ARM（IMX6U）裸机C语言版本LED驱动实验(汇编进入处理器SVC模式、SP堆内存、跳转main函数、链接起始地址)
参考：Linux之ARM（IMX6U）裸机C语言LED驱动实验–驱动编写,编译
作者：一只青木呀
发布时间： 2020-08-11 11:20:17
网址：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/107930284
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- 0.简介
- ①、汇编文件
- ②、C 语言文件
- STM32启动汇编文件
- 1.汇编文件初始化C语言运行环境
- 1.设置处理器进入SVC模式(使用CPSR程序状态寄存器)
- 2.设置SP指针(C语言运行需要入栈和出栈，指定一段栈内存)
- 3.跳转到C语言
- 4.汇编实现(处理器模式和SP指针)
- 2.C 语言部分实验程序编写
- 3.编译(编写Makefile、设置程序运行起始地址)
- 4.烧写到SD卡并验证
- 查看反汇编文件，堆栈地址
0.简介
前面讲解了如何使用汇编来编写LED 灯驱动，实际工作中是很少用到汇编去写嵌入式驱动的，毕竟汇编太难，而且写出来也不好理解，大部分情况下都是使用C 语言去编写的。
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
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。
STM32启动汇编文件
在STM32 中，启动文件startup_stm32f10x_hd.s 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。startup_stm32f10x_hd.s 中堆栈初始化代码如下所示：
1 Stack_Size EQU 0x00000400
2
3 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
4 Stack_Mem SPACE Stack_Size
5 __initial_sp
6
7 ; <h> Heap Configuration
8 ; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
9 ; </h>
10
11 Heap_Size EQU 0x00000200
12
13 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
14 __heap_base
15 Heap_Mem SPACE Heap_Size
16 __heap_limit
17 *******************省略掉部分代码***********************
18 Reset_Handler PROC
19 EXPORT Reset_Handler [WEAK]
20 IMPORT __main
21 IMPORT SystemInit
22 LDR R0, =SystemInit
23 BLX R0
24 LDR R0, =__main
25 BX R0
26 ENDP
第1 行代码就是设置栈大小，这里是设置为0X400=1024 字节。
第5 行的__initial_sp 就是初始化SP 指针。
第11 行是设置堆大小。
第18 行是复位中断服务函数，STM32 复位完成以后会执行此中断服务函数。
第22 行调用SystemInit()函数来完成其他初始化工作。
第24 行调用__main，__main 是库函数，其会调用main()函数。
I.MX6U 的汇编部分代码和STM32 的启动文件startup_stm32f10x_hd.s 基本类似的，只是本实验我们不考虑中断向量表(内部boot rom帮我们完成了，后面中断章节我们会手动实现中断向量表)，只考虑初始化C 环境即可。
1.汇编文件初始化C语言运行环境
1.设置处理器进入SVC模式(使用CPSR程序状态寄存器)
以前的 ARM 处理器有 7 种运行模型：User、FIQ、IRQ、Supervisor(SVC)、Abort、Undef和 System，其中 User 是非特权模式，其余 6 中都是特权模式。但新的 Cortex-A 架构加入了TrustZone 安全扩展，所以就新加了一种运行模式：Monitor，新的处理器架构还支持虚拟化扩展，因此又加入了另一个运行模式：Hyp，所以 Cortex-A7 处理器有 9 种处理模式，如表
| 模式 | 描述 |
|---|---|
| User(USR) | 用户模式，非特权模式，大部分程序运行的时候就处于此模式。 |
| FIQ | 快速中断模式，进入 FIQ 中断异常 |
| IRQ | 一般中断模式。 |
| Supervisor(SVC) | 超级管理员模式，特权模式，访问CPU所有资源，供操作系统使用。 |
| Monitor(MON) | 监视模式？这个模式用于安全扩展模式。 |
| Abort(ABT) | 数据访问终止模式，用于虚拟存储以及存储保护。 |
| Hyp(HYP) | 超级监视模式？用于虚拟化扩展。 |
| Undef(UND) | 未定义指令终止模式。 |
| System(SYS) | 系统模式，用于运行特权级的操作系统任务 |
怎么设置处理器进入 SVC 模式?
–>使用CPSR程序状态寄存器来设置
M[4:0] ：处理器模式控制位，含义如表
| M[4:0] | 处理器模式 |
|---|---|
| 10000 | User 模式 |
| 10001 | FIQ 模式 |
| 10010 | IRQ 模式 |
| 10011 | Supervisor(SVC)模式 |
| 10110 | Monitor(MON)模式 |
| 10111 | Abort(ABT)模式 |
| 11010 | Hyp(HYP)模式 |
| 11011 | Undef(UND)模式 |
| 11111 | System(SYS)模式 |
总结：
2.设置SP指针(C语言运行需要入栈和出栈，指定一段栈内存)
设置 SVC 模式下的 SP 指针=0X80200000，因为 I.MX6U-ALPHA 开发 板 上 的 DDR3 地 址 范 围 是 0X80000000 ~ 0XA0000000(512MB) 或 者0X80000000~0X90000000(256MB)，不管是 512MB 版本还是 256MB 版本的，其 DDR3 起始地址都是 0X80000000。由于 Cortex-A7 的堆栈是向下增长的（高地址向低地址增长），所以将 SP 指针设置为 0X80200000，因此 SVC 模式的栈大小 0X80200000-0X80000000=0X200000=2MB， 2MB 的栈空间已经很大了，如果做裸机开发的话绰绰有余，不用担心栈溢出。
总结：
3.跳转到C语言
使用b指令，跳转到C语言函数，比如main函数
4.汇编实现(处理器模式和SP指针)
start.s
.global _start_start:/*设置处理器进入SVC模式 */mrs r0,cpsr /*读取cpsr的值到r0 */bic r0,r0,#0x1f /*清除cpsr的bit4--0 与运算 具体参照相关汇编指令*/orr r0,r0,#0x13 /*使用SVC模式 或运算 这是汇编的与运算*/msr cpsr,r0 /*将r0写入到cpsr中去 *//*设置SP指针 */ /*有的芯片比如三星 还要在设置SP指针之前手动初始化DDR和SDRAM 前面分析DCD 数据的时候就已经讲过了，DCD数据包含了DDR配置参数，I.MX6U 内部的Boot ROM 会读取DCD 数据中的DDR 配置参数然后完成DDR 初始化的*/ldr sp,=0x80200000 b main /*跳转到C语言main函数*/
2.C 语言部分实验程序编写
C 语言部分有两个文件 main.c 和 main.h， main.h 里面主要是定义寄存器地址，在 main.h里面输入代码：
main.h
#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H/*外设时钟寄存器*/
#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 复用相关寄存器
*/#define SW_MUX_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0X020E02F4)/*
* GPIO1相关寄存器 这里实际就用了前面两行定义的寄存器
*/#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
在 main.h 中我们以宏定义的形式定义了要使用到的所有寄存器，后面的数字就是其地址，比如 CCM_CCGR0 寄存器的地址就是 0X020C4068
在 main.c里面输入代码：
main.c
#include "main.h"/*使能所有外设时钟*/
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;
}/*初始化LED灯*/
void led_init(void)
{SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5; /*复用为GPIO1--IO03 */SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0; /*设置GPIO1__IO03电气属性*/GPIO1_GDIR = 0x8; //设置为输出GPIO1_DR = 0x0; //默认打开LED灯}
/*短延时*/
void delay_short(volatile unsigned int n)
{while(n--){}}
/** 延时 一次循环大概是1ms 在主频396MHz下测试的* n:延时ms数
*/
void delay(volatile unsigned int n)
{while (n--){delay_short(0x7ff);}}
/*打开LED灯*/
void led_on(void)
{GPIO1_DR &= ~(1<<3); //bit3清零}
/*关闭LED灯*/
void led_off(void )
{GPIO1_DR |= (1<<3); //bit3置1
}int main()
{clk_enable(); //使能外设时钟led_init(); //初始化LED// led_off(); while(1){led_off(); delay(500);led_on();delay(500);}return 0;
}
main.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(编写Makefile、设置程序运行起始地址)
objs := start.o main.oledc.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:%.sarm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<%.o:%.Sarm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<%.o:%.carm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<clean:rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis
第 1 行定义了一个变量 objs， objs 包含着要生成 ledc.bin 所需的材料： start.o 和 main.o，也就是当前工程下的 start.s 和 main.c 这两个文件编译后的.o 文件。
注意 start.o 一定要放到最前面！因为在后面链接的时候 start.o 要在最前面，因为 start.o 是最先要执行的文件！
第 3 行就是默认目标，目的是生成最终的可执行文件 ledc.bin， ledc.bin 依赖 start.o 和 main.o如果当前工程没有 start.o 和 main.o 的时候就会找到相应的规则去生成 start.o 和 main.o。比如start.o 是 start.s 文件编译生成的，因此会执行第 8 行的规则。
第 4 行是使用 arm-linux-gnueabihf-ld 进行链接，链接起始地址是 0X87800000，但是这一行用到了自动变量“” ， “ ^”，“
” ，“^”的意思是所有依赖文件的集合，在这里就是 objs 这个变量的值：start.o 和 main.o。链接的时候 start.o 要链接到最前面，因为第一行代码就是 start.o 里面的，因此这一行就相当于：
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf start.o main.o
第 5 行使用 arm-linux-gnueabihf-objcopy 来将 ledc.elf 文件转化为 ledc.bin，本行也用到了自动变量“@ ” ， “ @”，“@”，“@”的意思是目标集合，在这里就是“ledc.bin”，那么本行就相当于：
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf ledc.bin
第 6 行使用 arm-linux-gnueabihf-objdump 来反汇编，生成 ledc.dis 文件。
第 8~15 行就是针对不同的文件类型将其编译成对应的.o 文件，其实就是汇编.s(.S)和.c 文件，比如 start.s 就会使用第 8 行的规则来生成对应的 start.o 文件。第 9 行就是具体的命令，这行也用到了自动变量“@ ” 和 “ @”和“@”和“<”，其中“$<”的意思是依赖目标集合的第一个文件。比如start.s 要编译成 start.o 的话第 8 行和第 9 行就相当于：
start.o:start.sarm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o start.o start.s
第 17 行就是工程清理规则，通过命令“make clean”就可以清理工程。
4.烧写到SD卡并验证
烧写到SD卡并验证参照之前的博文：ARM（IMX6U）裸机汇编LED驱动实验——驱动编写、编译、烧写bin文件到SD卡中并运行
这里烧写到 sdb中
查看反汇编文件，堆栈地址
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