 			*((volatile unsigned int *)0X020C4070)
#define CCM_CCGR3 			*((volatile unsigned int *)0X020C4074)
#define CCM_CCGR4 			*((volatile unsigned int *)0X020C4078)
#define CCM_CCGR5 			*((volatile unsigned int *)0X020C407C)
#define CCM_CCGR6 			*((volatile unsigned int *)0X020C4080)

/* 
 * IOMUX相关寄存器地址 
 */
#define SW_MUX_GPIO1_IO03 	*((volatile unsigned int *)0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03 	*((volatile unsigned int *)0X020E02F4)

/* 
 * GPIO1相关寄存器地址 
 */
#define GPIO1_DR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C004)
#define GPIO1_PSR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C008)
#define GPIO1_ICR1 			*((volatile unsigned int *)0X0209C00C)
#define GPIO1_ICR2 			*((volatile unsigned int *)0X0209C010)
#define GPIO1_IMR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C014)
#define GPIO1_ISR 			*((volatile unsigned int *)0X0209C018)
#define GPIO1_EDGE_SEL 		*((volatile unsigned int *)0X0209C01C)

#endif

led.c:

#include "led.h"

/*
 * @description	: 使能I.MX6U所有外设时钟
 */
void clk_enable(void)
{
	CCM_CCGR0 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR1 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR2 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR3 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR4 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR5 = 0xffffffff;
	CCM_CCGR6 = 0xffffffff;
}

/*
 * @description	: 初始化LED对应的GPIO
 */
void led_init(void)
{
	/* 1、初始化IO复用 */
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;	/* 复用为GPIO1_IO03 */

	/* 2、、配置GPIO1_IO03的IO属性	
	 *bit 16:0 HYS关闭
	 *bit [15:14]: 00 默认下拉
     *bit [13]: 0 kepper功能
     *bit [12]: 1 pull/keeper使能
     *bit [11]: 0 关闭开路输出
     *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
     *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
     *bit [0]: 0 低转换率
     */
	SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0X10B0;		

	/* 3、初始化GPIO */
	GPIO1_GDIR = 0X0000008;	/* GPIO1_IO03设置为输出 */

	/* 4、设置GPIO1_IO03输出低电平，打开LED0 */
	GPIO1_DR = 0X0;
}

/*
 * @description	: 打开LED灯
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
void led_on(void)
{
	/* 
	 * 将GPIO1_DR的bit3清零	 
	 */
	GPIO1_DR &= ~(1<<3); 
}

/*
 * @description	: 关闭LED灯
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
void led_off(void)
{
	/*    
	 * 将GPIO1_DR的bit3置1
	 */
	GPIO1_DR |= (1<<3);
}

/*
 * @description	: 短时间延时函数
 * @param - n	: 要延时循环次数(空操作循环次数，模式延时)
 * @return 		: 无
 */
void delay_short(volatile unsigned int n)
{
	while(n--){}
}

/*
 * @description	: 延时函数,在396Mhz的主频下
 * 			  	  延时时间大约为1ms
 * @param - n	: 要延时的ms数
 * @return 		: 无
 */
void delay(volatile unsigned int n)
{
	while(n--)
	{
		delay_short(0x7ff);
	}
}

/*
 * @description	: mian函数
 * @param 	    : 无
 * @return 		: 无
 */
int main(void)
{
	clk_enable();		/* 使能所有的时钟		 	*/
	led_init();			/* 初始化led 			*/

	while(1)			/* 死循环 				*/
	{	
		led_off();		/* 关闭LED   			*/
		delay(500);		/* 延时大约500ms 		*/

		led_on();		/* 打开LED		 	*/
		delay(500);		/* 延时大约500ms 		*/
	}

	return 0;
}

  led.c 文件里面一共有 7 个函数，这 7 个函数都很简单。 clk_enable 函数是使能CCGR0~CCGR6 所控制的所有外设时钟。 led_init 函数是初始化 LED 灯所使用的 IO，包括设置IO 的复用功能、 IO 的属性配置和 GPIO 功能，最终控制 GPIO 输出低电平来打开 LED 灯。led_on 和 led_off 这两个函数看名字就知道，用来控制 LED 灯的亮灭的。 delay_short()和 delay()这两个函数是延时函数， delay_short()函数是靠空循环来实现延时的，delay()是对 delay_short()的 简 单 封 装 ，在 I.MX6U 工作在396MHz(Boot ROM 设置的396MHz)的主频的时候,delay_short(0x7ff)基本能够实现大约 1ms 的延时，所以 delay()函数我们可以用来完成 ms 延时。main 函数就是我们的主函数了，在 main 函数中先调用函数 clk_enable()和 led_init()来完成时钟使能和 LED 初始化，最终在 while(1)循环中实现 LED 循环亮灭，亮灭时间大约是 500ms。

3. 编译下载

编写 Makefile

  新建 Makefile 文件，在 Makefile 文件里面输入如下内容：

objs := start.o main.o
ledc.bin:$(objs)
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@
arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis
%.o:%.s
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
%.o:%.S
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
%.o:%.c
arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
clean:
rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis

  第 1 行定义了一个变量 objs， objs 包含着要生成 ledc.bin 所需的材料： start.o 和 main.o，也就是当前工程下的 start.s 和 main.c 这两个文件编译后的.o 文件。这里要注意 start.o 一定要放到最前面！因为在后面链接的时候 start.o 要在最前面，因为 start.o 是最先要执行的文件！
  第 4 行是使用 arm-linux-gnueabihf-ld 进行链接，链接起始地址是 0X87800000，但是这一行用到了自动变量“${}^{”}，“$^”的意思是所有依赖文件的集合，在这里就是 objs 这个变量的值：start.o 和 main.o。链接的时候 start.o 要链接到最前面，因为第一行代码就是 start.o 里面的。
  第 5 行使用 arm-linux-gnueabihf-objcopy 来将 ledc.elf 文件转为 ledc.bin，本行也用到了自动变量“$@”，“$@”的意思是目标集合，在这里就是“ledc.bin”。
  第 6 行使用 arm-linux-gnueabihf-objdump 来反汇编，生成 ledc.dis 文件。
  第 8~15 行就是针对不同的文件类型将其编译成对应的.o 文件，其实就是汇编.s(.S)和.c 文件，比如 start.s 就会使用第 8 行的规则来生成对应的 start.o 文件。第 9 行就是具体的命令，这行也用到了自动变量“$@”和“$<”，其中“$<”的意思是依赖目标集合的第一个文件。
  第 17 行就是工程清理规则，通过命令“make clean”就可以清理工程。
  Makefile部分的内容就此完成，我们可以将整个工程拿到Ubuntu 下去编译，编译完成以后可以将其下载到 SD 卡中。烧写成功以后将 SD 卡插到开发板的 SD 卡槽中，然后复位开发板，如果代码运行正常的话 LED0 就会以 500ms 的时间间隔亮灭。