ARM裸机:一步步点亮LED（汇编）

硬件工作原理及原理图查阅

• LED物理特性介绍
  LED本身有2个接线点，一个是LED的正极，一个是LED的负极。LED这个硬件的功能就是点亮或者不亮，物理上想要点亮一颗LED只需要给他的正负极上加正电压即可，要熄灭一颗LED只需要去掉电压即可。

• 查阅原理图了解板载LED硬件接法
  查阅原理图，发现开发板上一共有5颗LED。其中一颗D26的接法是：正极接5V，负极接地。因此这颗LED只要上电就会常亮。因此我们分析这颗LED是电源指示灯。
  剩下4颗LED的接法是：正极接3.3V，负极接了SoC上的一个引脚（GPIO），具体详细接法是：
  D22：GPJ0_3
  D23：GPJ0_4
  D24：GPJ0_5
  D25：PWMTOUT1(GPD0_1)

• 分析如何点亮及熄灭LED（GPIO）
  分析：LED点亮的要求是：正极和负极之间有正向电压差。
  思考：在开发板上如何为LED制造这个电压差让它点亮呢？
  解答：因为正极已经定了（3.3V），而负极接在了SoC的引脚上，可以通过SoC中编程来控制负极的电压值，因此我们可以通过程序控制负极输出低电平（0V），这样在正负极上就有了压差，LED即可点亮。

数据手册查阅及相关寄存器浏览

• GPIO概念的引入
  GPIO:general purpose input output 通用输入输出
  GPIO就是芯片的引脚（芯片上的引脚有些不是GPIO，只有一部分是），作为GPIO的这类引脚，他的功能和特点是可以被编程控制它的工作模式，也可以编程控制他的电压高低等。
  通过之前的分析我们知道，我们设计电路时就把LED接在了一个GPIO上，这样我们就可以通过编程控制GPIO的模式和输入输出值来操控LED亮还是灭；如果你当时设计电路时把LED接在非GPIO上那就不可能了。

• 阅读数据手册中有关部分
  当我们想要通过编程操控GPIO来操作LED时，我们首先需要通读一下S5PV210的数据手册中有关于GPIO的部分，这部分在数据手册的Section2.2中。
  《S5PV210_UM_REV1.1.pdf》
  

• GPIO相关的寄存器介绍
  回忆下之前说过的，软件操作硬件的接口是：寄存器。
  我们当前要操作的硬件是LED，但是LED实际是通过GPIO来间接控制的，所以当前我们实际要操作的设备其实是SoC的GPIO。要操作这些GPIO，必须通过设置他们的寄存器。
  

  查阅数据手册可知，GPJ0相关的寄存器有以下：
  GPJ0CON, （GPJ0 control）GPJ0控制寄存器，用来配置各引脚的工作模式
  GPJ0DAT, （GPJ0 data）当引脚配置为input/output模式时，寄存器的相应位和引脚的电平高低相对应。
  GPJ0PUD, （pull up down）控制引脚内部弱上拉、下拉
  GPJ0DRV, （driver）配置GPIO引脚的驱动能力
  GPJ0CONPDN，（记得是低功耗模式下的控制寄存器）
  GPJ0PUDPDN （记得是低功耗模式下的上下拉寄存器）
  注：在驱动LED点亮时，应该将GPIO配置为output模式。

  实际上真正操控LED的硬件，主要的有：GPJ0CON, GPJ0DAT 这么2个。
  如何点亮LED，编程的步骤是：
  1、操控GPJ0CON寄存器中，选中output模式
  2、操控GPJ0DAT寄存器，相应的位设置为0

开始手写汇编点亮LED

D22：GPJ0_3
D23：GPJ0_4
D24：GPJ0_5

GPJ0CON（0xE0200240）寄存器和GPJ0DAT（0xE0200244）寄存器

第一步：设置引脚模式为输出模式(向GPxCON寄存器写入0001)
第二步：写入控制的数据(向GPxDAT寄存器写入0输出低电平，LED亮；1输出高电平，LED灭)

文件目录：

led.S:

_start://把0x1111 1111 写入 GPJ0CON（0xE0200240）//这里 ldr 是Load Register（加载寄存器）的缩写，//用于从给定的地址加载数据到处理器寄存器r0。//=0x11111111是一个立即数常量，//表示存储在内存中的十六进制数值 11111111ldr r0, =0x11111111 //ldr伪指令，编译器判断立即数是否合法//将立即数 0xE0200240加载到寄存器r1中ldr r1, =0xE0200240//str是Store Register（存储寄存器）的缩写，//它将寄存器r0中的值存储到[r1]所指向的位置。//这里的[r1]是对另一个内存地址的操作符，//意味着将r0的内容放到r1当前内容指明的那个内存位置//将r0的值存储到r1指向的内存地址处str r0, [r1] //寄存器间接寻址去; //LED灭：将0xff放到GPJ0DAT（0xE0200244）寄存器; ldr r0, =0xff; ldr r1, =0xE0200244; str r0, [r1]//LED亮：将 0x0 放到GPJ0DAT（0xE0200244）寄存器ldr r0, =0x0ldr r1, =0xE0200244str r0, [r1]//结束死循环
falt:b falt //直到CPU断电关机

编译结果：
LED常亮

使用位运算实现复杂点亮要求

• 如何只点亮中间1颗（两边是熄灭的）LED
  //LED亮：将 0xf7 放到GPJ0DAT（0xE0200244）寄存器 亮1颗
  中间一颗：0xEF
  最后一颗：0xdf

• 常用位运算：与、或、非、移位
  位与(&) 位或(|) 位非（取反 ~） 移位（左移<< 右移>>）

• 使用位运算实现功能
  1<<3 等于 0b1000
  1<<5 等于 0b100000
  (1<<3)|(1<<5) 等于 0b101000

• 扩展一下：如何只熄灭中间1颗而点亮旁边2颗
  ldr r0, =((0<<3) | (1<<4) | (0<<5))

汇编编写延时函数并实现LED闪烁效果

延时就是编写一些没有目的的代码，占用CPU的时间。

//延时函数
delay:ldr r2, =0x900000ldr r3, =0x0
delay_loop:cmp r3, r2//比较r3 r2  会影响Z标志位  如果r2==r3 则Z=1 下一句当中的ne就会成立sub r2, r2, #1 //r2=r2-1bne delay_loop //如果r2==r3 就不会执行这句mov pc, lr //函数调用返回

#define  GPJ0CON  0xE0200240
#define  GPJ0DAT  0xE0200244
//3、添加链接属性添加
.globl _start //将-start 修改为外部链接属性，其他文件就能找到_start
_start://把0x1111 1111 写入 GPJ0CON（0xE0200240）//这里 ldr 是Load Register（加载寄存器）的缩写，//用于从给定的地址加载数据到处理器寄存器r0。//=0x11111111是一个立即数常量，//表示存储在内存中的十六进制数值 11111111ldr r0, =0x11111111 //ldr伪指令，编译器判断立即数是否合法//将立即数 0xE0200240加载到寄存器r1中ldr r1, =GPJ0CON//str是Store Register（存储寄存器）的缩写，//它将寄存器r0中的值存储到[r1]所指向的位置。//这里的[r1]是对另一个内存地址的操作符，//意味着将r0的内容放到r1当前内容指明的那个内存位置//将r0的值存储到r1指向的内存地址处str r0, [r1] //寄存器间接寻址delay_loop_ok://熄灭中间1颗而点亮旁边2颗ldr r0, =((0<<3) | (1<<4) | (0<<5))ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delayldr r0, =((1<<3) | (0<<4) | (1<<5))ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delay; bne delay_loop_okb delay_loop_ok //死循环

再难一点的流水灯效果

12321的点亮LED

#define  GPJ0CON  0xE0200240
#define  GPJ0DAT  0xE0200244
//3、添加链接属性添加
.globl _start //将-start 修改为外部链接属性，其他文件就能找到_start
_start://把0x1111 1111 写入 GPJ0CON（0xE0200240）//这里 ldr 是Load Register（加载寄存器）的缩写，//用于从给定的地址加载数据到处理器寄存器r0。//=0x11111111是一个立即数常量，//表示存储在内存中的十六进制数值 11111111ldr r0, =0x11111111 //ldr伪指令，编译器判断立即数是否合法//将立即数 0xE0200240加载到寄存器r1中ldr r1, =GPJ0CON//str是Store Register（存储寄存器）的缩写，//它将寄存器r0中的值存储到[r1]所指向的位置。//这里的[r1]是对另一个内存地址的操作符，//意味着将r0的内容放到r1当前内容指明的那个内存位置//将r0的值存储到r1指向的内存地址处str r0, [r1] //寄存器间接寻址delay_loop_ok:ldr r0, =((0<<3) | (1<<4) | (1<<5))ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delayldr r0, =((1<<3) | (0<<4) | (1<<5))ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delayldr r0, =((1<<3) | (1<<4) | (0<<5))ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delayldr r0, =((1<<3) | (0<<4) | (1<<5))ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delay; bne delay_loop_okb delay_loop_ok //死循环//结束死循环 2、高级点的死循环b .  //直到CPU断电关机 .:当前指令的地址//延时函数
delay:ldr r2, =0x900000ldr r3, =0x0
delay_loop:cmp r3, r2//比较r3 r2  会影响Z标志位  如果r2==r3 则Z=1 下一句当中的ne就会成立sub r2, r2, #1 //r2=r2-1bne delay_loop //如果r2==r3 就不会执行这句mov pc, lr //函数调用返回

位取反操作：

//1、使用宏定义
#define  GPJ0CON  0xE0200240
#define  GPJ0DAT  0xE0200244
//3、添加链接属性添加
.globl _start //将-start 修改为外部链接属性，其他文件就能找到_start
_start://把0x1111 1111 写入 GPJ0CON（0xE0200240）//这里 ldr 是Load Register（加载寄存器）的缩写，//用于从给定的地址加载数据到处理器寄存器r0。//=0x11111111是一个立即数常量，//表示存储在内存中的十六进制数值 11111111ldr r0, =0x11111111 //ldr伪指令，编译器判断立即数是否合法//将立即数 0xE0200240加载到寄存器r1中ldr r1, =GPJ0CON//str是Store Register（存储寄存器）的缩写，//它将寄存器r0中的值存储到[r1]所指向的位置。//这里的[r1]是对另一个内存地址的操作符，//意味着将r0的内容放到r1当前内容指明的那个内存位置//将r0的值存储到r1指向的内存地址处str r0, [r1] //寄存器间接寻址delay_loop_ok:ldr r0, =~(1<<3)ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delayldr r0, =~(1<<4)ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delayldr r0, =~(1<<5)ldr r1, =GPJ0DATstr r0, [r1]//延时一下：bl delay; bne delay_loop_okb delay_loop_ok //死循环//结束死循环 2、高级点的死循环b .  //直到CPU断电关机 .:当前指令的地址//延时函数
delay:ldr r2, =0x900000ldr r3, =0x0
delay_loop:cmp r3, r2//比较r3 r2  会影响Z标志位  如果r2==r3 则Z=1 下一句当中的ne就会成立sub r2, r2, #1 //r2=r2-1bne delay_loop //如果r2==r3 就不会执行这句mov pc, lr //函数调用返回

反汇编工具objdump的使用简介

反汇编的原理&为什么要反汇编
arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis
objdump是gcc工具链中的反汇编工具，作用是由编译链接好的elf格式的可执行程序反过来得到汇编源代码
-D表示反汇编 > 左边的是elf的可执行程序（反汇编时的原材料），>右边的是反汇编生成的反汇编程序

• 反汇编的原因
  1、逆向破解
  2、调试，理解程序链接脚本、链接地址
  3、理解C语言和汇编语言的关系

（汇编 assembly 反汇编 Disassembly）
标号的实质是地址
指令被转换为机器码
地址池实现非法立即数

bin文件内部是机器码，机器码会有指定的指令地址，使用ld链接在一起

总结

1、知道LED点亮原理
2、查看原理图知道接线方式
3、查看数据手册知道寄存器地址
4、开始编程
5、编译可执行文件
6、下载到设备上
7、添加延时达到流水灯
8、位操作增加可读性，同时比较简略
9、反汇编工具objdump可以帮助理解程序

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来源：朱老师物联网大课堂