【裸机驱动LED】使用C代码驱动LED（三）—— C代码编写篇网站首页 其他

/* CPSR 比较特殊，不能使用mov或者ldr访问 */
/* 必须使用 mrs指令访问 */
mrs r0, cpsr        @ 将 cpsr 寄存器的内容读取到 r0 寄存器
bic r0, r0, #0x1f   @ 将 r0 的低五位清零，运算结果放到 r0
orr r0, r0, #0x13   @ 让 r0 的低五位或上 10011（0x13）,结果保存到 r0
msr cpsr, r0        @ 将 r0 的值写入到 cpsr 寄存器

参考链接:

CPSR 寄存器详解

访问（读写）CPSR寄存器

数据处理指令 —— 位清零(bic)、或(orr)

初始化 SP 指针

C 语言调用main函数时，会为main函数创建堆栈，其中 SP指针表示栈顶的地址。那么SP 地址应该指向多少呢？对此我们需要知道如下几点：

栈区大小分配 2M。2 M的栈空间只要不出现无限递归，一般没什么大问题
代码的运行在DDR，DDR的范围为 0x80000000 ~ 0xA0000000（512M）
ARM 处理器是满减栈，即由高地址向低地址存储。也就是说，每存一个数据，地址自减

栈是反向增长的，而且栈大小为 2M，因此，SP 一开始应指向 0x80200000

/* 初始化栈指针 */
ldr sp,=0x80200000  @ 设置栈指针
b main              @ 跳转到 main 函数

3、完整汇编实现

.global _start

_start:
    /* 切换到 SVC 模式 */
    mrs r0, cpsr        @ 将 cpsr 寄存器的内容读取到 r0 寄存器
    bic r0, r0, #0x1f   @ 将 r0 的低五位清零，运算结果放到 r0
    orr r0, r0, #0x13   @ 让 r0 的低五位或上 10011（0x13）,结果保存到 r0
    msr cpsr, r0        @ 将 r0 的值写入到 cpsr 寄存器

    /* 初始化栈指针 */
    ldr sp,=0x80200000  @ 设置栈指针
    b main              @ 跳转到 main 函数

二、头文件 register.h

这里我们依然是通过地址来访问寄存器，只不过直接使用地址可读性太差，我们可以将要用到的寄存器地址保存到头文件，并声明成宏。

1、C代码访问寄存器的方式

之前在使用汇编驱动LED的时候，我们是通过访问寄存器的地址来写入内容的，C代码也可以访问地址，因为C语言中的指针，某种意义上就可以看做是一个地址。

比如我们要访问 0x20C4068，如果我们直接 *(0x20C4068)，那么解引用的时候，应该访问多少个字节呢？指针类型决定了每次访问的字节数。一个寄存器的大小是4个字节，所以应该对这个地址强制类型转换成 unsigned int

*((unsigned int*)0x20C4068)

这里最好再加一个 volatile 关键字，volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，每次使用该变量时都去读取内存地址。（因为编译器可能图省事，直接把内容保存到CPU的寄存器，每次读的是CPU寄存器的内容）

*((volatile unsigned int*)0x20C4068)

2、register.h 文件

比如我们要初始化 CCR0 时钟源，CCR0 寄存器的地址为 0x20C4068，那就是

*((volatile unsigned int*)0x20C4068) = 0xffffffff;

这样的可读性实在太差，所以我们打算给等号左边起个好懂一点的名字，下面就是 register.h 文件中的内容（关于寄存器的地址，参考这篇：裸机驱动LED —— 寄存器解析篇）

#ifndef _register_h
#define _register_h

typedef unsigned int uint32_t;

/*
 * 时钟相关寄存器地址
 */
#define CCM_CCGR0          *((volatile uint32_t*)0x20C4068)
#define CCM_CCGR1          *((volatile uint32_t*)0x20C406C)
#define CCM_CCGR2          *((volatile uint32_t*)0x20C4070)
#define CCM_CCGR3          *((volatile uint32_t*)0x20C4074)
#define CCM_CCGR4          *((volatile uint32_t*)0x20C4078)
#define CCM_CCGR5          *((volatile uint32_t*)0x20C407C)
#define CCM_CCGR6          *((volatile uint32_t*)0x20C4080)

/*
 * IOMUX 相关寄存器地址
 */
#define SW_MUX_GPIO1_IO03   *((volatile uint32_t*)0x020E0068)        // 设置IO复用
#define SW_PAD_GPIO1_IO03   *((volatile uint32_t*)0x020E02F4)        // 设置电气属性

/*
 * 设置GPIO输出相关寄存器地址
 */
#define GPIO1_DR            *((volatile uint32_t*)0x0209C000)         // GPIO输出
#define GPIO1_GDIR          *((volatile uint32_t*)0x0209C004)         // 设置输入还是输出

#endif

三、C 文件 led.c

C 代码的实现就可以参考之前使用汇编代码驱动LED的步骤了。

初始化时钟源
设置IO复用为GPIO
初始化GPIO（设置电气属性）
设置GPIO输出

初始化寄存器的值，在之前的博客已经介绍了，可以参考：裸机驱动LED —— 寄存器解析篇

1、初始化时钟源

void clk_enable()
{
    GPIO_CCGR0 = 0xffffffff;
    GPIO_CCGR1 = 0xffffffff;
    GPIO_CCGR2 = 0xffffffff;
    GPIO_CCGR3 = 0xffffffff;
    GPIO_CCGR4 = 0xffffffff;
    GPIO_CCGR5 = 0xffffffff;
    GPIO_CCGR6 = 0xffffffff;
}

2、设置IO复用、初始化GPIO

void led_init()
{
    /* 1、设置GPIO复用 */
    SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;

    /* 2、设置GPIO电气属性 */
    SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;

    /* 3、GPIO 设为输出 */
    GPIO1_GDIR = 0x00000008;
}

3、GPIO 输出（LED 亮灭控制）

LED低电平亮，高电平灭。0x08 代表第 3 bit的位置为高电平，其实简单粗暴一点，GPIO1_DR = 0 也是可以的，GPIO1_DR |= 0x08 的目的是不影响其他位置。

void led_on()
{
    GPIO1_DR &= (~0x08);
}

void led_off()
{
    GPIO1_DR |= 0x08;
}

4、延时函数

因为本次的目的不止是让LED亮，还要让LED闪烁，这就需要用到延时函数

void delay(unsigned int n)
{
    while (n--)
    {
        delay_short(0x7ff);
    }
}

void delay_short(unsigned int n)
{
    while(n--) {}
}

5、完整 led.c 文件

#include "register.h"

void clk_enable();                      // 时钟源初始化
void led_init();                        // 设置IO复用为GPIO、初始化GPIO
void delay_short(unsigned int n);       // 短时延时
void delay(unsigned int n);             // 延时
void led_on();                          // 点灯
void led_off();                         // 熄灯

int main(void)
{
    /* 1、初始化时钟源 */
    clk_enable();

    /* 2、初始化LED */
    led_init();

    led_on();
    while (1)
    {
        led_on();
        delay(500);

        led_off();
        delay(500);
    }

    return 0;
}

void clk_enable()
{
    CCM_CCGR0 = 0xffffffff;
    CCM_CCGR1 = 0xffffffff;
    CCM_CCGR2 = 0xffffffff;
    CCM_CCGR3 = 0xffffffff;
    CCM_CCGR4 = 0xffffffff;
    CCM_CCGR5 = 0xffffffff;
    CCM_CCGR6 = 0xffffffff;
}

void led_init()
{
    /* 1、设置GPIO复用 */
    SW_MUX_GPIO1_IO03 = 0x5;

    /* 2、设置GPIO电气属性 */
    SW_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;

    /* 3、GPIO 设为输出 */
    GPIO1_GDIR = 0x00000008;
}

void delay(unsigned int n)
{
    while (n--)
    {
        delay_short(0x7ff);
    }
}

void delay_short(unsigned int n)
{
    while(n--) {}
}

void led_on()
{
    GPIO1_DR &= (~0x08);
}

void led_off()
{
    GPIO1_DR |= 0x08;
}

四、Makefile文件

之前只有 .s 文件，现在既有 .s 文件，也有 .c 文件，因此我们需要分别将 .s 文件和 .c 文件先转化为 .o 文件，然后再转化为 elf 文件

注意下面的 OBJS 变量，start.o 必须放在其他 .o 文件的前面，因为 start.s 作用是搭建C环境，所以必须在运行 led.c 之前运行。下面就是 start.o 没有放在最开始的后果：

TOOLCHAIN_PATH		:= /home/pigeon/workspace/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
CC					:= $(TOOLCHAIN_PATH)/arm-linux-gnueabihf-gcc
LD					:= $(TOOLCHAIN_PATH)/arm-linux-gnueabihf-ld
OBJCOPY				:= $(TOOLCHAIN_PATH)/arm-linux-gnueabihf-objcopy
OBJDUMP				:= $(TOOLCHAIN_PATH)/arm-linux-gnueabihf-objdump

OBJS				:= start.o led.o

led.bin: $(OBJS)
	$(LD) -Ttext 0x87800000 -o led.elf $^
	$(OBJCOPY) -O binary -S -g led.elf $@
	$(OBJDUMP) -D led.elf > led.dis

# 将 .s 转化为 .o
%.o: %.s
	$(CC) -c -Wall -nostdlib -o $@ $<
# 将 .c 转化为 .o
%.o: %.c
	$(CC) -c -Wall -nostdlib -o $@ $<

.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.o *.elf *.imx *.dis *.bin

风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。