（二）、 点亮LED

我个人是自学的嵌入式，在学校里老师详细教了单片机，又教了些嵌入式的一些“粗浅”功夫，工作后，也没有参加过系统的培训，回想当初自学的日子，那叫一个“苦、累”。现在再去总结，总感觉自己走进了误区，绕了很大一个弯。在此，我把自已的想法和大家分享一下，希望对后来人有所帮助。

嵌入式是一行涉及范围很广的行业，对于其硬件的体系结构、汇编与C编程语言、操作系统的使用和认识，一直到最后的Bootloader和内核移植、驱动、应用程序开发，每一个环节都涉及很多的知识，如果想把每一个环节吃透、消化掉，没有个3、5个月，恐怕也是不可能的。而初学者所容易走的也只是两条路：一条路就是拿来一本厚厚的书就从头到尾通读，读完一本又一本，结果没记住什么，拿来板子不会烧程序更不会编程序；另一条路就是买了开发板就从例程开始，拿来代码就编译下载，有了实验现象就乐不思蜀了，再回来看代码也不能好好斟酌，得过且过，这就导致了，只能看懂别人的代码，没有自己的东西。

鉴于以上两点，我在后面的学习心得中，我会结合知识和代码，只重点讲解和例程有关的知识点，后面会告诉大家去读哪些有用的文章和书籍，但这里，我建议读者重点看我讲的知识点，不要拿来一本书就一下子看完，把所有的东西全记住，“一口是吃不成胖子”的，随着本套博客系统的推出，当我们完成了本阶段的学习后，我想我们已经积累了很多的知识点，再回过头来看一些大作，如：《ARM体系结构与编程》也不会那么吃力了，我当时初学时，就通读了这篇大作，说实话，当时只理解了不到20%，现在再回头看看，感觉理解的要深得多了。

最后，由于我们是在LINUX环境下进行开发的，建议对不了解LINUX操作系统的朋友找一本书来看看，建议也不要通读，用一点，学一点，学一点，用一点，慢慢积累，这样等经过一段时间的学习，也就能慢慢掌握了。 

提到“程序”，大家首先想到的是肯定是我们自己所书写的一行行代码，如C代码、汇编代码。然而，我们仅仅知道这些还是不够的。相信现在学习嵌入式的朋友们，肯定多多少少有一些计算机、单片机的基础知识，计算机（我们常说的INTEL和AMD的CPU）也好，单片机（如8051）也好，他们可不认识我们所写的“代码”，这就像我们和一个不懂“汉语”的外国人说中文一样，他根本不会理解你说的是什么。

CPU所能认识的只是二进制的机器码，通常以.bin结尾，而我们所书写的代码（以C语言为例）被我们称为源文件，通常以.c结尾。这时，就有一个问题摆在我们面前了。在现实生活中，如果遇到外国人，我们可以请一个翻译将我们讲的中文翻译成外语，这样就达到了沟通的目的，而在嵌入式这个特殊领域里，我们也可以找一个“翻译”，它就是----编译器。

编译器的工作就像翻译一样，将我们写的源文件：C代码和汇编代码翻译成CPU所认识的二进制文件，这样CPU就可以执行我们的指令了。注意：在我们现在所用到的编译器通常指预编译器、编译器、汇编器、链接器和反汇编器这些工具的总和，这些工具各自起到不同的作用，在后续的文章中，会一一讲解。这里读者需要理解可执行程序的形成过程：

 

上图是孙鑫老师的C++课程中课件截图，C++程序和我们现在学习的C程序编译的过程原理是一样的，请大家深入理解。

LINUX下的编程基础 、LINUX下的编译器

相信从WINDOWS转向LINUX的程序员都会抱怨，WINDOWS中集成开发平台多的让人眼花，而LINUX至今大部分人还是使用命令行的方式去编辑，编译程序，麻烦得要命。其实LINUX中也有很好的集成开发平台，在我们装好的Fedora中系统自带的一个Eclipse就是一个很典型的开发平台，另外GNU还为我们提供了很多集成开发平台，如KDevelop，只不过目前，大部分LINUX程序员（至少从事嵌入式开发的）还是比较习惯使用古老和命令行开发模式。

这里，我也推荐大家使用命令行的开发模式，初学肯定会遇到困难，不过同样也会有好处的，这样更容易让初学者理解程序的运行机制。

在我们以后的学习中，我们使用的是交叉编译器，arm-linux-　，这里推荐使用天嵌已制作好的，当大家入门后，可以自己制作编译器。之所以称为交叉编译器，是因为，我们在PC机上编辑代码，编译、链接最后形成在ARM平台下执行的程序。（注：x86体系下的编译器为GCC,大家可自行参考GCC手册）

但这点要特别注意：大家一定要安装3.4.5版本，因为我们这里使用编译器主要编译裸奔程序，天嵌提供的另一版本4.3.3对裸奔程序支持不好。具体的安装方法详细天嵌的教程手册:

“TQ2440开发板使用手册V2.5_20100611.pdf”第85页。

A．

这里只简单介绍该命令的使用方法，详细资料可详读参考资料中的《嵌入式LINUX应用开发完全手册》第3章。

-c　　对源文件进行预处理、编译、汇编，但不做链接，生成中间OBJ文件，通常以.o结尾。

-g    添加调试信息

-o　　指定输出文件。如果不指定-o　filename 选项，默认输出为a.out文件。

　 arm-linux-ld

-Ttext     startaddr

-Tdada    startaddr

-Tbss      startaddr

其中-T选项用来指定代码段、数据段、BSS段的起始地址。此外，还可以用来指定的链接脚本。本章中不涉及链接脚本，后续会详述。

知识点：

　　　　可执行程序是由代码段、数据段、BSS段组成的。

　　　　数据段：存放的是初始化的全局变量和静态变量。

　　　　BSS段：存放的是未初始化的全局变量和静态变量。

 

 

 

 

．　arm-linux-objcopy

用于将一个目标文件复制到另一个文件内，可以使用不同于源文件的格式输出到目的文件。常用于格式转化。

-O    用于指定输出的文件格式。如二进制 –O binary

-I　　 用于指定源文件的格式

-S　　不从源文件中复制重定位信息和符号信息到目标文件

．　arm-linux-objdump

用于显示二进制文件住处。常用于进行反汇编，方便调试。

-D　　反汇编所有段

-m　　指定反汇编目标文件所使用的架构，如 –m arm 指定为ARM体系架构。

-b    指定输入文件的格式，这不是必须的，arm-linux-objdump能自动识别多种格式。

　Makefile

关于Makfile要介绍的实在是太多了，这里仅简单进行说明，请大家参考《GNU　makefile　手册》。

目标（target）……. : 信赖（prerequiries）…

                                           :命令（command）

　　这里需要注意的是命令前面一定要使用TAB键，不能用空格。请参照后面的实例进行学习，看手册不要看得太多，要边学边用，这样才会达到最好的效果。

LED 硬件介绍

TQ2440开发板使用的是S3C2440　CPU，请大家学习本章的同时，参看S3C2440手册。

S3C2440有130复用I/O口。从GPA~~GPJ，其中需要注意的是没有GPI端口。这些端口和单片机的P0~P3口十分相似，初学者可以完成“当成”是单片机的IO口来操作。

为了点亮我们开发板的LED，我们参考一下天嵌开板的原理图。

上述原理图分别取自于核心板原理图和扩展板原理图。上图表明，4个LED连接在CPU的GPB5、6、7、8端口，而且是共阳的连接方式，如果要使其点亮，我们应该在这些端口中输出“0”。

寄存器简介

请大家参看手册。

GPIO引脚是通过寄存器来操纵的，由于GPIO引脚大部分都是复用功能，除了通用的I/O端口外，还有其它的功能，在上图中可以看出，GPB5还有一个名称叫“nXBACK”，因此，我们需要一个寄存器来选择它是通用的I/O功能还是额外的功能，这个寄存器就叫GPBCON。

除了GPBCON，GPB端口还有两个寄存器：GPBDAT，GPBUP。GPBDAT用于确定引脚的电平状态，当读操作时，读该寄存器就可以知道引脚是高电平或低电平；当写操作时，向寄存器中写0或1　，就可以操纵引脚了。

三个寄存器的地址：

GPBCON   0x56000010

GPBDAT    0x56000014

GPBUP     0x56000018

实例分析

下面列举出的是韦东山老师的代码：

@******************************************************************************

@ File：led_on.S

@ 功能：LED点灯程序，点亮LED1

@******************************************************************************      

.text                                    @定义一个代码段

.global _start　　　　　　　　　　　　　　 @定义一个全局入口

_start:     　　　　　　　　　　　　　　　@全局入口处

            LDR     R0,=0x56000010       @ R0设为GPBCON寄存器。此寄存器

                                                                @ 用于选择端口B各引脚的功能：

                                                                @ 是输出、是输入、还是其他

            MOV     R1,#0x00000400       

            STR     R1,[R0]                          @ 设置GPB5为输出口, 位[10:9]=0b01

            LDR     R0,=0x56000014       @ R0设为GPBDAT寄存器。此寄存器

                                                                @ 用于读/写端口B各引脚的数据

            MOV     R1,#0x00000000    @ 此值改为0x00000020,

                                                                @ 可让LED1熄灭

            STR     R1,[R0]                          @ GPB5输出0，LED1点亮

MAIN_LOOP:

            B       MAIN_LOOP

　

　除了韦东山老师的注释，我又增加了一些，如果看这段程序还吃力的同学，请查阅《ARM体系结构与编程》中的相关章节，请注意，只要看懂上述代码即可，不求将所有的指令全掌握。

上述代码只是源文件，我们还需将其编译成可执行的.BIN文件，请看下面的Makefile文件。 

led_on.bin : led_on.S                                                                              #由led_on.S源文件生成led_on.bin文件

         arm-linux-gcc -g -c -o led_on.o led_on.S　　　　　　　 #将源文件编译，但不链接，生成led_on.o中间文件

         arm-linux-ld -Ttext 0x0000000 -g led_on.o -o led_on_elf    #将中间文件链接成起始地址为0x0000000的.elf文件

         arm-linux-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin           #将.elf可执行文件的格式转化成.BIN格式

         cp  led_on.bin /opt/machoe/tftpboot –f                                    #将生成的.BIN文件复制到TFTP目录下，见第一章。

clean:

         rm -f   led_on.bin led_on_elf *.o

 

在文章发表后，我会将源代码打包，放到网上，网址稍后会公布出来。

在该文件夹下，点击make，可以看到下图：

上图表明，我们已经成功编译，下面就烧录到开发板中，验证一下我们的实验结果。

具体的操纵方法如下（详见第一章）：

1.       打开MINICOM。

2.       启动开发板，从NOR　FLASH启动。

3.       按q退出BOOTLOADER。

4.       使用如下命令烧写并执行程序，见下图：

这时我们会在开发板中看到，第一个LED被点亮。

请大家熟悉操纵流程，并试着自己改一下代码，点亮两个LED。以上部分所涉及的知识点较多，希望大家不要满足，多参考其它资料以充实。

1.韦东山　《嵌入式LINUX应用开发完全手册》　第2、3、5章

2.杜春雷　 《ARM体系结构与编程》　　　　指令介绍章节

3.三星公司　《S3C2440手册》　　　　　　　指令介绍章节和第9章

4.《GNU　GCC手册》

5.《GNU　Makefile 手册》