Raspberry PI 系列 —— 裸機點亮LED燈
背景
最近剛買了Raspberry PI B+，配置運行了官方提供的Raspbian系統，折騰了一週Linux系統，感覺沒啥意思，於是就試着想了解底層的啓動流程，通過幾天的研究，發現最底層部分的啓動是由官方提供的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），之後由下一部分kernel.img的_start接管。爲了真正驗證此流程，於是想利用GPIO控制LED燈，幾經折騰終於成功點亮LED，現記錄於此。
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則爲0x20200000，下面是總線地址、物理地址、虛擬地址關係圖：
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，這裏必須瞭解這些管腳的含義，B+版本的GPIO口擴展到了40腳，下圖是B與B+的GPIO管腳區別：
GPIO寄存器
在BCM2835中，共有54個GPIO管腳，其中GPIO寄存器有GPFSELn、GPSETn、GPCLRn等，下面具體描述這些寄存器的作用：
· 寄存器 GPFSEL0 ~ GPFSEL5 ---- 功能寄存器，指定管腳爲輸入、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
其中:(寄存器---地址---描述)
* 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 ---- 設爲1, 每一位決定一個管腳
o 0 = No effect
o 1 = Set GPIO pin n
其中:(寄存器---地址---描述)
* GPSET0 --- 0x7E20001C --- 決定GPIO0-GPIO31管腳
* GPSET1 --- 0x7E200020 --- 決定GPIO32-GPIO53管腳
· 寄存器 GPCLR0 - GPCLR1 ---- 設爲0, 每一位決定一個管腳
o 0 = No effect
o 1 = Clear GPIO pin n
其中:(寄存器---地址---描述)
* GPSET0 --- 0x7E200028 --- 決定GPIO0-GPIO31管腳
* GPSET1 --- 0x7E20002C --- 決定GPIO32-GPIO53管腳
例子 --- 設置GPIO16爲低電平
不多說了，該介紹的，前面已經介紹過了，直接上代碼：
.section .init
.globl _start
_start:
ldr r0,=0x20200000
/* 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$:
b loop$
結果：
總結
經過了多次的嘗試終於點亮了LED燈，雖然現在想起，可能非常簡單，當這畢竟是零的突破，在這一小步中，掌握了很多知識，如總線地址、物理地址的關係，如何看GPIO寄存器，ARM的彙編指令等等，有了這一步的成功我就能進行更多複雜的實驗。