Part2:S3C2440裸跑一个LED程序

Part2:S3C2440落跑一个LED程序

0 写在前面
1 明确“操作对象”和“操作过程”
2 代码编写和分析——看一个程序如何裸跑...
- 2.1 代码编写
- - 2.1.1 汇编代码——点亮一个LED
  - 2.1.2 C代码——点亮一个LED
- 2.2 代码分析——揭秘程序启动及函数调用过程
- 2.3 运行结果(后面补上)

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目标：点亮一个在ARM9为核心的s3c2240开发板上的LED——>like "Hello world"
三步走：1）读原理图，明确操作对象——即找到LED输出引脚2)  明确操作，即如何控制LED3）代码编写——重点！分别用汇编和C实现
这里，我把1）2）步合成一部分讲解，重点讲解代码编写(涉及到ARM汇编指令、C函数调用栈机制)
备注一点：限于篇幅，我把S3C如何烧写程序步骤省去了。因为这不是本文关注的重点，也不是我们要掌握的重点。

1 明确“操作对象”和“操作过程”

操作对象——LED引脚在看原理图时，涉及一些模电知识，如二极管、三极管 ：）对于LED发光二极管，有贴片和插脚两种，但两者点亮的工作原理是相同的（Note: 此处略过不讲，有兴趣的可自行查阅)操作过程——GPFCON和GPFDAT 设置一个引脚可用作输出、输入、中断等使用故，这里需先配置LED对于引脚为输出，查阅手册可得，需修改GPFCON对应位然后，即可操作引脚寄存器的值了，也就能够改变LED的状态(熄灭、点亮)这里，0——点亮1——熄灭

2 代码编写和分析——看一个程序如何裸跑…

2.1 代码编写

2.1.1 汇编代码——点亮一个LED

再开始编写如何点亮一个LED的汇编程序前，需理解几个汇编指令用法1）LDR：读内存指令，如 ldr r0, [r1]   读取r1地址值对应的4字节内存值到r02）STR：写内存指令，如str r0, [0x1234] 将r0寄存器值写入0x00001234地址开始的4字节内存3）B：跳转4）MOV：如 MOV r0, r1 将r1的值复制为r0，注意是从右往左，像AT&T汇编风格，但与Intel风格相反5）LDR R0, =0x12345678 伪指令，最终被解析为几条ARM的真正指令，注意区分LDR，这里是有=的，切忌写成#立即数了
此外，还要知道几个寄存器及其作用，S3C2440有常见16个寄存器(总共27个)，s0至s15，它们有对应的别名，如sp、lr、pc等这里介绍这里涉及到的三个重要寄存器：pc、sp、lrpc：是保存下条指令的地址，注意实际是当前指令 + 8，因为使用了流水线...一个时钟周期，执行--译码--取指是同时进行的也就是说，在执行A地址指令时，也在对A+4指令译码，并读取A+8的指令lr：保存函数返回地址sp：栈顶指针
下面是点亮一个LED1(GPF4)的汇编程序 led_on.S

.text
.global _start
_start:/*配置GPF4引脚为输出 */ldr r1,=0x56000050mov r0,#0x100 /*ldr r0,=0x100*/sdr r0,[r1]/*设置GPF4引脚输出0，这里0即点亮，1则熄灭*/ldr r1,=0x56000054mov r0,#0  /*ldr r0,=0*/sdr r0,[r1]
halt:   /*死循环*/b halt

补充一点：GPIO即“通用IO”，GPIO控制器里的寄存器在CPU眼里就像内存，
即它们是统一编址，而不是独立编址。故0x56000050即是GPFCON配置寄存器，
0x56000054是CPGDAT数据寄存器。
(统一编址，即对外设寄存器也作为外部地址总线可寻址范围内的一部分，CPU就像访问内存一样
而独立编址，即这些外设寄存器有自己的编址空间，CPU访问它们需向相应控制器发送/接收命令)

2.1.2 C代码——点亮一个LED

实现之前，涉及一些C语言的指针操作、字节序、位操作、函数调用栈、一个程序如何启动运行等知识
这里简要概括下，在后面代码分析时会着重详细讲解。
C语言的指针操作：从底层角度看1）一切变量在内存中都有一块区域2）可通过变量或指针操作内存如 int a = 10;  ---->a = 20; 把20写入a地址处的4字节内存，a是intint* pa= &a; ----> *pa = 40;  把40写入(*pa地址处)(即a地址处)的4字节内存，*pa指向4字节内存
字节序：大端序：内存高地址开始存放低地址的值小端序：内存低地址开始存放低地址的值有个形象类比记忆。桌面为高地址，一个鸡蛋放在桌面上有两种竖直放法(当然，除去横着放：)1）鸡蛋大端在桌面时，属于低地址放在高地址，则为大端2）鸡蛋小端在桌面时，属于高地址放在高地址，则为小端前提：鸡蛋从大端-->小端 == 低地址--->高地址
位操作：与或非、异或、移位这些很好理解难点在于它们的组成使用，例如怎样置位/清零某一个或几个位呢？这要多加练习才能掌握
函数调用栈：涉及三个问题：1）调用者参数如何传递给被调用者，被调用者的返回值如何返回给调用者2）main函数谁调用的，局部变量保存在内存哪里3）函数调用惯例问题(即ATPCS，后面有补充)，即被调用者和调用者谁负责保存哪些寄存器，返回时谁恢复在三个问题答案在后面代码分析中。
一个程序如何启动运行：针对S3C2440这款开发板而言两个地方可供CPU读取第一条指令：NOR 和 NAND Flash --->可用版上拨码开关选择1）NOR启动： CPU从 NOR Flash 的基地址0 开始读取，此时片内RAM地址为0x4000,00002）NAND启动：CPU从片内4K RAM 基地址0开始读取，此时 NOR Flash不可用2440硬件把NAND前4K内容读取到片内4KRAM中，然后CPU从0地址处读取第一条指令开始指令补充一点：在S3C2440开发板中，NAND Flash 256MB，而NOR Flash仅2M左右
下面是C实现的点亮一个LED代码 led.c

int main()
{unsigned int *pGPFCON = (unsigned int*)0x56000050;unsigned int *pGPFDAT = (unsigned int*)0x56000054;/*配置GPF4为输出引脚*/*pGPFCON = 0x100;/*设置GPF4引脚输出0，即点亮LED1*/*pGPFDAT = 0;return 0;
}

此外，还需要一个调用main函数的启动汇编代码 start.S

.text
.global _start
_start:ldt  sp,=4096  /* nand启动*/// ldt sp,=0x40000000 + 4096 /* nor启动 */bl  main
halt:b halt

最后，来个makefile文件

all: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 led.elf led.binarm-linux-objdump -D led.elf > led.dis
clean:rm *.bin *.o *.elf *.dis

执行make即可生成二进制代码led.bin,烧写进开发板即可
（备注：汇编实现的点亮LED的makefile文件一样，修改生成的目标文件名即可）

2.2 代码分析——揭秘程序启动及函数调用过程

这里看下C代码实现点亮LED1的反汇编代码、内存布局及程序执行流程图

分析一下：
1）上电启动过程：这里使用的是NAND启动，故上电后，从片内4KROM的0x00000000基地址处取第一条指令指令
2）函数调用机制的三大部分：保存现场-->函数功能--->恢复现场这时候可以回答之前三个问题了。1）main函数由启动程序调用，局部变量保存在被调用者栈中2）被调用者负责保护现场和恢复现场(现场或者上下文，指一些调用者寄存器和sp预先分配局部变量所需栈空间)3）调用者将传递的参数保存在一些寄存器中(看下图)(注意：参数很多时可压入调用者栈中供被调用者使用)-->本应代码演示，限于篇幅，可自己验证而被调用者通过指定的寄存器保存返回值，还可以直接将返回值写入调用者的栈中

备注一点：下图是来自韦东山老师上课时的笔记文档(偷懒的我：)

补充一点：ATPCS即ARM-THUMB procedure call standard（ARM-Thumb过程调用标准）的简称
引自百度：

PCS规定了应用程序的函数可以如何分开地写，分开地编译，最后将它们连接在一起，
所以它实际上定义了一套有关过程（函数）调用者与被调用者之间的协议
言而总之，PCS强制实现如下约定：调用函数如何传递参数（即压栈方法，以何种方式存放参数）,被调用函数如何获取参数，以何种方式传递函数返回值

2.3 运行结果(后面补上)

[无...]，先欠着：），我都板子还在路上....哭辽...顺风不应该隔天到？
？难道我这里太山啦？
好吧，穷孩子看书去了....

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1 明确“操作对象”和“操作过程”

2 代码编写和分析——看一个程序如何裸跑…

2.1 代码编写

2.1.1 汇编代码——点亮一个LED

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2.2 代码分析——揭秘程序启动及函数调用过程

2.3 运行结果(后面补上)

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