嵌入式知識-ARM裸機-學習筆記（2）：利用GPIO來控制LED（附mkv210_image.c文件解析）
首先聲明該博客是針對朱有鵬老師的嵌入式課程進行筆記的總結。
一、通過GPIO控制點亮LED（通過彙編語言）
1. LED點亮原理
查閱原理圖，發現開發板上一共有5顆LED。其中一顆D26的接法是：正極接5V，負極接地。因此這顆LED只要上電就會常亮。因此我們分析這顆LED是電源指示燈。
剩下4顆LED的接法是：正極接3.3V，負極接了SoC上的一個引腳（GPIO），具體詳細接法是：
D22：GPJ0_3
D23：GPJ0_4
D24：GPJ0_5
D25：PWMTOUT1(GPD0_1)
我們知道LED點亮的原理是是其正負極兩端出現電壓差，這裏LED的正極爲3.3V已經固定，因此若想點亮LED秩序將負極電壓變爲0（共陽極接法）。負極接在了SoC的引腳上，可以通過SoC中編程來控制負極的電壓值，想點亮哪個引腳的LED就給這個引腳置0。
2. GPIO說明
GPIO（general purpose input output ）通用輸入輸出：GPIO就是芯片的引腳（芯片上的引腳有些不是GPIO，只有一部分是），它的功能和特點是可以被編程控制它的工作模式，也可以編程控制他的電壓高低等。
由於軟件操作硬件的接口是：寄存器。 我們當前要操作的硬件是LED，但是LED實際是通過GPIO來間接控制的，所以當前我們實際要操作的設備其實是SoC的GPIO，通過改變GPIO硬件的狀態間接影響LED的狀態。要操作這些GPIO，必須通過設置他們的寄存器。
查閱數據手冊可知，GPJ0相關的寄存器有以下：
GPJ0CON, （GPJ0 control）GPJ0控制寄存器，用來配置各引腳的工作模式
GPJ0DAT, （GPJ0 data）當引腳配置爲input/output模式時，寄存器的相應位和引腳的電平高低相對應。（這裏標黃的兩個寄存器起到主要功能）
GPJ0PUD, （pull up down）控制引腳內部弱上拉、下拉
GPJ0DRV, （driver）配置GPIO引腳的驅動能力
GPJ0CONPDN，（記得是低功耗模式下的控制寄存器）
GPJ0PUDPDN （記得是低功耗模式下的上下拉寄存器）
因此如果想點亮LED，需要：
1、操控GPJ0CON寄存器中，選中output模式
2、操控GPJ0DAT寄存器，相應的位設置爲0
3. 用匯編點亮LED
因此我們需要把相應的配置數據寫入相應的寄存器中，才能實現LED的點亮。即向GPJ0CON（0xE0200240）寄存器和GPJ0DAT（0xE0200244）寄存器中寫入對應的信息，這裏要注意：寄存器名字是在數據手冊中體現的，而在寫代碼時，需要對應到該寄存器的地址才能進行控制。
點亮LED代碼如下：
//led.s文件（方式1：全點亮）
_start:
// 第一步：把0x11111111寫入0xE0200240(GPJ0CON)位置
ldr r0, =0x11111111 // 從後面的=可以看出用的是ldr僞指令，因爲需要編譯器來判斷這個數
ldr r1, =0xE0200240 // 是合法立即數還是非法立即數。一般寫代碼都用ldr僞指令
str r0, [r1] // 寄存器間接尋址。功能是把r0中的數寫入到r1中的數爲地址的內存中去
// 第二步：把0x0寫入0xE0200244(GPJ0DAT)位置
ldr r0, =0x0 //如果要想改變LED點亮的狀態，即可修改0x0來控制哪個LED的亮滅
ldr r1, =0xE0200244
str r0, [r1] // 把0寫入到GPJ0DAT寄存器中，引腳即輸出低電平，LED點亮
flag: // 這兩行寫了一個死循環。因爲裸機程序是直接在CPU上運行的，CPU會
b flag // 逐行運行裸機程序直到CPU斷電關機。如果我們的程序所有的代碼都
// 執行完了CPU就會跑飛（跑飛以後是未定義的，所以千萬不能讓CPU
// 跑飛），不讓CPU跑飛的辦法就是在我們整個程序執行完後添加死循環
//led.s文件（方式2：指定某個點亮）
#define GPJ0CON 0xE0200240 //將數改爲宏定義的方式
#define GPJ0DAT 0xE0200244
.global _start // 把_start鏈接屬性改爲外部，這樣其他文件就可以看見_start了
_start:
// 第一步：把所有引腳都設置爲輸出模式，代碼不變
ldr r0, =0x11111111 // 從後面的=可以看出用的是ldr僞指令，因爲需要編譯器來判斷這個數
ldr r1, =GPJ0CON // 是合法立即數還是非法立即數。一般寫代碼都用ldr僞指令
str r0, [r1] // 寄存器間接尋址。功能是把r0中的數寫入到r1中的數爲地址的內存中去
// 第二步：把中間LED（GPJ0_4）的輸出設置爲0，其餘兩顆設置爲1，剩下的其他位不管
ldr r0, =0x28
ldr r1, =GPJ0DAT
str r0, [r1] // 把0寫入到GPJ0DAT寄存器中，引腳即輸出低電平，LED點亮
b . // .代表當前這一句指令的地址，這個就是高大上的死循環
//led.s文件（方式3：方式2的改版，通過位來進行操作）
#define GPJ0CON 0xE0200240
#define GPJ0DAT 0xE0200244
.global _start // 把_start鏈接屬性改爲外部，這樣其他文件就可以看見_start了
_start:
// 第一步：把所有引腳都設置爲輸出模式，代碼不變
ldr r0, =0x11111111 // 從後面的=可以看出用的是ldr僞指令，因爲需要編譯器來判斷這個數
ldr r1, =GPJ0CON // 是合法立即數還是非法立即數。一般寫代碼都用ldr僞指令
str r0, [r1] // 寄存器間接尋址。功能是把r0中的數寫入到r1中的數爲地址的內存中去
// 第二步：把中間LED（GPJ0_4）的輸出設置爲0，其餘兩顆設置爲1，剩下的其他位不管
//ldr r0, =((1<<3) | (1<<5)) // 等效於0b00101000，即0x28
ldr r0, =((1<<3) | (0<<4) | (1<<5)) // 清清楚楚的看到哪個滅，哪個是亮
ldr r1, =GPJ0DAT
str r0, [r1] // 把0寫入到GPJ0DAT寄存器中，引腳即輸出低電平，LED點亮
b . // .代表當前這一句指令的地址，這個就是高大上的死循環
流水燈代碼如下：
#define GPJ0CON 0xE0200240
#define GPJ0DAT 0xE0200244
.global _start // 把_start鏈接屬性改爲外部，這樣其他文件就可以看見_start了
_start:
// 第一步：把所有引腳都設置爲輸出模式，代碼不變
ldr r0, =0x11111111 // 從後面的=可以看出用的是ldr僞指令，因爲需要編譯器來判斷這個數
ldr r1, =GPJ0CON // 是合法立即數還是非法立即數。一般寫代碼都用ldr僞指令
str r0, [r1] // 寄存器間接尋址。功能是把r0中的數寫入到r1中的數爲地址的內存中去
// 要實現流水燈，只要在主循環中實現1圈的流水顯示效果即可
flash:
// 第1步：點亮LED1，其他熄滅
ldr r0, =((0<<3) | (1<<4) | (1<<5)) // 清清楚楚的看到哪個滅，哪個是亮
ldr r1, =GPJ0DAT
str r0, [r1] // 把0寫入到GPJ0DAT寄存器中，引腳即輸出低電平，LED點亮
// 然後延時
bl delay // 使用bl進行函數調用
// 第2步：點亮LED2，其他熄滅
ldr r0, =((1<<3) | (0<<4) | (1<<5)) // 清清楚楚的看到哪個滅，哪個是亮
ldr r1, =GPJ0DAT
str r0, [r1] // 把0寫入到GPJ0DAT寄存器中，引腳即輸出低電平，LED點亮
// 然後延時
bl delay
// 第3步：點亮LED3，其他熄滅
ldr r0, =((1<<3) | (1<<4) | (0<<5)) // 清清楚楚的看到哪個滅，哪個是亮
ldr r1, =GPJ0DAT
str r0, [r1] // 把0寫入到GPJ0DAT寄存器中，引腳即輸出低電平，LED點亮
// 然後延時
bl delay //這裏bl可以實現delay函數調用
b flash //跳轉到flash，相當於重新開始一遍，無限跳轉實現循環
// 延時函數：函數名：delay
delay:
ldr r2, =9000000
ldr r3, =0x0
delay_loop:
sub r2, r2, #1 //r2 = r2 -1
cmp r2, r3 // cmp會影響Z標誌位，如果r2等於r3則Z=1，下一句中eq就會成立
bne delay_loop
mov pc, lr // 函數調用返回
二、mkv210_image.c文件解讀
本實驗針對S5PV210板卡進行實驗。由於該板卡具有不同的啓動方式，因此需要製作不同的鏡像燒寫文件，這裏簡單描述USB鏡像文件和SD卡鏡像文件的製作。
由於SD卡啓動時，需要包含一個頭信息的校驗，因此需要通過mkv210_image.c文件來對USB啓動的鏡像文件進行加工，從而生成SD卡的鏡像文件。
分析啓動過程可知： 210啓動後先執行內部iROM中的BL0，BL0執行完後會根據OMpin的配置選擇一個外部設備來啓動（有很多，我們實際使用的有2個：usb啓動和SD卡啓動）。在usb啓動時內部BL0讀取到BL1後不做校驗，直接從BL1的實質內部0xd0020010開始執行，因此usb啓動的鏡像led.bin不需要頭信息，因此我們從usb啓動時直接將鏡像下載到0xd0020010去執行即可，不管頭信息了；從SD啓動時，BL0會首先讀取sd卡得到完整的鏡像（完整指的是led.bin和16字節的頭），然後BL0會自己根據你的實際鏡像（指led.bin）來計算一個校驗和checksum，然後和你完整鏡像的頭部中的checksum來比對。如果對應則執行BL1，如果不對應則啓動失敗。
//mkv210_image.c文件
/*
* mkv210_image.c的主要作用就是由usb啓動時使用的led.bin製作得到由sd卡啓動的鏡像210.bin
* 本文件來自於友善之臂的裸機教程，據友善之臂的文檔中講述，本文件是一個熱心網友提供，在此表示感謝。
*/
/* 在BL0階段，Irom內固化的代碼讀取nandflash或SD卡前16K的內容，
* 並比對前16字節中的校驗和是否正確，正確則繼續，錯誤則停止。
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define BUFSIZE (16*1024) //總長度16K大小
#define IMG_SIZE (16*1024)
#define SPL_HEADER_SIZE 16 //頭長度16字節大小
//#define SPL_HEADER "S5PC110 HEADER "
#define SPL_HEADER "****************"
int main (int argc, char *argv[]) //argc是用戶執行程序時傳遞參數的個數；argv是一個個的參數
{
FILE *fp;
char *Buf, *a;
int BufLen;
int nbytes, fileLen;
unsigned int checksum, count;
int i;
//校驗3個參數（./mkx210 led.bin 210.bin）
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <source file> <destination file>\n", argv[0]);
return -1;
}
//分配16K的buffer（其中包含實際內容和頭內容）
BufLen = BUFSIZE;
Buf = (char *)malloc(BufLen); //這裏從堆上獲取空間
if (!Buf)
{
printf("Alloc buffer failed!\n");
return -1;
}
memset(Buf, 0x00, BufLen); //清零
//讀源bin到buffer
//打開源bin，argv[1]對應led.bin文件
fp = fopen(argv[1], "rb");
if( fp == NULL)
{
printf("source file open error\n");
free(Buf);
return -1;
}
//獲取源bin長度
fseek(fp, 0L, SEEK_END); // 定位到文件尾
fileLen = ftell(fp); // 得到文件長度
fseek(fp, 0L, SEEK_SET); // 再次定位到文件頭
//源bin長度不得超過16K-16byte
count = (fileLen < (IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE))
? fileLen : (IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE);
//buffer[0~15]存放"S5PC110 HEADER "
memcpy(&Buf[0], SPL_HEADER, SPL_HEADER_SIZE);
//讀源bin到buffer[16]
nbytes = fread(Buf + SPL_HEADER_SIZE, 1, count, fp);
if ( nbytes != count )
{
printf("source file read error\n");
free(Buf);
fclose(fp);
return -1;
}
fclose(fp);
//計算校驗和
//從第16byte開始統計buffer中共有幾個1
//從第16byte開始計算，把buffer中所有的字節數據加和起來得到的結果
a = Buf + SPL_HEADER_SIZE;
for(i = 0, checksum = 0; i < IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE; i++)
checksum += (0x000000FF) & *a++;
//將校驗和保存在buffer[8~15]
a = Buf + 8; // Buf是210.bin的起始地址，+8表示向後位移2個字，也就是說寫入到第3個字
*( (unsigned int *)a ) = checksum;
//拷貝buffer中的內容到目的bin
//打開目的bin
fp = fopen(argv[2], "wb");
if (fp == NULL)
{
printf("destination file open error\n");
free(Buf);
return -1;
}
//將16k的buffer拷貝到目的bin中
a = Buf;
nbytes = fwrite( a, 1, BufLen, fp);
if ( nbytes != BufLen )
{
printf("destination file write error\n");
free(Buf);
fclose(fp);
return -1;
}
free(Buf);
fclose(fp);
return 0;
}