| LED流水灯 象棋小子 1048272975 嵌入式教程中流水灯以及程序教程中的”Hello world”都有其特殊的意义，意味着入门。笔者此处也不例外，分别以汇编、c语言在IAR下点流水灯作为S5PV210入门程序。点流水灯之前必须对芯片有基本的认识，包括其指令集、流水线等内核架构，基本的启动流程，基本的编译器开发特性等，只有这样点亮的流水灯才算实现其意义。 1. 指令集S5PV210是Cortex-A8内核，该内核为ARMv7-A架构，支持两个最主要的指令集：32位ARM指令集以及16/32位Thumb-2指令集。ARM指令集每条指令采用32位长度，具有最高的效率，但也需要更多的代码空间，ARM指令集是向后兼容的，即ARMv7-A的处理器几乎可以直接执行ARMv4架构的ARM指令集代码(如ARM7的应用代码)。Thumb-2是Thumb的扩展指令集，在ARMv6架构前，Thumb作为16位指令集，是作为ARM指令集的子集，它是为了减小代码量而提出的，并不完整，只支持通用功能，无法脱离ARM指令集。在ARMv7架构中，Thumb-2作为必备指令集，它支持16/32混合指令模式，几乎实现了所有的ARM指令集功能，并且效率接近ARM指令集，代码密度接近Thumb指令集。Thumb-2指令集的引入意味着程序存储器可以更小，在一些Cache应用中，相同容量的指令Cache可以缓存更多的指令，提高了指令Cache命中率，间接提升了内核性能。例如，对于Cortex-M内核，更是只支持Thumb-2指令集，因此一般无特殊情况，对于ARMv7内核，也可以直接采用Thumb-2指令集。 2. 流水线S5PV210内核Cortex-A8配置了先进的超标量体系结构管线，能够同时执行多条指令，提供超过2.0 DMIPS/MHZ，集成了32k/32k的指令/数据一级缓存以及512k的二级缓存，从而达到最快的读取速度和最大的吞吐量，使用了先进的分支预测威廉希尔官方网站
，并且具有专用的NEON整形和浮点型管线进行媒体和信号处理。 Cortex-A8流水线架构基于双对称、顺序发射的13级流水线，硬件上具有I/D Cache、分支预测结构，因此指令在流水线的流入流出过程变得不明确，但仍可以通过统计分析其大概的过程。 S5PV210在上电启动后，最先执行内部BL0代码，代码只初始化并开启I Cache，其它D Cache、L2 Cache、分支预测均是关闭的，设置了CPU主频为400M，最后是跳转到用户的BL1代码。我们在BL1中的流水灯代码根据以上信息，可以设计一个较精确的软件延时函数，每次访问I Cache均会命中，每次访问D Cache均从主存读取，需要相应周期的等待延时，每次跳转均会分支预测失败，清流水线需额外13个CPU时钟。在一个实用的系统中，I/D Cache、分支预测等硬件功能必须开启，不然CPU性能大大打折扣。 3. 汇编实现汇编代码中有两点需要注意: 1) ARMv7-A架构推荐基本用Thumb-2指令集，有相当好的效率以及较好的代码密度，BL0跳转到BL1时是ARM状态，因此BL1流水灯第一条指令为ARM指令，切换到Thumb状态后开始执行Thumb-2指令。 2) 此处避开链接器功能，不使用链接文件，编写的流水灯代码应该是位置无关的，即代码加载进任意RAM位置都是可以正确执行的。
; IO port for controling LEDs GPM0_4_BASE EQU 0xE0200340 ; GPM04 Base Address GPD0_BASE EQU 0xE02000A0 GPCON_OFS EQU 0x00 ; Control Register Offset GPDAT_OFS EQU 0x04 ; Data Register Offset
LED1 EQU 4 ; GPM04_4->LED1 LED2 EQU 5 ; GPM04_5->LED2 LED3 EQU 6 ; GPM04_6->LED3 LED4 EQU 7 ; GPM04_7->LED4 BEEP EQU 0 ; GPD0_0->BEEP
SEC tiON RESET:CODE:NOROOT(2) PUBLIC __iar_program_start
ARM __iar_program_start BL Reset THUMB Reset BL Gpio_Init
Loop LDR R0, =GPM0_4_BASE LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] BIC R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED1 on LDR R7, =1000 ; delay 1s BL Delay_ms ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] BIC R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED2 on LDR R7, =1000 ; delay 1s BL Delay_ms ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] BIC R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED3 on LDR R7, =1000 ; delay 1s BL Delay_ms ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] BIC R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED4 on LDR R7, =1000 ; delay 1s BL Delay_ms ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] LDR R0, =GPD0_BASE LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; BEEP on LDR R7, =1000 ; delay 1s BL Delay_ms BIC R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] B Loop Gpio_Init LDR R0, =GPM0_4_BASE LDR R1, [R0, #GPCON_OFS] BIC R1, R1, #(0xf<<(LED1<<2)) ORR R1, R1, #(0x1<<(LED1<<2)) ; GPM04_4 output led1 STR R1, [R0, #GPCON_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED1 off
LDR R1, [R0, #GPCON_OFS] BIC R1, R1, #(0xf<<(LED2<<2)) ORR R1, R1, #(0x1<<(LED2<<2)) ; GPM04_5 output led2 STR R1, [R0, #GPCON_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED2 off LDR R1, [R0, #GPCON_OFS] BIC R1, R1, #(0xf<<(LED3<<2)) ORR R1, R1, #(0x1<<(LED3<<2)) ; GPM04_6 output led3 STR R1, [R0, #GPCON_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED3 off LDR R1, [R0, #GPCON_OFS] BIC R1, R1, #(0xf<<(LED4<<2)) ORR R1, R1, #(0x1<<(LED4<<2)) ; GPM04_7 output led4 STR R1, [R0, #GPCON_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ORR R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; LED4 off LDR R0, =GPD0_BASE LDR R1, [R0, #GPCON_OFS] BIC R1, R1, #(0xf<<(BEEP<<2)) ORR R1, R1, #(0x1<<(BEEP<<2)) ; GPD0_0 output STR R1, [R0, #GPCON_OFS] LDR R1, [R0, #GPDAT_OFS] BIC R1, R1, #(1< STR R1, [R0, #GPDAT_OFS] ; BEEP off BX LR
; ARM CLOCK 400M Delay_ms LDR R6, =13333 ; 延时1ms Delay2 SUBS R6, R6, #1 ; 单发射 cycle 1 ; 跳转清流水线,以下指令均只用作填充流水线 MOV R0, R0 ; 双发射 cycle 1 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 2 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 3 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 4 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 5 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 6 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 7 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 8 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 9 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 10 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 11 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 12 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 13 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 14 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 15 MOV R0, R0 ; 单发射 cycle 16 MOV R6, R6 ; 单发射 cycle 17 BNE Delay2 ; 跳转会清流水线，13个ARM CLOCK,cycle 30
SUBS R7, R7, #1 BNE Delay_ms BX LR END 4. C实现C代码中需要注意两点: 1) 需要汇编指令跳转到c函数，链接器默认链接.intvec段做为代码的开头，需一条跳转汇编指令链接到代码起启位置，用来跳转到c入口。 SECTION .intvec:CODE:NOROOT(2) PUBLIC __iar_program_start ARM __iar_program_start EXTERN main BLX main END 2）c文件中不要尝试使用c库以及使用全局变量、静态变量等，因为此处避开链接器功能，不使用链接文件，编写的流水灯代码c运行环境都是BL0初始化的，是位置无关的，只有栈是有效的。
#include "stdint.h"
// IO port for controling LEDs
#define GPM04_BASE 0xE0200340 // GPM04 Base Address
#define GPD0_BASE 0xE02000A0
#define GPCON_OFS 0x00 // Control Register Offset
#define GPDAT_OFS 0x04 // Data Register Offset
#define MP0_4CON_REG (*(volatile uint32_t *)(GPM04_BASE+GPCON_OFS))
#define MP0_4DAT_REG (*(volatile uint32_t *)(GPM04_BASE+GPDAT_OFS))
#define GPD0CON_REG (*(volatile uint32_t *)(GPD0_BASE+GPCON_OFS))
#define GPD0DAT_REG (*(volatile uint32_t *)(GPD0_BASE+GPDAT_OFS))
#define LED1 4 // GPM0_4->LED1
#define LED2 5 // GPM0_5->LED2
#define LED3 6 // GPM0_6->LED3
#define LED4 7 // GPM0_7->LED4
#define BEEP 0 // GPD0_0->BEEP
void Delay_ms(uint32_t Count)
{
//延时1ms,共延时nCountms
// Arm clock为400M,循环体每次30个Arm clock
int32_t temp1 = 13333;
int32_t temp2 = 0;
asm volatile (
"Delay_ms_0:n"
"mov %0, %2n"
"Delay_ms_1:n"
"subs %0, %0, #1n" // 单发射 cycle 1
// 跳转清流水线,以下指令均只用作填充流水线
"mov %1, %1n" // 双发射 cycle 1
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 2
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 3
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 4
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 5
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 6
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 7
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 8
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 9
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 10
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 11
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 12
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 13
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 14
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 15
"mov %1, %1n" // 单发射 cycle 16
"mov %0, %0n" // 单发射 cycle 17
"bne.w Delay_ms_1n" // 跳转会清流水线,13级流水线,cycle 30
"subs %1, %1, #1n" // 调用者确保nCount不为0
"bne.w Delay_ms_0n"
: "+r"(temp2), "+r"(Count): "r"(temp1): "cc"
);
}
void Gpio_LED1(uint8_t On)
{
if (On) {
MP0_4DAT_REG &= ~(1<
} else {
MP0_4DAT_REG |= (1<
}
}
void Gpio_LED2(uint8_t On)
{
if (On) {
MP0_4DAT_REG &= ~(1<
} else {
MP0_4DAT_REG |= (1<
}
}
void Gpio_LED3(uint8_t On)
{
if (On) {
MP0_4DAT_REG &= ~(1<
} else {
MP0_4DAT_REG |= (1<
}
}
void Gpio_LED4(uint8_t On)
{
if (On) {
MP0_4DAT_REG &= ~(1<
} else {
MP0_4DAT_REG |= (1<
}
}
void Gpio_Beep(uint8_t On)
{
if (On) {
GPD0DAT_REG |= (1<
} else {
GPD0DAT_REG &= ~(1<
}
}
void Gpio_Init(void)
{
// GPM04_4 output led1, off
MP0_4CON_REG = (MP0_4CON_REG & (~(0xf<<(LED1<<2)))) | (0x1<<(LED1<<2));
MP0_4DAT_REG |= (1<
// GPM04_5 output led2, off
MP0_4CON_REG = (MP0_4CON_REG & (~(0xf<<(LED2<<2)))) | (0x1<<(LED2<<2));
MP0_4DAT_REG |= (1<
// GPM04_6 output led3, off
MP0_4CON_REG = (MP0_4CON_REG & (~(0xf<<(LED3<<2)))) | (0x1<<(LED3<<2));
MP0_4DAT_REG |= (1<
// GPM04_7 output led4, off
MP0_4CON_REG = (MP0_4CON_REG & (~(0xf<<(LED4<<2)))) | (0x1<<(LED4<<2));
MP0_4DAT_REG |= (1<
// Beep output, off
GPD0CON_REG = (GPD0CON_REG & (~(0xf<<(BEEP<<2)))) | (0x1<<(BEEP<<2));
GPD0DAT_REG &= ~(1<
}
void main(void)
{
Gpio_Init();
while (1) {
Gpio_LED1(1);
Delay_ms(1000);
Gpio_LED1(0);
Gpio_LED2(1);
Delay_ms(1000);
Gpio_LED2(0);
Gpio_LED3(1);
Delay_ms(1000);
Gpio_LED3(0);
Gpio_LED4(1);
Gpio_Beep(1);
Delay_ms(1000);
Gpio_LED4(0);
Gpio_Beep(0);
}
}
5. 流水灯运行编译器直接编译生成的二进制代码是不满足相应的启动格式的，需要通过SdBoot.exe生成相应的sd/mmc烧录代码，再通过SdBoot.exe把带”_1”后缀的sd/mmc烧录文件烧录进sd/mmc卡，设置目标板从sd/mmc卡启动，即可运行sd/mmc卡里面的流水灯程序。 6. 附录附件为基于OK210、IAR下S5PV210汇编流水灯工程例程以及C流水灯工程例程，SdBoot相关工具。
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