第一节硬件知识_LED原理图
- 1、点亮LED需要做的事情：
- 2、 LED原理图
第二节：S3C2440启动流程与GPIO
- 1、原理图中的net
- 2、看芯片手册
- 3、补充几个概念、补充S3C2440框架知识、启动过程知识
第三节：编写第一个程序点亮LED
- 1、几条汇编代码：
- 2、汇编程序为：
- 3、编译、烧写程序
第四节：汇编与机器码
- 1、几个CPU寄存器名称（别称）的概念
- 2、查看机器码的方法：
4、一个作业：
第5节：编程知识_进制
第6节：字节序和位操作
- 1、字节序
- 2、位操作
- - （1）移位：移位运算符可以在二进制的基础上对数字进行平移。
  - （2）取反：
  - （3）位与：
  - （4）位或：
  - （5）置位：这里举的例子是想要把bit7、8置为1
  - （6）清位：这里举的例子是想要把bit7、8置为0
- 第7讲：编写C程序控制LED
- - 1、 C指针操作
  - 2、控制LED
- 第7节：几个汇编指令
- - 1、 add和sub
  - 2、BL：(branch and linlc)（跳转并返回）
  - 3、ldm和stm（操作多个寄存器）
第9讲：解剖c程序的内部机制
第10节：完善LED程序_编写案件程序
- 1、看门狗概念：
- 2、 led循环点亮三盏灯程序
- 3、编写按键程序

第一节硬件知识_LED原理图

1、点亮LED需要做的事情：

（1）看原理图确定控制LED的引脚；
（2）看主芯片手册，确定如何设置/控制引脚；
（3）写程序。

2、 LED原理图

再改进：如果引脚能力不足，可以用三极管，使引脚仅起开关作用。

注：主芯片引脚输出高/低电平即可改变LED状态，所以我们不用去关心GPIO引脚输出的到底是3.3V还是1.2V。

第二节：S3C2440启动流程与GPIO

1、原理图中的net

注：韦东山的LED1的引脚为GPF4，我的友善之臂板子是GPB5；另外，所说的“输出I/O”指电平。

2、看芯片手册

GPBCON是端口配置寄存器，用来配置为输出引脚。设置GPBCON[11:10] = 0b01，GPB5配置为输出；注：[11:10]表示第11和第10位（位就是比特，就是bits，一个二进制就是一比特）; 0b01中，0b表示二进制，01表示11和10这两位分别是01。就是说把0x400写入到GPBCON寄存器，即写到地址0x56000010上（0x400是用“寄存器位查看小工具”把第11位和第10位置为01得到的十六进制数）。
GPBDAT是端口数据寄存器，用来设置端口电平状态，方法为把0或1写到对应的位。设置GPBDAT[5] = 1，则输出高电平；设置GPBDAT=0，则输出低电平。就是说若输出高电平的话则把0x20写到地址0x56000014上，若输出低电平则把写到地址0x56000014上（0x20是第五位置为1得到的十六进制数）。

3、补充几个概念、补充S3C2440框架知识、启动过程知识

概念补充：
Nor flash 一般是小程序用，nand flash用于大程序;
GPIO就是通用I/O口;
SOC是system on chip片内系统;
SRAM（static read access memory静态随机存储器，RAM存储在断电后数据消失）；
基地址即起始地址。
框架为：

启动过程：
（1） NOR启动：NOR Flash基地址为0，片内RAM地址为0x40000000；
过程为：CPU读出NOR上第1个指令（前4字节），然后执行，然后再读第2个指令（也是4字节），然后执行。以此一直执行。
（2） NAND 启动：片内4kRAM基地址为0
过程为：2440硬件把nand前4k内容复制到片内RAN，然后CPU从0地址取出第一条指令执行。
注意flash与SRAM的区别：
（1）FLASH是用来存储程序的，SRAM是用来存储程序运行中的中间变量（SRAM一般作为CPU的二级缓存）。
（2）flash写入的内容不会因电源关闭而失去，读取速度慢，成本较低，一般用作程序存储器或者低速数据读取的情况；
SRAM有最快的读写速度，但电源掉落后其内容也会失去，价格昂贵，一般用作cpu的二级缓存，内存条也不用这个，适合高速数据读取的场合。
两者的关系为flash为ROM，sram为RAM。

第三节：编写第一个程序点亮LED

1、几条汇编代码：

（可以理解[R1]表示的是内存的地址，（1）、（2）所说的“R1的值x”实际上是地址）
（1）LDR：读内存。格式为：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）。
（2）STR：写内存命令。格式为：STR R0，[R1] (假设R1的值是x,把R0的值写到地址x中去（也是4字节）)。
（3）B：跳转
（4）MOV：格式为：MOV R0，R1 （把R1的值给赋值给R0，R0 = R1）
MOV R0，#0x100 （就是R0 = 0x100）
（5）LDR R0，= 0x12345678 （这是伪指令，它会被拆分为几条真正的RAM指令，最终结果为：R0 = 0x12345678）
注意第（4）个指令MOV和第（5）个指令的区别：MOV的R1只能是简单数（立即数），比如#0x100。具体原因如下图：

2、汇编程序为：

（这是一个.S文件）

/*
*点亮LED：GPB5
*/.text
.global _start
_start:/*配置GPB5为输出引脚
*把0x400写到地址0x56000010
*我理解，0x56000010这个端口配置寄存器（包含所有的GPB）的地址给CPU的r1寄存器，再把0x400这个十六进制数给CPU的r0寄存器，再把r0的值给r1寄存器，则5这个口被激活
*/ldr r1, =0x56000010/*把0x56000010这个地址作为值给r1*/ldr r0, =0x400/*把0x400这个地址作为值给r0。或者用mov r0, #0x400*/str r0, [r1]/*把r0的值写到r1的地址中去*//*设置GPB5输出高电平
*把0写到地址0x56000014
*/ldr r1, =0x56000014/*把0x56000014这个地址给r1*/ldr r0, =0/*把0这个地址给r0*/str r0, [r1]/*把r0的值写到r1的地址中去*//*死循环*/
halt:b halt

3、编译、烧写程序

韦东山是用的在线远程Ubuntu系统，我用的是我电脑上的Ubuntu系统：
写好的汇编程序，要在Ubuntu中输入以下指令分别进行编译、链接、转bin文件

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

注：为了方便，可以用makefile

第四节：汇编与机器码

1、几个CPU寄存器名称（别称）的概念

pc(program cunter程序计数器)：把一个地址写到R15寄存器（也就是pc寄存器）中去的时候，程序就跳到那个地址去。
当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令，执行指令。完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令。
lr(link register返回地址):当一个函数执行结束后，要返回刚开始的地址，这个寄存器就是存放这个地址的。
sp(stack pointer)：栈指针

2、查看机器码的方法：

在Ubuntu系统执行命令：

arm-linux-objdump -D led_on.elf > led_on.dis

把led_on.dis文件（反汇编文件）用notepad++打开
注：编译器把汇编码转换为机器码，机器码就是bin文件里的内容
led_on.dis如下：

bin文件要用UltraEdit这个软件打开如下：

对于上面这一副图片中蓝色框选的部分，[0x1c]是地址，地址中的内容是下面蓝色横线中的0x000050。
ldr r1,[pc,#20]的意思就是把0x5000050存到r1中去。

4、一个作业：

直接在上面的led_on.bin文件（机器码）做修改，使得led2点亮。注：led2的引脚为GPB6。若写汇编程序则应该将前面汇编编码的“ldr r0, = 0x400”换成ldr r0, = 0x1000
作业答案如下：
我们需要直接修改机器码，就相当于是把汇编码中的mov r0,#0x400 转换为mov r0,#0x1000，即确定mov r0,#0x1000的机器码。
先打开ARM架构手册（ARM Architecture Reference Manual.pdf）查看MOV指令机器码的结构：

Shifter_operand是立即数，由rotate（4位）和immed（8位）两部分组成。如果确定了rotate和immed的值那么机器码就确定了。确定rotate和immed方法如下：
比如说，我们要确定mov r0,#0x1000的机器码，方法如下：
0x1000的二进制为：

第12位为1，也就是说需要由00000001（注：immed是始终等于1的）到第12位为1需要循环右移20位，20/2=10，也就是说rotate为10（即1010），即其立即数为1010 0000 0001；然后把e3a00b01（这是GPB5的）的二进制的后12为位的立即数改成1010 0000 0001就得到了mov r0,#0x1000的机器码0xe3a00a01，然后把led1的bin文件的e3a00b01替换为e3a00a01，led2就亮了。

第5节：编程知识_进制

1、在windows cmd命令中输入calc就会弹出计算器。Windows计算器中的程序员计算器可以进行进制的转换
2、 N进制逢n进1
3、为什么引入二进制？
因为晶体管只有2个状态（on：1；off ： 0），数据使用多个晶体管表示，使用二进制可以与硬件的晶体管对应，如：8bit数据如下图表示：

为什么用八进制？答案如下图：

如何快速地转换2/8/16进制：

二进制到8/16进制，用8421法，8进制是3位一组（421），然后相加；16进制是4位一组（8421），然后相加。
8/16进制到二进制，是把8进制的每位展开为3位2进制数，把16进制数的每位展开为4位2进制数。

C语言各种进制表示方法：

第6节：字节序和位操作

1、字节序

一般的arm芯片默认是小字节序，对于2440可以设置某个寄存器来设置使用小字节序还是大字节序。注：下面图片中的A就是低地址，A+3是高地址。

2、位操作

（1）移位：移位运算符可以在二进制的基础上对数字进行平移。

左移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向左移动，移出位被丢弃，右边移出的空位一律补0。右移运算是将一个二进制位的操作数按指定移动的位数向右移动，移出位被丢弃，左边移出的空位一律补0，或者补符号位，这由不同的机器而定。在使用补码作为机器数的机器中，正数的符号位为0，负数的符号位为1。
左移n位就相当于乘以2的n次方；右移n位相当于除以2的n次方。具体这样算的原因是，左移了以后，剩下的所有值的权重增加了；右移了以后，剩下的所有值的权重减少加了。

（2）取反：

（3）位与：

（4）位或：

（5）置位：这里举的例子是想要把bit7、8置为1

（6）清位：这里举的例子是想要把bit7、8置为0

第7讲：编写C程序控制LED

1、 C指针操作

（1）变量和指针的原理

（2）指针的使用方法

2、控制LED

所以由上得到main函数：

int main() {unsigned *pGPBCON = 0x56000010;unsigned *pGPBDAT = 0x56000014;*pGPBCON = 0x400;*pGPBDAT = 0;return 0;
}

那么问题来了：
（1）写出了main函数之后，谁来调用它；
（2）main函数中的变量（pGPBCON、pGPBDAT）保存在内存中，这个内存地址是多少？
怎么来回答呢，我们写一个汇编程序,新建文件start.S，用于给main函数设置内存和调用main函数，写程序如下：

注：普及一下sp指针在随机存储器区划出一块区域作为堆栈区，数据可以一个个顺序地存入（压入）到这个区域之中，这个过程称为‘压栈’（push）。通常用一个指针（堆栈指针SP—StackPointer）实现做一次调整，SP总指向最后一个压入堆栈的数据所在的数据单元（栈顶）。从堆栈中读取数据时，按照堆栈指针指向的堆栈单元读取堆栈数据，这个过程叫做 ‘弹出’（pop ），每弹出一个数据，SP 即向相反方向做一次调整，如此就实现了后进先出的原则。

在Ubuntu中执行：（注：我编写的led.c和start.S）

 arm-linux-gcc -c -o led.o led.carm-linux-gcc -c -o start.o start.Sarm-linux-ld -Ttext 0 start.o led.o -o led.elfarm-linux-objcopy -O binary -S led.elf led.binarm-linux-objdump -D led.elf > led.dis

至于为什么这样操作（.c文件+.S文件两个文件），原因见下一节。

第7节：几个汇编指令

执行arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis得到反汇编文件led.dis并用notepad打开，如下：

1、 add和sub

sub r0 , r1 , #4 意为r0 = r1 – 4
sub r0, r1 , r2 意为r0 = r1 – r2
add r0, r1 , #4 意为 r0 = r1 +4

2、BL：(branch and linlc)（跳转并返回）

注：返回地址就是下一条指令的地址。

3、ldm和stm（操作多个寄存器）

下图中ia、db的意思：
过后增加(Increment After)、预先增加(Increment Before)、过后减少(Decrement After)、预先减少(Decrement Before)。
对下面这两幅图注解：
db表示先减后存，假设sp=4096，则需要先减为4092再存。存的时候规则是高编号寄存器存高地址，即pc(r15)先存，存入内存中的4092~4095。然后依次是lr、ip、fp的存储

下面这两幅图片讲的是ldmid sp,{fp,sp,pc}

第9讲：解剖c程序的内部机制

分析start.S和led.c，剖析其内部机制，把程序的反汇编搞明白就理解了C程序的内部机制：

提出以下五个问题：

先补充一下理论知识：
（1）r0-r3寄存器是传参和传递函数返回值。用于调用者和被调用者之间的参数传递。
（2）r4-r11寄存器，在你的函数中有可能其中的一些会被用到。入口处保存，出口处恢复。

看上面的反汇编，mov sp, #4096,说明这是nand启动，程序（即机器码）拷贝到片内4k内存，从片内内存的0地址开始存放(e3a0da01存放到0地址，依次储存)。
注：反汇编中的00000000<.comment>不存放。comment是注释。

一上电，执行0地址的e3a0da01，即sp指到4096.然后执行eb0000000，即跳转到c地址（去执行main()），并把返回地址8赋予lr寄存器。

现在来分析主函数反汇编语言，看下图。（注意，下图是对主函数反汇编的解释，你需要同时结合着下下一幅图一块看，看主函数在内存上的机制。如stmdb sp!,{fp,ip,lr,pc}在内存上的机制是在下下图从左往右数的第三个内存图）
对于10地址语句stmdb sp!,{fp,ip,lr,pc}进行注解：
（1）pc=当前指令地址+8，所以pc=10+8=0x18；
（2）上图已经说了lr=8；
（3）fp是未定义值。

下图是片内4k内存的分析：
结合上图和下面这幅图，你会看到：机器码存到了内存中的位置，寄存器如何存到内存中，局部变量是如何存到栈中。最重要的是，结合上下两幅图，你会明白你控制led时对端口配置寄存器和端口状态寄存器所进行的操作，在内存中是如何进行的。

从以上可知：所谓栈就是sp寄存器指向的内存。
注：关于第五个问题，怎么从栈中恢复寄存器。反汇编中内存地址54-57、58-61两个语句就是恢复内存的。
还有一个问题是，怎么传参数到被调用函数（main()）的？下面写一个程序进行验证。
start.S文件

.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/*把4赋给r0寄存器，也就是把4传入led_on(int which)中的形参*/bl led_onldr r0, =100000/*传参*/bl delaymov r0, #5/*传参*/bl led_onhalt:b halt

led.c文件

void delay(volatile int d)/*volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略*/
{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;
}

现在将上面这个start.S和led_on编译完成后，生成一个反汇编文件并查看，如下：

led.elf:     file format elf32-littlearmDisassembly of section .text:00000000 <_start>:0:  e3a0da01    mov sp, #4096   ; 0x10004:  e3a00004    mov r0, #4  ; 0x48: eb000012    bl  58 <led_on>c: e59f000c    ldr r0, [pc, #12]   ; 20 <.text+0x20>/*注：地址20的000186a0转成十进制是10000*/10:    eb000003    bl  24 <delay>14: e3a00005    mov r0, #5  ; 0x518:    eb00000e    bl  58 <led_on>0000001c <halt>:1c:  eafffffe    b   1c <halt>20:  000186a0    andeq   r8, r1, r0, lsr #1300000024 <delay>:24:   e1a0c00d    mov ip, sp28:   e92dd800    stmdb   sp!, {fp, ip, lr, pc}2c:    e24cb004    sub fp, ip, #4  ; 0x430:    e24dd004    sub sp, sp, #4  ; 0x434:    e50b0010    str r0, [fp, #-16]38:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]3c:   e2433001    sub r3, r3, #1  ; 0x140:    e50b3010    str r3, [fp, #-16]44:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]48:   e3730001    cmn r3, #1  ; 0x14c:    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, sp5c:   e92dd800    stmdb   sp!, {fp, ip, lr, pc}60:    e24cb004    sub fp, ip, #4  ; 0x464:    e24dd00c    sub sp, sp, #12 ; 0xc68:    e50b0010    str r0, [fp, #-16]6c:   e3a03456    mov r3, #1442840576 ; 0x5600000070: e2833050    add r3, r3, #80 ; 0x5074:   e50b3014    str r3, [fp, #-20]78:   e3a03456    mov r3, #1442840576 ; 0x560000007c: e2833054    add r3, r3, #84 ; 0x5480:   e50b3018    str r3, [fp, #-24]84:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]88:   e3530004    cmp r3, #4  ; 0x48c:    1a000003    bne a0 <led_on+0x48>90:  e51b2014    ldr r2, [fp, #-20]94:   e3a03c01    mov r3, #256    ; 0x10098:  e5823000    str r3, [r2]9c: ea000005    b   b8 <led_on+0x60>a0:  e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]a4:   e3530005    cmp r3, #5  ; 0x5a8:    1a000002    bne b8 <led_on+0x60>ac:  e51b2014    ldr r2, [fp, #-20]b0:   e3a03b01    mov r3, #1024   ; 0x400b4:  e5823000    str r3, [r2]b8: e51b3018    ldr r3, [fp, #-24]bc:   e3a02000    mov r2, #0  ; 0x0c0:    e5832000    str r2, [r3]c4: e3a03000    mov r3, #0  ; 0x0c8:    e1a00003    mov r0, r3cc:   e24bd00c    sub sp, fp, #12 ; 0xcd0:    e89da800    ldmia   sp, {fp, sp, pc}
Disassembly of section .comment:00000000 <.comment>:0:    43434700    cmpmi   r3, #0  ; 0x04: 4728203a    undefined8: 2029554e    eorcs   r5, r9, lr, asr #10c:   2e342e33    mrccs   14, 1, r2, cr4, cr3, {1}10: Address 0x10 is out of bounds.

第10节：完善LED程序_编写案件程序

1、看门狗概念：

看门狗定时器（WDT，Watch Dog Timer）是单片机的一个组成部分，它实际上是一个计数器，一般给看门狗一个数字，程序开始运行后看门狗开始从这个数字开始倒计时计数。倒计时到0的时候系统便会复位。

2、 led循环点亮三盏灯程序

start.S文件

.text
.global _start_start:/* 关闭看门狗 */ldr r0, =0x53000000ldr r1, =0str 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, #0ldr 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 mainhalt:b halt

main.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));//清零*pGPFCON |=  ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12));//置一/* 循环点亮 */while (1){tmp = ~val;tmp &= 7;*pGPFDAT &= ~(7<<4);//清零*pGPFDAT |= (tmp<<4);delay(100000);val++;if (val == 8)val = 0;}return 0;
}

对上面的led.c进行改进：把寄存器定义为一个宏，并且把宏直接放到一个头文件中。这样更方便了。
改变如下：

#include "s3c2440_soc.h"/*
s3c2440_soc.h中包含：
#define GPFCON (*((volatile unsigned int *)0x56000050))
#define GPFDAT (*((volatile unsigned int *)0x56000054))
*/void delay(volatile int d)
{while (d--);
}int main(void)
{int val = 0;  /* val: 0b000, 0b111 */int tmp;/* 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));/* 循环点亮 */while (1){tmp = ~val;tmp &= 7;GPFDAT &= ~(7<<4);GPFDAT |= (tmp<<4);delay(100000);val++;if (val == 8)val =0;}return 0;
}

3、编写按键程序

首先看原理图，找按键对应的端口寄存器，再对该寄存器进行操作。
key_led.c

#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)* 注：00为input*/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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