劉光然

（湖北經(jīng)濟學(xué)院 電子工程系，湖北 武漢430205）

1.初識 arm

學(xué)習(xí)ARM，首先要清楚ARM為何物。

ARM的全稱Advanced RISC Machines。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，因此既使得 ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。

說這么多，只用記住ARM是一個公司名字，也是一種處理器的通稱（運用ARM公司技術(shù)，生產(chǎn)的處理器，統(tǒng)稱為ARM處理器）。

其次弄清楚ARM與單片機的聯(lián)系與區(qū)別。

單片機是屬于微控制器，ARM是微處理器，單片機更多的是強調(diào)在控制領(lǐng)域的使用，可以使用匯編語言或者c語言編程。而ARM在某種意義上來說它是一種高級的單片機，其各項功能更加強大，編程使用arm匯編語言或者arm匯編語言與c語言混合編程，也就是必須使用匯編語言，增加了開發(fā)難度。

2.Arm裸板編程

2.1 Arm裸板編程步驟

（1）看電路原理圖，確定硬件電路模塊的連接方式；

（2）查看電路中各個芯片的芯片手冊，了解芯片的工作原理；

（3）編寫代碼。

2.2 Arm硬件電路原理圖

為了讓初學(xué)者能夠順利入門，本文選取了一個簡單的硬件電路，采用ARM芯片點亮三盞LED燈，如圖1所示，3個發(fā)光二極管分別通過3個限流電阻連接到了arm9芯片上的3個管腳，分別是GPF4,GPF5,GPF6。

發(fā)光二極管的工作原理（只看GPF4這一路）：電源VCC（3.3V）到發(fā)光二極管D1，再通過限流電阻，接到arm芯片“GPF4”這個管腳上。只要“GPF4”輸出低電平，D1兩端才會有電流流過，這樣 D1 才會亮。即“GPF4=0”時，D1 亮；“GPF4=1”時，由于LED1兩端電壓一樣，沒有壓差，所以沒電流，則不會亮。

圖1 ：ARM與發(fā)光二極管硬件原理圖

2.3 查看芯片手冊

上小節(jié)討論的電路的工作原理，那么如何來控制GPF4管腳的電平呢？這就需要查閱電路中芯片的說明書——芯片手冊，打開芯片手冊s3c2440芯片手冊，搜索GPF4。通過定位找到第九章I/O port，發(fā)現(xiàn)需要配置“配置寄存器”（GPFCON）和“數(shù)據(jù)寄存器”（GPFDAT）這兩個寄存器來達到控制引腳的目的。

配置寄存器GPFCON：ARM芯片的同一個管腳可以實現(xiàn)不同的功能，即你給它配置的參數(shù)不一樣，它所對應(yīng)的功能也就不一樣，可以是“輸出”也可以是“輸入”，再或者是其他功能（中斷等）。而芯片手冊告訴我們GPFCON的具體用法如圖2所示：

圖2 ：GPFCON功能表

如果我們想要GPF4具有輸出功能，以便接下來給管腳輸出高低電平的話，我們就要配置“GPFCON[9：8]”這兩位，使其等于“01”，這樣GPF4功能就是“Output”，也就是輸出功能。

數(shù)據(jù)寄存器GPFDAT：此寄存器的功能就是讓我們設(shè)置GPF各個管腳的電平，通過查芯片手冊如圖3所示：

圖3 ：GPFDATE寄存器

芯片手冊上說，當引腳被設(shè)置成“輸出引腳”時，“GPFDAT”中的比特0就對應(yīng)于“GPF0”，比特1就對應(yīng)GPF1，比特2就對應(yīng)GPF2…比特7對應(yīng)GPF7。

假如想GPF4上接的二極管亮的話，我們就要配置比特4，對比特4置數(shù)0。

通過上面的敘述，我們已經(jīng)明確了在ARM上點亮LED燈的具體操作方法，那我們?nèi)绾斡贸绦驅(qū)崿F(xiàn)上面的操作呢。由于程序是arm匯編語言和c語言混合編程，因此在下一節(jié)詳細介紹程序代碼。

3.程序代碼及釋義

程序包括crt0.S，leds.c，makefile三個文件。

由于makefile關(guān)于編譯生成二進制文件。對于理解arm裸板編程原理暫時忽略。

首先分析crt0.S.

1-3行是匯編語言的語法格式，表示匯編的開始。

第4行把地址0x53000000裝入r0寄存器中，第5行把數(shù)值0裝入寄存器r1中，第6行，把數(shù)值0裝入到地址0x53000000。地址0x53000000是arm處理器中的看門狗寄存器地址，通過給這個寄存器賦值0，關(guān)閉看門狗功能。

第7行設(shè)置堆棧地址的值為4k，堆棧是向下生長的。

第8行匯編程序跳至c語言中的main函數(shù)。

第9-10行表示匯編中的死循環(huán)。

這個匯編程序的作用就是關(guān)看門狗，設(shè)置堆棧，然后跳到c中的main函數(shù)。

再來分析leds.c:

程序解釋如下：

1-2行是宏定義將GPFCON定義為物理地址0x56000050里面的內(nèi)容。將GPFDAT定義為物理地址0x56000054里面的內(nèi)容。

3-5行宏定義GPF4_out,GPF5_out,GPF6_out為GPFCON中分別對應(yīng)GPF4,GPF5,GPF6引腳所對應(yīng)的比特位。

6-9行為一個延時程序。

10-22行為主函數(shù)。

第12行定義一個無符號的長整型變量i，為下面輸入GPFDAT中的數(shù)據(jù)服務(wù)。

第13行用GPFCON這個寄存器配置引腳功能，使得GPF4，GPF5，GPF6引腳的功能為輸出。

14-18行是一個while循環(huán)。

第16行，通過設(shè)置GPFDAT，使 GPF4,GPF5,GPF6引腳輸出高電平1，發(fā)光二極管燈滅。

第17行，通過設(shè)置GPFDAT，使 GPF4,GPF5,GPF6引腳輸出高電平0，發(fā)光二極管燈亮。

4.結(jié)語

目前的教材和出版文獻對于講授arm裸板編程入門并沒有一個很好的解決辦法，本文通過一個簡單實例發(fā)光二極管的裸板程序?qū)崿F(xiàn)，實現(xiàn)了零基礎(chǔ)的arm裸板編程，降低了學(xué)習(xí)門檻，便于初學(xué)者入門。

附錄A

Makefile程序代碼：

[1]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008，（8）.

[2]杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3]詹榮開.嵌入式系統(tǒng)BootLoader技術(shù)內(nèi)幕[OL].http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-btloader/.

[4]徐海兵.GNU make中文手冊[Z].

[5]Samsung electronics.S3C2440A USER’S MANUAL[Z].

[6]GNU Make.Richard M.Stallman，Roland McGrath，Paul D.Smith.

[7]Arthur Griffith.GCC：The Complete Reference.McGraw-Hill/Osborne.

[8]葛中海，尤新芳.Protel Dxp2004簡明教程與考證指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010，（2）.