Linux环境下ARM开发-编程知识

前言

主要介绍基于linux开发环境下，如何开发ARM A7

ARM启动及开发基础

1.Cortex-A架构

1）Cortex-A7运行模式

模式	说明
User(USR)	用户模式，非特权模式，大部分程序运行的时候就处于此模式。
FIQ	快速中断模式，进入FIQ中断异常
IRQ	一般中断模式。
Supervisor(SVC)	超级管理员模式，特权模式，供操作系统使用。
Monitor(MON)	监视模式?这个模式用于安全扩展模式。
Abort(ABT)	数据访问终止模式，用于虚拟存储以及存储保护。
Hyp(HYP)	超级监视模式?用于虚拟化扩展。
Undef(UND)	未定义指令终止模式。
System(SYS)	系统模式，用于运行特权级的操作系统任务

2）寄存器组
①包含低寄存器组（R0-R7）、高寄存器组（R8-R5）、堆栈指针SP、链接寄存器LR、程序计数器PC、当前程序状态寄存器CPRS、备份程序状态寄存器SPSR
②除了FIQ模式，其他工作模式共用通用寄存器。SPSR 的作用是当发生异常时备份 CPSR 的状态，也就是说 SPSR 保存的是执行异常处理函数前的 CPSR 的值。CPRS寄存器的M[4:0]为处理器模式控制位。
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2.启动方式

1）启动方式选择
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当mode选择10即内部boot模式时，CFG引脚设置

2）镜像组成
①Image Vector Table简称IVT，IVT里面包含了一系列的地址信息，这些地址信息在ROM 中按照固定的地址存放着。
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②Boot data，启动数据，包含了镜像要拷贝到哪个地址，拷贝的大小是多少等等
③Device configuration data，简称 DCD，设备配置信息，重点是 DDR3 的初始化配置
④用户代码可执行文件，比如 led.bin
imxdownload 所生成的 load.imx 就是在 led.bin 前面加上 IVT+Boot data+DCD。内部 BootROM 会将 load.imx 拷贝到 DDR 中，用户代码是要一定要从 0X87800000 这个地方开始的，因为链接地址为 0X87800000，load.imx 在用户代码前面又有（4-1）3KByte 的 IVT+Boot Data+DCD 数据，因此 load.imx 在 DDR 中的起始地址就是 0X87800000-3072=0X877FF400。

3.汇编基础

1）label：instruction @ comment
2）函数名:
函数体
返回语句
3）伪操作

指令	功能
.byte	定义单字节数据，比如.byte 0x12。
.short	定义双字节数据，比如.short 0x1234。
.long	定义一个 4 字节数据，比如.long 0x12345678。
.equ	赋值语句，格式为：.equ 变量名，表达式，比如.equ num, 0x12，表示 num=0x12。
.align	数据字节对齐，比如：.align 4 表示 4 字节对齐。
.end	表示源文件结束。
.global	定义一个全局符号，格式为：.global symbol，比如：.global _start。

4）存储区访问指令
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5）跳转指令

6）数据传输指令
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7）逻辑运算指令
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8）压栈和出栈指令
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9）算术运算指令
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4.Makefile语法基础

1）目标与依赖
[目标]:[依赖]
[命令]

2）伪目标（不期待生成目标文件）
.PHONY:[依赖]

3）使用变量
①“=”：延迟赋值，该变量只有在调用的时候，才会被赋值
②“:=”：直接赋值，延迟赋值相反，使用直接赋值的话，变量的值定义时就已经确定了。
③“?=”：若变量值为空，则进行赋值，通常用于设置默认值
④“+=”：追加赋值，可以往变量后面增加新的内容
⑤ $(变量名)：调用变量

4）改造规则
①%是通配符功能类似于*
② $@代表目标
③ $<代表第一个依赖文件
④ $^表示所有的依赖文件

5）使用分支

ifeq(arg1, arg2)       #若arg1与arg2值相同则为真
分支1
else
分支2
endif

6）使用函数
格式： $(函数名参数) 或者$ {函数名参数}
① $ (notdir 文件名)：去除文件路径中的目录部分
② $(wildcard 匹配规则)：用于获取文件列表，并使用空格分隔开
③ $(patsubst 匹配规则, 替换规则, 输入的字符串)：当输入的字符串符合匹配规则，那么使用替换规则来替换字符串
④ $(foreach < var>, < list >,< text>)：是把参数< list>中的单词逐一取出来放到参数< var>中，然后再执行< text >所包含的表达式。< text>所返回的每个字符串所组成的整个字符串将会是函数 foreach 函数的返回值

5.Makefile补充

1）调用数学库用“-L”指定库所在的目录

LIBPATH := -lgcc -L /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4

2）-Wall选项意思是编译后显示所有警告
3）-nostdlib 不连接系统标准启动文件和标准库文件.只把指定的文件传递给连接器
4）加入选项“-fno-builtin”表示不使用内建函数
5）添加了选项“-Wa,-mimplicit-it=thumb”，避免报错thumb(拇指？) 条件指令应该在IT（？）块中

$(CC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<

4）加入了“-march=armv7-a -mfpu=neon-vfpv4 -mfloat-abi=hard”指令，这些指令用于
指定编译浮点运算的时候使用硬件 FPU

 $(CC) -Wall -march=armv7-a -mfpu=neon-vfpv4 -mfloat-abi=hard -Wa,-mimplicit-it=thumb -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<

6.编译下载

1）arm-linux-gnueabihf-gcc编译文件

arm-linux-gnueabihf-gcc -g -c led.s -o led.o

其中“-g”选项是产生调试信息，GDB 能够使用这些调试信息进行代码调试。“-c”选项是编译源文件，但是不链接。“-o”选项是指定编译产生的文件名字
2）arm-linux-gnueabihf-ld 链接文件

arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 led.o -o led.elf

-Ttext 就是指定链接地址，“-o”选项指定链接生成的 elf 文件名
3）arm-linux-gnueabihf-objcopy 格式转换

arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin

“-O”选项指定以什么格式输出，后面的“binary”表示以二进制格式输出，选项“-S”表示不要复制源文件中的重定位信息和符号信息，“-g”表示不复制源文件中的调试信息，最终生成led.bin文件
4）arm-linux-gnueabihf-objdump 反汇编

arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis

“-D”选项表示反汇编所有的段
5）给予烧写软件imxdownload 可执行权限:chmod 777 imxdownload
6）确定要烧写的 SD 卡：ls /dev/sd* （或者lsblk）-> 看分区找到对应卡
7）向SD卡烧写bin文件：./imxdownload led.bin /dev/sdb