Raspberry PI 系列 —— 裸機點亮LED燈

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背景

近期剛買了Raspberry PI B+，配置執行了官方提供的Raspbian系統，折騰了一周Linux系統，感覺沒啥意思，于是就試著想了解底層的啟動流程。通過幾天的研究，發現最底層部分的啟動是由官方提供的bootcore.bin和start.elf文件來執行（應該是對硬件設備的初始化。如MMU等），之后由下一部分kernel.img的_start接管。

為了真正驗證此流程，于是想利用GPIO控制LED燈，幾經折騰最終成功點亮LED，現記錄于此。

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外設地址編碼

要想控制GPIO管腳就必須知道GPIO管腳的地址，在ARM架構中外設IO一般採用統一編碼。BCM2835將外設地址0x7E00000映射到RAM的0x20000000。如0x7E200000則為0x20200000。以下是總線地址、物理地址、虛擬地址關系圖：

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GPIO擴展口

本次我們要通過板子上預留的GPIO管腳來控制LED燈，這里必須了解這些管腳的含義，B+版本號的GPIO口擴展到了40腳，下圖是B與B+的GPIO管腳差別：

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GPIO寄存器

在BCM2835中，共同擁有54個GPIO管腳。當中GPIO寄存器有GPFSELn、GPSETn、GPCLRn等，以下詳細描寫敘述這些寄存器的作用：

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·????????寄存器 GPFSEL0 ~ GPFSEL5 ---- 功能寄存器，指定管腳為輸入、輸出等, ?每3位決定一個管腳：

o???000 = GPIO Pin 9 is aninput

o???001 = GPIO Pin 9 is anoutput

o???100 = GPIO Pin 9 takesalternate function 0

o???101 = GPIO Pin 9 takesalternate function 1

o???110 = GPIO Pin 9 takesalternate function 2

o???111 = GPIO Pin 9 takesalternate function 3

o???011 = GPIO Pin 9 takesalternate function 4

o???010 = GPIO Pin 9 takesalternate function 5

當中:(寄存器---地址---描寫敘述)

* GPFSEL0 --- 0x7E200000 --- 決定GPIO0-GPIO9管腳的功能

* GPFSEL1 --- 0x7E200004 --- 決定GPIO10-GPIO19管腳的功能

* GPFSEL2 --- 0x7E200008 --- 決定GPIO20-GPIO29管腳的功能

* GPFSEL3 --- 0x7E20000c --- 決定GPIO30-GPIO39管腳的功能

* GPFSEL4 --- 0x7E200010 --- 決定GPIO40-GPIO49管腳的功能

* GPFSEL5 --- 0x7E200014 --- 決定GPIO50-GPIO53管腳的功能

·????????寄存器 GPSET0 - CPSET1 ---- 設為1, 每一位決定一個管腳

o???0 = No effect

o???1 = Set GPIO pin n

當中:(寄存器---地址---描寫敘述)

* GPSET0 --- 0x7E20001C --- 決定GPIO0-GPIO31管腳

* GPSET1 --- 0x7E200020 --- 決定GPIO32-GPIO53管腳

·????????寄存器 GPCLR0 - GPCLR1 ---- 設為0, 每一位決定一個管腳

o???0 = No effect

o???1 = Clear GPIO pin n

當中:(寄存器---地址---描寫敘述)

* GPSET0 --- 0x7E200028 --- 決定GPIO0-GPIO31管腳

* GPSET1 --- 0x7E20002C --- 決定GPIO32-GPIO53管腳

樣例 --- 設置GPIO16為低電平

不多說了。該介紹的，前面已經介紹過了。直接上代碼：

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.section .init

.globl _start

_start:

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ldr r0,=0x20200000

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/* Set GPIO16 to output mode(001) */

mov r1,#1

lsl r1,#18

str r1,[r0,#4] /* GPFSEL1(決定GPOI10 - GPIO19) */

?

/* Clear GPIO16 */

mov r1,#1

lsl r1,#16

str r1,[r0,#40] /* GPCLR0(決定GPOI0 - GPIO31) */

?

/*

* Loop over this forevermore

*/

loop$:

b loop$

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結果：

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總結

經過了多次的嘗試最終點亮了LED燈。盡管如今想起。可能非常easy，當這畢竟是零的突破，在這一小步中，掌握了非常多知識，如總線地址、物理地址的關系，怎樣看GPIO寄存器，ARM的匯編指令等等，有了這一步的成功我就能進行很多其它復雜的實驗。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Raspberry PI 系列 —— 裸机点亮LED灯的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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