第一个跑马灯程序

    最近准备转行做嵌入式，随弄来一块S3C44B0X的板子，准备好好研究一下。

    板子便宜货，没啥特别完善的资料，都是和网上差不多的ADS环境。

    因为平时还要上班，花了几个晚上的时间，总算是把u-boot和uClinux的编译和下载过程弄熟了。这不，好不容易等来一个周末，决心一定要弄出点名堂来，不能再在门外徘徊了。

    先说说工作环境。
    主机（自己家的，研究Linux内核的那个是公司的><）：
        CPU: C4 2.93G
        Memory: 2G
        硬盘: 很大 ~o~
        网络: 电信ADSL 2M
        OS: WinXP SP2
    虚拟机（VirtualBox）：
        Memory: 512M
        OS: Ubuntu 7.10 JeOS
        硬盘: 2G + 4G VDI
        网络: 共享主机网络
    开发板：
        MPU: S3C44B0X 66M
        ROM: 8M Flash
        RAM: 2M SDRAM
        IDE: 有
        USB: 1.1
        LCD: 单色128x64
        COM: RS232 UART x 2
        JTAG: 有
        网卡: RTL8019 10M
        其它: 1 x 4键盘，1 x 3 LED，还有其它一些东西是啥我也不懂，再说- -

    因为没多余的网卡，又不想断网，所以先用串口的蜗牛传输撑着吧。其实除了下载uClinux等待时间比较BT以外，对于自己写的程序还好，一般就几k不到，再慢的速度也无所谓倒是。

    其实附送资料上的示例程序里早有了跑马灯，按着文档上的方法跑了一遍，虽然执行正常但是毫无感觉，完全搞不明白是怎么回事，换句话说，毫无成就感。我心想这可不行，这跟没学差不多，等想想办法了。

    仔细想想最莫名其妙的部分就是ADS的一堆设置，以及代码里一些奇怪的外部符号比如|Image$$RO$$Base|之类的，不知道是怎么来的，后来google了老半天才知道是ADS的设置参数。这些东西一来就搞的人头晕眼花的，于是我决定换一个思路，扔掉ADS，手动搞定这一切。

    说起手动，不是一件容易的事情。本来我准备在板子上裸奔的，但发现自己过于菜鸟，一时半会还弄不出一个bootloader来。搞得不好一个周末下来，马没跑成，我的热情都跑光了。

    经过一阵迷茫，我突然想起了u-boot，这个之前我载完uClinux就扔掉的东西。这个开源的bootloader真是好处多多啊，既是bootloader，又能充当BIOS，甚至就像是个没有FS的DOS，可以直接跑裸机程序，但又不需要费劲去弄中断初始化之类的工作。

    于是我的方案就出来了，u-boot引导后，用loadb命令装载我的程序到RAM，然后用go命令跳转到程序入口点执行！

    做人不能光耍嘴皮子，这就立刻动手！

    为了验证我的方案可行，决定先写一个自动重启的程序，思路很简单，直接跳转到00000000h，也就是中断向量表中reset中断的位置执行。代码只有一行：
        mov    pc, #0

reset.s

.text     mov    pc, #0

    注意，因为使用GNU工具链有着各种各样的好处，并且对我来说也是轻车熟路，因此这里的汇编语法是GNU AS的语法，不熟悉的人自己google去吧，其实和ADS的ARMASM没什么本质的不同。

    因为这程序太简单了，连Makefile也没必要写，在Linux下执行：
        arm-elf-as -o reset.o reset.s
        arm-elf-objcopy -O binary -R .comment -R .note -S reset.o reset.bin

    于是乎就得到了裸机程序reset.bin，大小只有4字节，汗，因为就只有一个指令。

    OK，给板子加电，打开超级终端，进入u-boot，输入loadb 0xC0000000后把reset.bin传过去，瞬间就传完了（因为只有4字节。。汗），然后go 0xC0000000。

    成功！板子立刻重启了。这证明了我的方案是可行的，剩下的活就是怎么点灯了。

    因为我是极度菜鸟，完全不知道怎么下手，看示例代码又完全不知所云。无奈使出google大法，找了一大堆资料。最后我明白了问题的关键就在于I/O（ARM的可编程I/O，PGIO）上，但是由于该芯片的I/O端口是复用的，所以需要编程操作I/O控制寄存器。

    顺便提一个概念。与x86机器有很大的不同，ARM是统一编址的（这个概念我以前也只有在课本上见过XD），而x86是独立编址，也就是说存储器和设备寄存器的编址是分开的，因此我们通常需要in out指令来操作IBM PC硬件寄存器，而所谓的硬件端口其实就是不同于存储器的另一套编址方式。对ARM来说，设备寄存器和存储器的编址是统一的，也就是说，直接通过mov等传送指令就可以访问硬件寄存器。独立编址和统一编址各有利弊，这里不做讨论，有兴趣的人请回去补习计算机体系结构。

    S3C44B0X这款芯片的硬件寄存器被映射到了物理地址01c00000h~01ffffffh之间4M的地址空间里，对它们访问则可以控制硬件。

    我看到网上某篇文章讲到，LED0和LED1通过23(nGCS4)和24(nGCS5)号引脚连接到S3C44B0X芯片，而根据S3C44B0X芯片手册，nGCS4和nGCS5引脚受PCONB控制寄存器控制，当该寄存器的第9位PB9或第10位PB10为1时，通过访问PDATB的第9位或第10 位则可以控制LED0和LED1，低电平LED亮，高电平LED灭。

    看起来并不难，动手写了个C文件按照该文所说实现了一个程序led.c，并且在跑马灯结束后自动reset，Linux下：
       arm-elf-gcc -nostdinc -c -o led.o led.c
       arm-elf-objcopy -O binary -R .comment -R .note -S led.o led.bin

    用loadb（不写参数默认载到0x0c008000）载到板上跑了下一看，无效。。。。而且死机（没有reset）。

    我郁闷，经过无数的检查之后恍然大悟，直接objcopy led.o，由于led.c里并没有函数入口点，默认入口点会被当作是00000000h，而我的程序是跑在0c008000h处。这么一来，长跳转和函数调用的目标地址都会比正确值小0x0c008000，那当然会有问题了！于是需要这么干：
       arm-elf-gcc -c -o led.o led.c
       arm-elf-ld -nostdinc -Ttext 0x0c008000 -o led.elf led.o
       arm-elf-objcopy -O binary -R .comment -R .note -S led.elf led.bin

    载到板上，还是无效！不过不会死机了。

    继续郁闷，突然想起来早上泡的衣服还没晾，急急忙忙去晾衣服。在晾衣服的过程中，我突然想到了是不是由于那文章所用的板和我的不一样，因此发光二极管接的位置也不同？于是洗完衣服后我急忙翻出PCB原理图看了起来。幸好大学时候没白费光阴，多少还是能看懂一些的。根据原理图，我发现我的板子LED0~2分别接在117(GPC1)、116(GPC2)、115(GPC3)三个引脚上，并且三个LED都多接了一个反相器(74HC04)，如下图。看来果然问题就出在这里。

    我重新翻出I/O控制寄存器表，发现这三个引脚是由PCONC控制的，哈，这下好办了。根据资料，我把先前的程序又改了一下，编译通过，载到板子，成功！ LED灯终于亮了！不过亮灭是反的。。。怎么回事呢？问题就出在那三个反向器，我把它们给忘了，先前参考的文章里是没有它们的。于是把高低电平反过来，编译，下载，运行，成功！这次LED终于如预期般的亮灭了。

    喜悦之余也感叹前面的路途遥远，点个灯都这么难，自己还是太菜了。

    最后奉上源代码和Makefile：

led.c

#define PCONC   ((volatile int *)0x1d20010)
#define PDATC   ((volatile int *)0x1d20014)
#define PUPC    ((volatile int *)0x1d20018)

void init(void);
void led(int, int);
void delay(int);

void entry(void)   /* 对于裸机C程序，入口函数必须放在文件的最前面 */
...{
    init();
    while (1) ...{
        led(1, 1);      /* 点亮LED1 */
        delay(1000);    /* 延时 */
        led(2, 1);      /* 点亮LED2 */
        delay(1000);
        led(3, 1);      /* 点亮LED3 */
        delay(1000);
        led(1, 0);      /* 熄灭LED1 */
        delay(1000);
        led(2, 0);      /* 熄灭LED2 */
        delay(1000);
        led(3, 0);      /* 熄灭LED3 */
        delay(1000);
    }
}

void init(void)
...{   /* 下面两句将PCONC寄存器的PC1、PC2、PC3都置为01，意为将其作为LED输出 */
    *PCONC &= ~0xa8;
    *PCONC |= 0x54;
}

void led(int num, int light)
...{
    if (light)
        *PDATC |= 1 << num;      /* 点亮第num盏灯 */
    else
        *PDATC &= ~(1 << num);   /* 熄灭第num盏灯 */
}

void delay(int times)
...{
    volatile int i;   /* volatile声明防止下面的循环被编译器和谐 */
    for (i = 0; i < (times << 10); ++i);   /* 非精确延时，临时方法 */
}

Makefile

CC = arm-elf-gcc
AS = arm-elf-as
LD = arm-elf-ld
OBJCOPY = arm-elf-objcopy
ADDRESS = 0x0c008000

.PHONY : all clean

all : led.bin

clean :
    rm -f led.bin
    rm -f led.o
    rm -f led.elf
    rm -f led.S

led.bin : led.elf
    $(OBJCOPY) -O binary -R .comment -R .note -S $< $@
    chmod a-x $@

led.elf : led.o
    $(LD) -Ttext $(ADDRESS) -nostdinc -o $@ $<
    chmod a-x $@

led.o : led.S
    $(AS) -o $@ $<

led.S : led.c
    $(CC) -S -o $@ $<

    在u-boot下使用loadb命令，通过超级终端把led.bin下载到开发板的RAM里，然后通过go 0x0c008000命令跳转到程序入口点即可。板子和我的不同的可以根据资料自行修改。