Raspberry PI 系列 —— 裸机点亮LED灯
背景
最近刚买了Raspberry PI B+，配置运行了官方提供的Raspbian系统，折腾了一周Linux系统，感觉没啥意思，于是就试着想了解底层的启动流程，通过几天的研究，发现最底层部分的启动是由官方提供的bootcore.bin和start.elf文件来执行（应该是对硬件设备的初始化，如MMU等），之后由下一部分kernel.img的_start接管。为了真正验证此流程，于是想利用GPIO控制LED灯，几经折腾终于成功点亮LED，现记录于此。
外设地址编码
要想控制GPIO管脚就必须知道GPIO管脚的地址，在ARM架构中外设IO一般采用统一编码，BCM2835将外设地址0x7E00000映射到RAM的0x20000000，如0x7E200000则为0x20200000，下面是总线地址、物理地址、虚拟地址关系图：
GPIO扩展口
本次我们要通过板子上预留的GPIO管脚来控制LED灯，这里必须了解这些管脚的含义，B+版本的GPIO口扩展到了40脚，下图是B与B+的GPIO管脚区别：
GPIO寄存器
在BCM2835中，共有54个GPIO管脚，其中GPIO寄存器有GPFSELn、GPSETn、GPCLRn等，下面具体描述这些寄存器的作用：
· 寄存器 GPFSEL0 ~ GPFSEL5 ---- 功能寄存器，指定管脚为输入、输出等, 每3位决定一个管脚：
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 --- 决定GPIO0-GPIO9管脚的功能
* GPFSEL1 --- 0x7E200004 --- 决定GPIO10-GPIO19管脚的功能
* GPFSEL2 --- 0x7E200008 --- 决定GPIO20-GPIO29管脚的功能
* GPFSEL3 --- 0x7E20000c --- 决定GPIO30-GPIO39管脚的功能
* GPFSEL4 --- 0x7E200010 --- 决定GPIO40-GPIO49管脚的功能
* GPFSEL5 --- 0x7E200014 --- 决定GPIO50-GPIO53管脚的功能
· 寄存器 GPSET0 - CPSET1 ---- 设为1, 每一位决定一个管脚
o 0 = No effect
o 1 = Set GPIO pin n
其中:(寄存器---地址---描述)
* GPSET0 --- 0x7E20001C --- 决定GPIO0-GPIO31管脚
* GPSET1 --- 0x7E200020 --- 决定GPIO32-GPIO53管脚
· 寄存器 GPCLR0 - GPCLR1 ---- 设为0, 每一位决定一个管脚
o 0 = No effect
o 1 = Clear GPIO pin n
其中:(寄存器---地址---描述)
* GPSET0 --- 0x7E200028 --- 决定GPIO0-GPIO31管脚
* GPSET1 --- 0x7E20002C --- 决定GPIO32-GPIO53管脚
例子 --- 设置GPIO16为低电平
不多说了，该介绍的，前面已经介绍过了，直接上代码：
.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(决定GPOI10 - GPIO19) */
/* Clear GPIO16 */
mov r1,#1
lsl r1,#16
str r1,[r0,#40] /* GPCLR0(决定GPOI0 - GPIO31) */
/*
* Loop over this forevermore
*/
loop$:
b loop$
结果：
总结
经过了多次的尝试终于点亮了LED灯，虽然现在想起，可能非常简单，当这毕竟是零的突破，在这一小步中，掌握了很多知识，如总线地址、物理地址的关系，如何看GPIO寄存器，ARM的汇编指令等等，有了这一步的成功我就能进行更多复杂的实验。