关于linux编程:Linux编程入门正点原子Linux驱动开发指南学习2021W23

五、ARM 汇编根底

对于 Cortex-A 芯片来讲，大部分芯片在上电当前 C 语言环境还没筹备好，所以前一部分程序必定是汇编的。这部分汇编用来初始化堆栈(即堆栈指针 SP)，对于某些芯片自身没有 RAM，或者外部 RAM 不凋谢给用户应用，用户代码须要在 DDR 中运行，因而一开始要用汇编来初始化 DDR 控制器。这部分波及到的指令不是很简单，可能就十几个指令。

(1) GNU 汇编语法

不同编译器应用的汇编语法略有不同，咱们要编写的是 ARM 汇编，编译应用的 GCC 穿插编译器，所以咱们的汇编代码要合乎 GNU 语法。GNU 汇编语法实用于所有的架构，并不是 ARM 独享的，GNU 汇编由一系列的语句组成，每行一条语句，每条语句有三个可选局部：
label：instruction @ comment

• label 即标号，示意地址地位，有些指令后面可能会有标号，这样就能够通过这个标号失去指令的地址，标号也能够用来示意数据地址。留神 label 前面的“：”，任何以“：”结尾的标识符都会被辨认为一个标号。
• instruction 即指令，也就是汇编指令或伪指令。
• @符号，示意前面的是正文，就跟 C 语言外面的“/”和“/”一样，其实在 GNU 汇编文件中咱们也能够应用“/”和“/”来正文。
• comment 就是正文内容。

留神！ARM 中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等能够全副应用大写，也能够全副应用小写，然而不能大小写混用。

用户能够应用.section 伪操作来定义一个段，格局如下
.section .testsection @定义一个 testsetcion 段
另外汇编零碎预约义了一些段名，

• .text 示意代码段。
• .data 初始化的数据段。
• .bss 未初始化的数据段。
• .rodata 只读数据段。

汇编程序的默认入口标号是 _start，不过咱们也能够在链接脚本中应用 ENTRY 来指明其它的入口点，上面的代码就是应用_start 作为入口标号：

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

下面代码中 .global 是伪操作，示意 _start 是一个全局标号，相似 C 语言外面的全局变量一样，常见的伪操作有：

• .byte 定义单字节数据，比方.byte 0x12。
• .short 定义双字节数据，比方.short 0x1234。
• .long 定义一个 4 字节数据，比方.long 0x12345678。
• .equ 赋值语句，格局为：.equ 变量名，表达式，比方.equ num, 0x12，示意 num=0x12。
• .align 数据字节对齐，比方：.align 4 示意 4 字节对齐。
• .end 示意源文件完结。
• .global 定义一个全局符号，格局为：.global symbol，比方：.global _start。

GNU 汇编同样也反对函数，函数格局如下：

函数名:
函数体
返回语句 @ 返回语句不是必须

/*SVC 中断 */
SVC_Handler:
ldr r0, =SVC_Handler
bx r0

(2) ARM 罕用汇编指令

1. 处理器外部数据传输指令

   @ MOV 指令用于将数据从一个寄存器拷贝到另外一个寄存器，或者将一个立刻数传递到寄存器外面    
   MOV R0，R1   @将寄存器 R1 中的数据传递给 R0，即 R0=R1
   MOV R0, #0X12  @将立刻数 0X12 传递给 R0 寄存器，即 R0=0X12    
   
   @MRS 指令用于将非凡寄存器 (如 CPSR 和 SPSR) 中的数据传递给通用寄存器，要读取非凡寄存器的数据只能应用 MRS 指令    
   MRS R0, CPSR @将非凡寄存器 CPSR 外面的数据传递给 R0，即 R0=CPSR
   
   @MSR 指令用来将一般寄存器的数据传递给非凡寄存器，也就是写非凡寄存器，写非凡寄存器只能应用 MSR
   MSR CPSR, R0 @将 R0 中的数据复制到 CPSR 中，即 CPSR=R0

2. 储存器拜访指令
   ARM 不能间接拜访存储器(如 RAM 中的数据)，须要借用 Rx(x=0~12) 寄存器直达实现拜访存储器。LDR 加载（Load）和 STR 存储（Store）都是依照字进行读取和写入的，也就是操作的 32 位数据，如果要依照字节、半字进行操作的话能够在指令“LDR”前面加上 B 或 H，比方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。

   @LDR 次要用于从存储加载数据到寄存器 Rx 中，LDR 也能够将一个立刻数加载到寄存器 Rx 中，LDR 加载立刻数的时候要应用“=”，而不是“#”。LDR Rd, [Rn , #offset] 从存储器 Rn+offset 的地位读取数据寄存到 Rd 中。LDR R0, =0X0209C004   @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004
   LDR R1, [R0]   @读取地址 0X0209C004 中的数据到 R1 寄存器中
   
   @STR 就是将数据写入到存储器中
   STR Rd, [Rn, #offset] 将 Rd 中的数据写入到存储器中的 Rn+offset 地位。LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004
   LDR R1, =0X20000002 @R1 保留要写入到寄存器的值，即 R1=0X20000002
   STR R1, [R0] @将 R1 中的值写入到 R0 中所保留的地址中

3. 压栈和出栈指令
   留神处理器的堆栈是向下增长的。罕用的 PUSH 和 POP 指令；另外还能够用多重存储器的拜访指令“STMFD SP！”和“LDMFD SP!”。其中的“STM”和“LDM”就是多重存储器的拜访形式；而“FD”示意“Full Descending”，是满减栈标示，通知编译器这是针对这样类型的堆栈操作，而不是朝什么方向，编译器会翻译适当的操作指令；其中的“！”示意要自增或自减 SP 的值（字为单位，4 个字节）。STM 和 LDM 的指令寄存器列表中编号小的对应低地址，编号高的对应高地址。

   @ PUSH <reg list> 将寄存器列表存入栈中。@ POP <reg list> 从栈中复原寄存器列表。PUSH {R0~R3, R12} @将 R0~R3 和 R12 压栈
   PUSH {LR} @将 LR 进行压栈
   POP {LR} @先复原 LR
   POP {R0~R3,R12} @再复原 R0~R3,R12
   
   @ 下面的汇编也能够改为
   
   STMFD SP!,{R0~R3, R12} @R0~R3,R12 入栈
   STMFD SP!,{LR} @LR 入栈
   
   LDMFD SP!, {LR} @先复原 LR
   LDMFD SP!, {R0~R3, R12} @再复原 R0~R3, R12

4. 跳转指令
   有多种跳转指令，间接应用跳转指令 B、BL、BX 等；或者间接向 PC 寄存器外面写入数据。

_start:

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

@ BL 例子
push {r0, r1} @保留 r0,r1
cps #0x13 @进入 SVC 模式，容许其余中断再次进去

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] @中断执行实现，写 EOIR

5. 算术运算指令

6. 逻辑运算指令

六、I.MX6U 汇编试验

在晚点原子的学习指南中，汇编 LED 试验次要齐全是应用了 LDR 和 STR 指令给 MX6U 的寄存器赋值，而后编译下载。应用的指令如下：

• arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o 其中“-g”选项是产生调试信息，GDB 可能应用这些调试信息进行代码调试。“-c”选项是编译源文件，然而不链接。“-o”选项是指定编译产生的文件名字，这里咱们指定 led.s 编译实现当前的文件名字为 led.o。
• arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf -Ttext 就是指定链接地址，“-o”选项指定链接生成的 elf 文件名，这里咱们命名为 led.elf。本教程中用的 MX6U 的 DDR SDRAM 起始地址为 0X80000000，然而 Uboot 的链接地址为 0X87800000，于是都对立应用 0X87800000。
• arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin“-O”选项指定以什么格局输入，前面的“binary”示意以二进制格局输入，选项“-S”示意不要复制源文件中的重定位信息和符号信息，“-g”示意不复制源文件中的调试信息。
• arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis“-D”选项示意反汇编所有的段，反汇编实现当前就会在当前目录下呈现一个名为 led.dis 文件。

最初再写一个 Makefile。

  led.bin:led.s
       arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o
       arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 led.o -o led.elf
       arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin
       arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis
   
   .PHONY:clean
   
   clean:
      rm -rf *.o *.bin *.elf *.dis  

代码的烧写过程就不操作了，I.MX6U 没有外部的 flash，须要把代码放到外置的存储介质中，生成的 bin 文件不能间接烧录，要依照特定的形式搁置，启动过程前面再看。

七、I.MX6U 启动

（1）启动模式抉择

I.MX6U 上电后会依据 BOOT_MODE[1:0] 的值来抉择不同启动模式，BOOT_MODE[1:0]的值是能够扭转的，有两种形式，一种是改写 eFUSE(熔丝)，一种是批改相应的 GPIO 高低电平。这里介绍两种启动形式。

1. 串行下载
   串行下载的意思就是能够通过 USB 或者 UART 将代码下载到板子上的外置存储设备中，咱们能够应用 OTG1 这个 USB 口向开发板上的 SD/EMMC、NAND 等存储设备下载代码。这个下载是须要用到 NXP 提供的一个软件，个别用于量产。
2. 外部 BOOT 模式
   在此模式下，芯片会执行外部的 boot ROM 代码，这段 boot ROM 代码会进行硬件初始化(一部分外设)，而后从 boot 设施(就是寄存代码的设施、比方 SD/EMMC、NAND) 中将代码拷贝进去复制到指定的 RAM 中，个别是 DDR。

（2）boot rom 初始化内容（外部 BOOT 模式）

首先初始化时钟。
外部 boot ROM 为了放慢执行速度会关上 MMU 和 Cache，下载镜像的时候 L1 ICache 会关上，验证镜像的时候 L1 DCache、L2 Cache 和 MMU 都会关上。一旦镜像验证实现，boot ROM 就会敞开 L1 DCache、L2 Cache 和 MMU。
中断向量偏移会被设置到 boot ROM 的起始地位，当 boot ROM 启动了用户代码当前就能够从新设置中断向量偏移了。个别是从新设置到咱们用户代码的开始中央。

（3）启动设施

当 BOOT_MODE 设置为外部 BOOT 模式当前，接下来抉择从设施中启动，I.MX6U 同样提供了 eFUSE 和 GPIO 配置两种形式启动设施，由这 24 个 IO 口 BOOT_CFG1[7:0]、BOOT_CFG2[7:0]和 BOOT_CFG4[7:0] 抉择启动的设施，启动实现后，这些 IO 口便可作为 LCD 的数据线应用了。可已抉择的设施如下：

• 接到 EIM 接口的 CS0 上的 16 位 NOR Flash。
• 接到 EIM 接口的 CS0 上的 OneNAND Flash。
• 接到 GPMI 接口上的 MLC/SLC NAND Flash，NAND Flash 页大小反对 2KByte、4KByte 和 8KByte，8 位宽。
• Quad SPI Flash。
• 接到 USDHC 接口上的 SD/MMC/eSD/SDXC/eMMC 等设施。
• SPI 接口的 EEPROM。

（4）镜像烧写

led.bin 不能间接烧写，须要由 imxdownload 将 led.bin 打包成 load.imx。I.MX6U 的最终可烧写文件组成如下：

• Image vector table，简称 IVT，IVT 外面蕴含了一系列的地址信息，这些地址信息在 ROM 中依照固定的地址寄存着。
• Boot data，启动数据，蕴含了镜像要拷贝到哪个地址，拷贝的大小是多少等等。
• Device configuration data，简称 DCD，设施配置信息，重点是 DDR3 的初始化配置。
• 用户代码可执行文件，比方 led.bin。

load.imx 最终组成就是 IVT + Boot data + Device configuration data + bin 文件。load.imx 在用户代码后面又有 3KByte 的 IVT+Boot Data+DCD 数据，因而 load.imx 在 DDR 中的起始地址就是 0X87800000-3072=0X877FF400

八、C 语言版 LED 试验

（1）代码解析

C 语言版本的 LED 试验基本上也就是间接给相应的寄存器赋值，比较简单，然而奇怪的是多了一个汇编对于启动的，次要是设置了 MCU 运行的模式，还有初始化了堆栈。这两部之前的汇编程序并没有。

.global _start          /* 全局标号 */

/*
 * 形容：_start 函数，程序从此函数开始执行，此函数次要性能是设置 C
 *         运行环境。*/
_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, 示意应用 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          */

值得注意的是，再 C 语言中，往指定的地址写数据，办法如下：

#define GPIO1_GDIR         *((volatile unsigned int *)0X0209C004)

GPIO1_GDIR = 0X0000008;    /* GPIO1_IO03 设置为输入 */        

(volatile unsigned int *) 就将 0X0209C004 变成了一个地址，而后后面再加一个 *，就是指向该地址。

（2）链接脚本

链接脚本次要用于链接时应用的，用于形容文件应该如何被链接在一起造成最终的可执行文件。其次要目标是形容输出文件中的段如何被映射到输入文件中，并且管制输入文件中的内存排布。链接脚本的语法很简略，就是编写一系列的命令，这些命令组成了链接脚本，每个命令（如 SECTIONS）是一个带有参数的关键字或者一个对符号的赋值，能够应用分号分隔命令。

在 ELF 格局的可执行文件中，全局内存包含三种：bss、data 和 rodata。bss 是指那些没有初始化的和初始化为 0 的全局变量，bss 类型的全局变量只占运行时的内存空间，而不占文件空间。data 指那些初始化过（非零）的非 const 的全局变量，data 类型的全局变量是即占文件空间，又占用运行时内存空间的。rodata 的意义同样显著，ro 代表 read only，即只读数据(const)。

在与 Makefile 雷同的文件夹外面新建一个名为“imx6ul.lds”的文件，内容如下：

SECTIONS{
    . = 0X87800000;
    .text :
    {
        start.o 
        main.o 
        *(.text)
    }
    .rodata ALIGN(4) : {*(.rodata*)}     
    .data ALIGN(4)   : {*(.data) }    
    __bss_start = .;    
    .bss ALIGN(4)  : {*(.bss)  *(COMMON) }    
    __bss_end = .;
}

SECTIONS 是链接脚本的命令，外面的内容用花括号括起来。第 2 行对一个特殊符号“.”进行赋值，“.”在链接脚本外面叫做定位计数器，默认的定位计数器为 0，这里咱们给它赋值为 0x87800000。
.text 是段名，前面的冒号是语法要求，冒号前面的大括号外面能够填上要链接到“.text”这个段外面的所有文件，“(.text)”中的“”是通配符，示意所有输出文件的.text 段都放到“.text”中。第 5 行设置链接到开始地位的文件为 start.o，因为 start.o 外面蕴含着第一个要执行的指令，所以肯定要链接到最开始的中央。接着就是 .rodata 段和 .data 段，这两段都用 ALIGN(4)示意 4 字节对齐。__bss_start = . 示意把以后的定位计数器赋值给__bss_start，前面的 __bss_end 相似。这样在汇编或 C 文件外面咱们能够间接应用这两个标记来对 .bss 段内存进行赋 0 实现初始化。

（3）应用主动变量的 Makefile

接下来针对 C 语言本版的 ledc，再编写一个 Makefile，这里要留神 start.o 肯定要放到最后面！因为在前面链接的时候 start.o 要在最后面，因为 start.o 是最先要执行的文件。

objs := start.o main.o

# 生成 ledc.bin 依赖是 start.o main.o
ledc.bin:$(objs) 
            
    arm-linux-gnueabihf-ld -Timx6ul.lds -o ledc.elf $^        # $^ 是所有依赖文件，这里就是 $(objs)，依照链接脚本 imx6ul.lds 进行链接  
    arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@      # $@ 是指标文件，这里就是 ledc.bin，将 ledc.elf 转换成 ledc.bin
    arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis
    
%.o:%.s
    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $<   # $@ 指标文件，这里是 %.o（start.o），$< 是第一个依赖文件，这里是 %.s（start.s）%.o:%.S
    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $<
    
%.o:%.c
    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o $@ $<
    
clean:
    rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis