linux嵌入式板的基本程序

详见正点原子第十章

文件一

start.s

1 .global _start /* 全局标号 */
2 
3
/*
4 * 描述： _start 函数，程序从此函数开始执行，此函数主要功能是设置 C
5 * 运行环境。
6 */
7 _start:
8 
9
/* 进入 SVC 模式 */
10 mrs r0, cpsr
11 bic r0, r0, #0x1f /* 将 r0 的低 5 位清零，也就是 cpsr 的 M0~M4 */即为程序状态寄存器，可以参考正点原子6.3
12 orr r0, r0, #0x13 /* r0 或上 0x13,表示使用 SVC 模式 *
13 msr cpsr, r0 /* 将 r0 的数据写入到 cpsr_c 中 */
14
15 ldr sp, =0X80200000 /* 设置栈指针 */
16 b main /* 跳转到 main 函数 */

Cortex-A 有九个运行模型，这里我们设置处理器运行在 SVC 模式下。处理器模式的设置是通过修改 CPSR(程序状态)寄存器来完成的，

• 配置cpsr来进入svc模式
• 设置栈大小

文件二

main.h
定义CCM、gpio、IOMUX相关寄存器地址
要理解“点一个灯需要配置这么多寄存器”，核心在于嵌入式系统中“硬件直接操作”的本质——任何外设（包括LED灯）的工作，都依赖于芯片内部多个模块的协同配合，每个模块都需要通过寄存器进行精确配置。下面从具体模块入手，拆解这些配置的必要性：

一、为什么需要配置这些模块？

嵌入式芯片（如IMX6ULL、STM32等）的引脚和外设，并非“通电就能用”，而是需要通过多个核心模块的配合才能正常工作。以“点灯”为例（通常通过GPIO控制LED），至少需要4个核心模块的配置，缺一不可：

模块	作用	为什么点灯需要它？
CCM（时钟控制模块）	管理芯片内部时钟分配	任何硬件模块（包括GPIO）工作都需要时钟驱动，否则模块处于“休眠状态”，无法响应操作。
IOMUX（引脚复用模块）	配置引脚的功能模式	一个引脚可能有多种功能（如GPIO、UART、SPI等），需指定其为“GPIO功能”才能控制LED。
PAD（引脚电气特性模块）	配置引脚的电气参数	包括上拉/下拉电阻、驱动强度、速度等，确保引脚能稳定输出高低电平（否则可能无法驱动LED）。
GPIO（通用输入输出模块）	控制引脚的输入/输出方向和电平	最终通过GPIO的寄存器设置“输出模式”，并写入高低电平，实现LED的亮/灭。

二、每个模块的具体配置解析

结合你给出的代码，我们逐个看这些寄存器的作用：

1. CCM模块：给GPIO“供电”（时钟使能）

#define CCM_CCGR0 *((volatile unsigned int *)0X020C4068)
// ... 其他CCM_CCGRx寄存器

• CCM（Clock Controller Module） 是芯片的“时钟总管”，负责给各个外设分配时钟信号。
• CCM_CCGRx（Clock Gating Register） 是“时钟门控寄存器”，通过配置其位值，可控制某个模块的时钟是否使能（如CCM_CCGR1可能包含GPIO1的时钟控制位）。
• 必要性：如果不给GPIO模块使能时钟，即使配置了其他寄存器，GPIO也不会工作（相当于“没电的电机，再按开关也转不起来”）。

2. IOMUX模块：让引脚“成为GPIO”（功能复用）

#define SW_MUX_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0X020E0068)

• 芯片的引脚是“多功能的”。例如GPIO1_IO03这个引脚，可能同时支持“GPIO”“UART1_RX”“SPI1_SCK”等多种功能（由芯片硬件设计决定）。
• SW_MUX_GPIO1_IO03 是“复用选择寄存器”，通过写入特定值（如0x5），可将该引脚指定为“GPIO功能”。
• 必要性：如果不配置复用，引脚可能默认是其他功能（如UART），此时操作GPIO寄存器也无法控制引脚电平。

3. PAD模块：让引脚“稳定工作”（电气特性配置）

#define SW_PAD_GPIO1_IO03 *((volatile unsigned int *)0X020E02F4)

• PAD（Pad Control） 负责配置引脚的电气参数，例如：
  • 上拉/下拉：防止引脚悬空（如设置为“下拉”，确保未输出时引脚为低电平）；
  • 驱动强度：决定引脚能输出的电流大小（LED需要一定电流才能点亮，电流不足会导致灯不亮）；
  • 速度：引脚电平切换的响应速度（点灯对速度要求低，但高速外设需匹配速度）。
• 代码中的SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0X10B0，就是在配置这些电气参数，确保引脚能稳定输出高低电平驱动LED。

4. GPIO模块：最终“控制灯的亮灭”

#define GPIO1_DR *((volatile unsigned int *)0X0209C000)  // 数据寄存器（输出高低电平）
#define GPIO1_GDIR *((volatile unsigned int *)0X0209C004) // 方向寄存器（输入/输出）

• GPIO模块是直接控制引脚的“执行单元”：
  • GPIO1_GDIR：配置引脚方向（如设置某一位为1，表示“输出模式”）；
  • GPIO1_DR：写入0或1，控制引脚输出低电平（灯亮）或高电平（灯灭）。
• 必要性：前面的配置都是“准备工作”，最终通过GPIO寄存器实现对LED的直接控制。

三、为什么“高层开发”感觉不到这些配置？

如果你用过Arduino或Python的GPIO库（如RPi.GPIO），会发现“点灯”只需要一两行代码（如pinMode(13, OUTPUT); digitalWrite(13, HIGH);）。这是因为：

• 高层库（如Arduino的Wire.h、树莓派的RPi.GPIO）已经将上述寄存器配置封装成了函数，隐藏了底层细节；
• 但本质上，这些库的内部实现，依然是通过配置CCM、IOMUX、PAD、GPIO寄存器来完成的。

总结：底层配置的核心逻辑

“点灯”看似简单，但其底层依赖于芯片内部“时钟使能→引脚功能定义→电气特性配置→GPIO控制”的完整流程。这些寄存器配置并非“多余”，而是嵌入式系统中“直接操作硬件”的必然要求——越靠近硬件底层，越需要关注这些细节。

理解这些配置后，你会明白：无论是点灯、控制传感器还是通信，嵌入式底层开发的核心逻辑都是一致的——通过寄存器“唤醒”硬件模块、配置其功能和特性，最终实现具体功能。这也是嵌入式开发“知其然，更要知其所以然”的关键。

文件三 详见10.4

main.c
最后配置时钟（ccm）、pad、mux、gpio值来点亮

写makefile来编译

写makefile来编译start.s和main.c来生成.o文件，最后生成.bin可执行文件可下载到sd卡中

objs := start.o main.o
2 3
ledc.bin:$(objs)
4 arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^
5 arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@
6 arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis
7 8
%.o:%.s
9 arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
10
11 %.o:%.S
12 arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
13
14 %.o:%.c
15 arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<
16
17 clean:
18 rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis

这些命令使用的是同一套工具链（arm-linux-gnueabihf-*），但分工不同，共同完成从源代码到可执行文件的编译、链接、格式转换和反汇编过程。下面详细解析每个工具的作用：

一、工具链统一性：都是arm-linux-gnueabihf-系列

所有命令前缀均为arm-linux-gnueabihf-，说明它们属于同一套交叉编译工具链，用于为ARM架构的嵌入式Linux系统开发程序：

• arm：目标处理器架构为ARM；
• linux：目标操作系统为Linux；
• gnueabihf：使用GNU标准库（glibc），支持硬浮点（hf）运算。

这套工具链包含编译器、链接器、格式转换工具等，各司其职但协同工作。

二、各工具的具体作用

1. arm-linux-gnueabihf-gcc：编译源代码为目标文件（.o）

对应命令：

%.o:%.s    # 汇编文件（.s）编译为目标文件（.o）
  arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

%.o:%.S    # 带预处理的汇编文件（.S）编译为目标文件（.o）
  arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

%.o:%.c    # C语言文件（.c）编译为目标文件（.o）
  arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

• 核心作用：将源代码（汇编.s/.S、C语言.c）编译为ARM架构的二进制目标文件（.o），包含机器码和符号表，但未解决跨文件引用。
• 关键参数：
  • -c：只编译不链接，生成目标文件；
  • -nostdlib：不链接标准库（嵌入式裸机/内核开发常用，避免依赖Linux用户态库）；
  • -Wall：开启所有警告，提升代码健壮性。
• 不同源文件的处理：
  • .s：纯汇编代码，直接汇编为目标文件；
  • .S：带C预处理指令（如#include、#define）的汇编文件，会先预处理再汇编；
  • .c：C语言代码，经预处理、编译、汇编生成目标文件。

2. arm-linux-gnueabihf-ld：链接目标文件为可执行文件（.elf）

对应命令：

arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^

• 核心作用：将多个目标文件（.o）链接为一个完整的可执行文件（.elf），解决跨文件的函数/变量引用，并确定代码加载到内存中的地址。
• 关键参数：
  • -Ttext 0X87800000：指定代码段（text section）的加载地址为0X87800000（嵌入式系统中需与硬件内存布局匹配，如DDR内存的起始地址）；
  • -o ledc.elf：输出的可执行文件名为ledc.elf；
  • $^：Makefile自动变量，表示所有依赖的目标文件（如start.o main.o）。

3. arm-linux-gnueabihf-objcopy：转换可执行文件格式（.elf→.bin）

对应命令：

arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@

• 核心作用：将ELF格式的可执行文件（.elf）转换为纯二进制文件（.bin），去除调试信息和符号表，只保留可执行的机器码。
• 关键参数：
  • -O binary：指定输出格式为纯二进制；
  • -S：去除所有符号表和重定位信息（减小文件体积）；
  • $@：Makefile自动变量，表示目标文件（通常为ledc.bin）。
• 必要性：嵌入式系统的 bootloader 或烧录工具通常只识别纯二进制文件（.bin），而ELF格式包含额外信息，无法直接加载到内存执行。

4. arm-linux-gnueabihf-objdump：反汇编可执行文件（生成.dis）

对应命令：

arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis

• 核心作用：将ELF文件（.elf）反汇编为汇编代码（.dis），用于调试和分析程序的机器码对应的汇编指令。
• 关键参数：
  • -D：对整个文件进行反汇编（包括所有段）；
  • -m arm：指定目标架构为ARM（确保反汇编指令正确）；
  • > ledc.dis：将反汇编结果输出到文本文件ledc.dis。
• 必要性：嵌入式开发中，若程序运行异常（如崩溃、死循环），可通过反汇编文件分析机器码是否符合预期，定位底层问题（如内存访问越界、指令错误）。

三、总结：工具链的协同流程

这些工具虽然功能不同，但遵循“源代码→目标文件→可执行文件→二进制文件”的编译链路，共同完成程序的构建：

1. gcc：将.s/.S/.c编译为.o（目标文件）；
2. ld：将.o链接为.elf（带地址信息的可执行文件）；
3. objcopy：将.elf转换为.bin（可烧录的纯二进制文件）；
4. objdump：生成.dis（反汇编文件，用于调试）。

编写链接脚本

配置不同内存区段
上面只是简单的手动规定了text段的存放地址：arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^所有的文件都会链接到以 0X87800000 为起始地址的区域
可以编写.lds文件来编写更细节的段

示例代码 10.4.2.2 imx6ul.lds 链接脚本代码

1 SECTIONS{
2 . = 0X87800000;
3 .text :
4 {
5 start.o
6 main.o
7 *(.text)
8 }
9 .rodata ALIGN(4) : {*(.rodata*)}
10 .data ALIGN(4) : { *(.data) }
11 __bss_start = .;
12 .bss ALIGN(4) : { *(.bss) *(COMMON) }
13 __bss_end = .;
14 }

最后在makefile中替换：arm-linux-gnueabihf-ld -Timx6ul.lds -o ledc.elf $^