ARM (6) - I.MX6ULL 汇编点灯迁移至 C 语言 + SDK 移植与 BSP 工程搭建

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一、核心关键字：volatile

1.1 作用

• 告诉编译器：被修饰的变量会被 “意外修改”（如硬件寄存器的值可能被外设自动更新），禁止编译器对该变量进行优化（如缓存到寄存器、删除未显式修改的代码）。
• 本质：确保每次访问变量时，都直接读取 / 写入内存地址，而非使用编译器缓存的 “旧值”。

1.2 寄存器操作中的必要性

以 GPIO 寄存器为例，若不加volatile：

// 错误：编译器可能优化为“只写一次”，后续操作失效
#define GPIO1_DR *((unsigned int *)0x0209C000) 
GPIO1_DR &= ~(1<<3); // 期望拉低引脚
GPIO1_DR |= (1<<3);  // 期望拉高引脚（编译器可能认为“无用”，直接删除）

加volatile后：

// 正确：每次操作都直接访问0x0209C000地址
#define GPIO1_DR *((volatile unsigned int *)0x0209C000) 

二、基础 C 语言点灯实现

2.1 寄存器地址定义

两种常见方式：直接宏定义、结构体封装（推荐后者，更易维护）。

方式 1：直接宏定义

// I.MX6ULL 关键寄存器（引脚复用、GPIO控制)
//int 指令/寄存器是四个字节 
#define IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03   *((volatile unsigned int *)0x020E0068) // 引脚复用控制
#define IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03   *((volatile unsigned int *)0x020E02F4) // 引脚电气属性（上拉/驱动能力）
#define GPIO1_DR   *((volatile unsigned int *)0x0209C000) // GPIO数据寄存器
#define GPIO1_GDIR  *((volatile unsigned int *)0x0209C004) // GPIO方向寄存器（输入/输出） 

// volatile 防止编译器优化:  reg = reg //会被优化掉
// const char *p;
// char * const p;

// ------定义时钟门寄存器地址
#define CCM_CCGR0 *((volatile unsigned int *)0x020C4068)
#define CCM_CCGR1 *((volatile unsigned int *)0x020C406C)
#define CCM_CCGR2 *((volatile unsigned int *)0x020C4070)
#define CCM_CCGR3 *((volatile unsigned int *)0x020C4074)
#define CCM_CCGR4 *((volatile unsigned int *)0x020C4078)
#define CCM_CCGR5 *((volatile unsigned int *)0x020C407C)
#define CCM_CCGR6 *((volatile unsigned int *)0x020C4080)

方式 2：结构体封装（优化访问）

按寄存器地址偏移顺序定义结构体，直接映射到基地址：

// GPIO寄存器结构体（对应I.MX6ULL GPIO模块寄存器偏移）
struct GPIO_t {
    volatile unsigned int DR;        // 数据寄存器（0x00）
    volatile unsigned int GDIR;      // 方向寄存器（0x04）
    volatile unsigned int PSR;       // 状态寄存器（0x08）
    volatile unsigned int ICR1;      // 中断控制1（0x0C）
    volatile unsigned int ICR2;      // 中断控制2（0x10）
    volatile unsigned int IMR;       // 中断屏蔽（0x14）
    volatile unsigned int ISR;       // 中断状态（0x18）
    volatile unsigned int EDGE_SEL;  // 边沿选择（0x1C）
};
// 宏定义GPIO1：结构体指针指向GPIO1基地址0x0209C000
#define GPIO1 (*((struct GPIO_t *)0x0209C000))

2.2 核心功能代码

1. 时钟初始化（必须先使能）

I.MX6ULL 外设默认时钟关闭，需打开对应时钟门控（CCM_CCGRx）：

void clock_init(void) {
    // 打开所有外设时钟（简化操作，实际可按需使能）
    CCM_CCGR0 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR1 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR2 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR3 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR4 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR5 = 0xFFFFFFFF;
    CCM_CCGR6 = 0xFFFFFFFF;
}

2. LED 初始化（引脚复用 + GPIO 配置）

void led_init(void) {
    // 1. 引脚复用：将GPIO1_IO03配置为GPIO功能（复用值0x05）
    IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 = 0x05;
    // 2. 引脚电气属性：上拉、100MHz驱动、速度等级1（0x10B0为标准配置）
    IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0;
    // 3. GPIO方向：设置GPIO1_IO03为输出（GDIR对应位写1）
    GPIO1_GDIR |= (1 << 3)
}

3. LED 控制函数

4.整体main.c

2.3  makefile 编译图表讲解

2.4 优化 Makefile（交叉编译）

针对 ARM 架构（I.MX6ULL）的交叉编译脚本，支持编译、链接、生成 bin 文件、下载：

makefile

# 交叉编译器前缀（需确保环境变量已配置）
COMPLITER = arm-linux-gnueabihf-
CC = $(COMPLITER)gcc       # 编译器
LD = $(COMPLITER)ld        # 链接器
OBJCOPY = $(COMPLITER)objcopy # 格式转换（elf→bin）
OBJDUMP = $(COMPLITER)objdump # 反汇编（elf→dis）

# 目标文件与最终目标
OBJS = start.o main.o      # 依赖的目标文件（start.S是启动汇编）
TARGET = led               # 目标名称

# 生成bin文件：依赖elf，elf依赖o文件
$(TARGET).bin : $(OBJS)
	$(LD) -Ttext 0x87800000 $^ -o $(TARGET).elf # 链接到I.MX6ULL运行地址0x87800000
	$(OBJCOPY) -O binary -S -g $(TARGET).elf $@ #  elf转bin（删除调试信息）
	$(OBJDUMP) -D $(TARGET).elf  > $(TARGET).dis # 生成反汇编文件（调试用）

# 汇编文件（.S）编译为.o
%.o : %.S
	$(CC) -c $^ -o $@ -g # -g：保留调试信息

# C文件（.c）编译为.o
%.o : %.c
	$(CC) -c $^ -o $@ -g

# 清理目标文件
clean:
	rm $(OBJS) $(TARGET).elf $(TARGET).bin $(TARGET).dis -f

# 下载到SD卡（使用imxdownload工具）
load:
	./imxdownload $(TARGET).bin /dev/sdb # /dev/sdb是SD卡设备节点

三、NXP I.MX6ULL SDK 移植

3.1 SDK 使用原则

• SDK（Software Development Kit）包含完整 IDE（需下载器 / 仿真器，成本高），实际仅使用其头文件（标准化寄存器定义，避免硬编码）。
• 1.SDK文件存放位置
      路径：IMAX6ULL/SDK/
      (1).SDK(Software development tools)移植 
      (2).完整开发工具就是一个IDE, 集代码编写、编译、下载于一体的集成开发环境, 类似于keil这种工具，要是用这个需要额外购买一些设备如下载器、编程器、仿真器
      (3).所以只用它的头文件。
• 关键文件：cc.h、core_ca7.h、fsl_common.h、fsl_iomuxc.h、MCIMX6Y2.h（I.MX6ULL 芯片定义）。

3.2 移植步骤（新建工程led_sdk）

1. 工程结构初始化：

   • 拷贝旧工程的start.S（启动汇编）、main.c、Makefile到led_sdk。
   • 拷贝 SDK 所有头文件到工程根目录（或单独文件夹）。

2. 用 SDK 重构代码（简化寄存器操作）：
   SDK 头文件已封装CCM、IOMUXC、GPIO为结构体，直接用->访问：

   #include "MCIMX6Y2.h"   // 包含SDK芯片定义
   #include "fsl_iomuxc.h" // 包含引脚复用函数
   
   void clock_init(void) {
       // SDK已定义CCM结构体，直接访问CCGR寄存器
       CCM->CCGR0 = 0xFFFFFFFF;
       CCM->CCGR1 = 0xFFFFFFFF;
       // ... 其余CCGR寄存器同上
   }
   
   void led_init(void) {
       // 1. SDK函数：设置引脚复用（GPIO1_IO03→GPIO功能，参数2为额外配置）
       IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO03_GPIO1_IO03, 0);
       // 2. SDK函数：设置引脚电气属性（0x10B0为标准配置）
       IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO03_GPIO1_IO03, 0x10B0);
       // 3. GPIO方向配置（SDK已定义GPIO1结构体）
       GPIO1->GDIR |= (1 << 3);
   }
   

3.3 ----led_sdk------更新程序

1、查阅手册 

main.c

led.c

led.h

start.S

四、BSP（板级支持包）工程管理

4.1 工程目录结构（模块化，易维护）

    1.project ：存放必要程序
        main.c start.S
    2.imx6ull ：存放NXP提供的i.mx6ull头文件
        cc.h  core_ca7.h fsl_common.h fsl_iomuxc.h MCIMX6Y2.h
    3.bsp ：存放硬件外设相关功能模块
        led.c led.h beep.c beep.h
    4.Makefile： 需要遍目录

led_bsp/
├── project/          # 主程序目录
│   ├── main.c        # 主函数（调用BSP模块）
│   └── start.S       # 启动汇编（初始化栈、清BSS）
├── imx6ull/          # SDK头文件目录
│   ├── cc.h
│   ├── core_ca7.h
│   ├── fsl_common.h
│   ├── fsl_iomuxc.h
│   └── MCIMX6Y2.h
├── bsp/              # 硬件外设模块目录（按外设拆分）
│   ├── led/
│   │   ├── led.c     # LED驱动实现
│   │   └── led.h     # LED驱动声明
│   └── beep/
│       ├── beep.c    # 蜂鸣器驱动实现
│       └── beep.h    # 蜂鸣器驱动声明
├── Makefile          # 多目录编译脚本（需支持遍历bsp/）
└── imx6ull.lds       # 链接脚本

4.2 BEEP 蜂鸣器驱动（程序）

• 硬件：S8550（PNP型三极管），基极高电平导通（蜂鸣器响）。
• 引脚：假设使用GPIO1_IO04，驱动逻辑与 LED 类似。

beep.h

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H

#include "MCIMX6Y2.h"

void beep_init(void);  // 蜂鸣器初始化
void beep_on(void);    // 蜂鸣器响
void beep_off(void);   // 蜂鸣器停

#endif

beep.c

#include "beep.h"
#include "fsl_iomuxc.h"

void beep_init(void) {
    // 1. 引脚复用：GPIO1_IO04→GPIO功能
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO04_GPIO1_IO04, 0);
    // 2. 引脚电气属性配置
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO04_GPIO1_IO04, 0x10B0);
    // 3. GPIO方向：输出（默认熄灭，先拉低）
    GPIO1->GDIR |= (1 << 4);
    GPIO1->DR &= ~(1 << 4);
}

void beep_on(void) {
    GPIO1->DR |= (1 << 4); // 基极高电平→PNP导通→蜂鸣器响
}

void beep_off(void) {
    GPIO1->DR &= ~(1 << 4); // 基极低电平→PNP截止→蜂鸣器停
}

main.c

makefile 改动

五、链接脚本（imx6ull.lds）

5.1 作用

• 告诉链接器：代码段、数据段、BSS 段的存放地址和顺序（为 I.MX6ULL 启动做准备）。
• 关键：start.S（启动代码）需放在最前面，且需初始化BSS段（未初始化全局变量清 0）。
• 1.链接脚本： imx6ull.lds
    
•  2.链接主要在链接阶段，为连接器提供蓝图；
    
•  3.启动代码需要在进入C语言第一条指令前，将.bss COMMON段初始化清0

5.2 内存段总结----------链接脚本知识点

5.3 脚本内容

SECTIONS
{
    . = 0x87800000;  // 程序运行起始地址（I.MX6ULL DDR地址）

    // 代码段（.text）：先放start.o（启动汇编），再放其他代码
    .text :
    {
        obj/start.o   // 启动代码优先（需确保编译时生成到obj目录）
        *(.*)         // 其他所有.text段（C代码、SDK函数等）
    } 

    // 只读数据段（.rodata）：对齐4字节
    .rodata ALIGN(4) : {*(.rodata*)}

    // 已初始化数据段（.data）：对齐4字节
    .data ALIGN(4) : {*(.data)}

    // BSS段（未初始化全局变量）：标记起始/结束地址，供启动代码清0
    __bss_start = .;  // BSS段起始地址
    .bss ALIGN(4) : {*(.bss) *(COMMON)} // 包含BSS和COMMON段
    __bss_end = .;    // BSS段结束地址
}

5.4 关键注意点

• 启动代码（start.S）需添加BSS段清0逻辑：

  // 清BSS段：从__bss_start到__bss_end，逐个字节写0
  ldr r0, =__bss_start
  ldr r1, =__bss_end
  mov r2, #0
  bss_loop:
      cmp r0, r1
      bge bss_end
      str r2, [r0], #4
      b bss_loop
  bss_end:
  

1.链接脚本的作用？各个段存放什么类型数据

链接脚本的核心作用

• 告诉链接器：代码段、数据段、BSS 段的存放地址和顺序（为 I.MX6ULL 启动做准备）。
• 关键：start.S（启动代码）需放在最前面，且需初始化BSS段（未初始化全局变量清 0）。
• 定义程序的加载地址（如嵌入式系统中指定程序在 RAM 中的运行地址，如 i.MX6ULL 的0x87800000）；
• 规定目标文件中各个 “段（Section）” 的排列顺序和内存分配；
• 标记特殊段（如.bss）的起始和结束地址，供启动代码初始化（如将.bss段清 0）；
• 确保代码段、数据段等按正确的内存对齐方式（如 4 字节对齐）排列，避免硬件访问错误。

各段的作用及存放数据类型

程序被编译后会拆分为多个 “段”，链接脚本通过SECTIONS命令定义这些段的位置和内容：

 

段名称	作用及存放数据类型
.text	代码段，存放可执行代码，包括：汇编指令（如start.S中的初始化代码）、C 语言函数（如main、led_init）。
.rodata	只读数据段，存放常量数据，如：字符串常量（"hello"）、const修饰的全局变量（const int a = 10）。
.data	初始化数据段，存放已初始化的全局变量和静态变量，如：int g_var = 5（非const且有初始值）。
.bss	未初始化数据段，存放未初始化的全局变量、或初始化为0的数据、静态变量及COMMON段（用于存放未初始化的非静态全局变量，如未初始化的大数组int buf[100]）。 特点：程序加载时不占用磁盘空间，运行时需通过启动代码清 0（避免随机值影响）。
__bss_start/__bss_end	不是实际的段，而是链接脚本定义的标记符号，分别表示.bss段的起始和结束地址，供启动代码遍历清 0。

2.编译过程需要哪些工具，分别什么作用？

从源代码（.c、.S）到可执行程序，需经过预处理→编译→汇编→链接→格式转换5 个阶段，对应工具及作用如下：

1. 预处理工具：gcc -E（预处理器）

• 作用：处理源代码中的预处理指令（以#开头），生成纯 C 代码（.i文件）。
• 具体操作：
  • 展开#include头文件（如将#include "led.h"替换为头文件内容）；
  • 替换#define宏定义（如将LED_PIN替换为实际值）；
  • 删除注释、处理条件编译（#if/#else/#endif）。
• 示例：arm-linux-gnueabihf-gcc -E main.c -o main.i

2. 编译工具：gcc -S（编译器）

• 作用：将预处理后的.i文件（纯 C 代码）转换为汇编代码（.s文件）。
• 核心功能：进行语法检查、语义分析、代码优化（如循环展开），最终生成对应架构的汇编指令（如 ARM 架构的ldr、str指令）。
• 示例：arm-linux-gnueabihf-gcc -S main.i -o main.s

3. 汇编工具：gcc -c 或 as（汇编器）

• 作用：将汇编代码（.s）转换为机器码（二进制目标文件，.o）。
• 特点：.o文件是 “relocatable（可重定位）” 的，即代码中的地址是相对地址（需后续链接器处理）。
• 示例：arm-linux-gnueabihf-gcc -c main.s -o main.o 或 arm-linux-gnueabihf-as main.s -o main.o

4. 链接工具：ld（链接器）

• 作用：将多个.o目标文件（如start.o、main.o、led.o）合并为一个可执行文件（.elf）。
• 核心操作：
  • 解析符号引用（如main函数调用led_init时，找到led_init在.text段的实际地址）；
  • 按链接脚本（如imx6ull.lds）分配各段的内存地址（将相对地址转换为绝对地址）；
  • 处理段的对齐和拼接。
• 示例：arm-linux-gnueabihf-ld -T imx6ull.lds start.o main.o -o led.elf

5. 格式转换工具：objcopy

• 作用：将链接生成的.elf文件（包含符号表、调试信息等）转换为纯二进制文件（.bin），适用于嵌入式系统加载。
• 特点：.bin文件仅保留可执行代码和数据，去除调试信息，体积更小，可直接被 CPU 执行。
• 示例：arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary led.elf led.bin

6. 辅助工具：objdump（反汇编器）

• 作用：将.elf文件反汇编为汇编代码（.dis），用于调试（如查看 C 代码对应的汇编指令、定位错误地址）。
• 示例：arm-linux-gnueabihf-objdump -D led.elf > led.dis

总结

• 链接脚本是内存布局的 “规划图”，决定各段在内存中的位置和内容；
• 编译过程是 “源代码→机器码” 的转换链，每个工具负责一个阶段，最终生成可在目标硬件上运行的二进制文件。