零基础arm裸板编程入门

刘光然

（湖北经济学院 电子工程系，湖北 武汉430205）

1.初识 arm

学习ARM，首先要清楚ARM为何物。

ARM的全称Advanced RISC Machines。ARM是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得 ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

说这么多，只用记住ARM是一个公司名字，也是一种处理器的通称（运用ARM公司技术，生产的处理器，统称为ARM处理器）。

其次弄清楚ARM与单片机的联系与区别。

单片机是属于微控制器，ARM是微处理器，单片机更多的是强调在控制领域的使用，可以使用汇编语言或者c语言编程。而ARM在某种意义上来说它是一种高级的单片机，其各项功能更加强大，编程使用arm汇编语言或者arm汇编语言与c语言混合编程，也就是必须使用汇编语言，增加了开发难度。

2.Arm裸板编程

2.1 Arm裸板编程步骤

（1）看电路原理图，确定硬件电路模块的连接方式；

（2）查看电路中各个芯片的芯片手册，了解芯片的工作原理；

（3）编写代码。

2.2 Arm硬件电路原理图

为了让初学者能够顺利入门，本文选取了一个简单的硬件电路，采用ARM芯片点亮三盏LED灯，如图1所示，3个发光二极管分别通过3个限流电阻连接到了arm9芯片上的3个管脚，分别是GPF4,GPF5,GPF6。

发光二极管的工作原理（只看GPF4这一路）：电源VCC（3.3V）到发光二极管D1，再通过限流电阻，接到arm芯片“GPF4”这个管脚上。只要“GPF4”输出低电平，D1两端才会有电流流过，这样 D1 才会亮。即“GPF4=0”时，D1 亮；“GPF4=1”时，由于LED1两端电压一样，没有压差，所以没电流，则不会亮。

图1 ：ARM与发光二极管硬件原理图

2.3 查看芯片手册

上小节讨论的电路的工作原理，那么如何来控制GPF4管脚的电平呢？这就需要查阅电路中芯片的说明书——芯片手册，打开芯片手册s3c2440芯片手册，搜索GPF4。通过定位找到第九章I/O port，发现需要配置“配置寄存器”（GPFCON）和“数据寄存器”（GPFDAT）这两个寄存器来达到控制引脚的目的。

配置寄存器GPFCON：ARM芯片的同一个管脚可以实现不同的功能，即你给它配置的参数不一样，它所对应的功能也就不一样，可以是“输出”也可以是“输入”，再或者是其他功能（中断等）。而芯片手册告诉我们GPFCON的具体用法如图2所示：

图2 ：GPFCON功能表

如果我们想要GPF4具有输出功能，以便接下来给管脚输出高低电平的话，我们就要配置“GPFCON[9：8]”这两位，使其等于“01”，这样GPF4功能就是“Output”，也就是输出功能。

数据寄存器GPFDAT：此寄存器的功能就是让我们设置GPF各个管脚的电平，通过查芯片手册如图3所示：

图3 ：GPFDATE寄存器

芯片手册上说，当引脚被设置成“输出引脚”时，“GPFDAT”中的比特0就对应于“GPF0”，比特1就对应GPF1，比特2就对应GPF2…比特7对应GPF7。

假如想GPF4上接的二极管亮的话，我们就要配置比特4，对比特4置数0。

通过上面的叙述，我们已经明确了在ARM上点亮LED灯的具体操作方法，那我们如何用程序实现上面的操作呢。由于程序是arm汇编语言和c语言混合编程，因此在下一节详细介绍程序代码。

3.程序代码及释义

程序包括crt0.S，leds.c，makefile三个文件。

由于makefile关于编译生成二进制文件。对于理解arm裸板编程原理暂时忽略。

首先分析crt0.S.

1-3行是汇编语言的语法格式，表示汇编的开始。

第4行把地址0x53000000装入r0寄存器中，第5行把数值0装入寄存器r1中，第6行，把数值0装入到地址0x53000000。地址0x53000000是arm处理器中的看门狗寄存器地址，通过给这个寄存器赋值0，关闭看门狗功能。

第7行设置堆栈地址的值为4k，堆栈是向下生长的。

第8行汇编程序跳至c语言中的main函数。

第9-10行表示汇编中的死循环。

这个汇编程序的作用就是关看门狗，设置堆栈，然后跳到c中的main函数。

再来分析leds.c:

程序解释如下：

1-2行是宏定义将GPFCON定义为物理地址0x56000050里面的内容。将GPFDAT定义为物理地址0x56000054里面的内容。

3-5行宏定义GPF4_out,GPF5_out,GPF6_out为GPFCON中分别对应GPF4,GPF5,GPF6引脚所对应的比特位。

6-9行为一个延时程序。

10-22行为主函数。

第12行定义一个无符号的长整型变量i，为下面输入GPFDAT中的数据服务。

第13行用GPFCON这个寄存器配置引脚功能，使得GPF4，GPF5，GPF6引脚的功能为输出。

14-18行是一个while循环。

第16行，通过设置GPFDAT，使 GPF4,GPF5,GPF6引脚输出高电平1，发光二极管灯灭。

第17行，通过设置GPFDAT，使 GPF4,GPF5,GPF6引脚输出高电平0，发光二极管灯亮。

4.结语

目前的教材和出版文献对于讲授arm裸板编程入门并没有一个很好的解决办法，本文通过一个简单实例发光二极管的裸板程序实现，实现了零基础的arm裸板编程，降低了学习门槛，便于初学者入门。

附录A

Makefile程序代码：

[1]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2008，（8）.

[2]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2003.

[3]詹荣开.嵌入式系统BootLoader技术内幕[OL].http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-btloader/.

[4]徐海兵.GNU make中文手册[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简明教程与考证指南[M].北京：电子工业出版社，2010，（2）.