ARM架构——用汇编语言点亮 LED

一、开发环境与硬件基础

1.1 IMX6ULL-Mini 开发板介绍

1.2.1 编译工具：gcc-linaro 交叉编译器

1.2.2 代码编辑：Visual Studio Code

1.2.3 辅助工具

二、LED 点亮的底层逻辑

2.1 引脚配置三步骤

2.1.1 复用功能配置（IOMUXC）

2.1.2 电气特性配置（IOMUXC）

2.1.3 引脚方向配置（GPIO）

2.2 LED 开关逻辑

2.3 LDR 与 STR 详解

三、汇编代码实现 LED 闪烁

四、编译与烧写

4.1 手动编译步骤

4.2 Makefile 简化编译

4.3 程序烧写与测试

4.3.1 SD 卡烧写

4.3.2 开发板测试

五、核心概念解答

一、开发环境与硬件基础

1.1 IMX6ULL-Mini 开发板介绍

IMX6ULL-Mini 开发板是由正点原子提供的, 搭载NXP生产i.MX6ULL的SOC, 主打高性能、低功耗与紧凑体积。整个开发板由核心板与底板组成，核心板通过双列直插方式与底板连接。

核心板：六层板
- CPU：NXP i.MX 6ULL Cortex-A7 单核处理器，主频 528MHz（工业级）或 800MHz（商业级）467, BGA 封装
- 内存：512MB DDR3L RAM，支持高速数据存取。
- 存储：8GB eMMC，支持多种启动模式（SD卡、NAND、eMMC）
- 屏幕：4.3寸屏 800*480分辨率
底板
- 红色 led 灯提供用户可控的的 led 灯
- 蓝色 led 灯是电源指示灯
- 510 欧姆限流电阻作用防止电流过大保护灯珠。

1.2.1 编译工具：gcc-linaro 交叉编译器

拷贝 gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz 到 /usr/local/arm
解压 sudo tar -xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
删除 sudo rm gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
配置回家目录，修改环境变量配置文件 vi .bashrc
- export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/
重启虚拟机：reboot
检查编译器版本：arm-linux-gnueabihf-gcc -v

1.2.2 代码编辑：Visual Studio Code

安装Visual Studio Code
- 汇编高亮插件:Arm Assembly
创建工程文件夹 \IMX6ULL\led_asm
创建启动代码 start.S（注意大写S后缀，会进行预处理，后期用到一些宏）

1.2.3 辅助工具

烧写工具：imxdownload（IMX6ULL 专用 SD 卡烧写工具）
串口工具（可选）：用于调试输出，本次实验暂不涉及

二、LED 点亮的底层逻辑

IMX6ULL 的 LED 控制本质是GPIO 外设寄存器操作，需完成 3 步初始化 + 1 步运行时控制，核心依赖汇编的 LDR（读取寄存器）和 STR（写入寄存器）指令。

2.1 引脚配置三步骤

参考 IMX6ULL 参考手册和底板原理图，本次控制GPIO1_IO03 引脚（对应红色 LED）：

2.1.1 复用功能配置（IOMUXC）

GPIO 引脚默认可能不是 GPIO 功能，需通过复用寄存器配置为 GPIO 模式：

寄存器地址：IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 = 0x020C4068
配置值：低 4 位设为 0101（对应 GPIO 功能）

2.1.2 电气特性配置（IOMUXC）

设置引脚的驱动能力、上下拉等电气参数，避免信号不稳定：

寄存器地址：IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03（需查阅手册确认具体地址）
核心配置：根据 LED 驱动需求设置（如默认配置可满足基础点灯）

2.1.3 引脚方向配置（GPIO）

设置 GPIO 为输出模式（LED 需要主动输出高低电平）：

寄存器地址：GPIO1_GDIR（GPIO1 端口方向寄存器）
配置逻辑：对应位设为 1（输出），0 为输入；GPIO1_IO03 对应第 3 位，故设置GPIO1_GDIR |= (1<<3)

2.2 LED 开关逻辑

LED 灯珠采用低电平点亮（原理图设计），通过 GPIO 数据寄存器控制：

寄存器地址：GPIO1_DR（GPIO1 端口数据寄存器）
点亮：对应位设为 0（GPIO1_DR &= ~(1<<3)）
熄灭：对应位设为 1（GPIO1_DR |= (1<<3)）

2.3 LDR 与 STR 详解

指令	功能	示例
LDR <Rt>, =<addr>	将寄存器地址加载到目标寄存器 Rt	ldr r0, =0x020C4068（r0 = 复用寄存器地址）
STR <Rt>, [<Rn>]	将 Rt 的值写入 Rn 指向的内存地址（寄存器）	str r1, [r0]（将 r1 的值写入 r0 指向的复用寄存器）

三、汇编代码实现 LED 闪烁

要实现闪烁，需在 "点亮 - 延时 - 熄灭 - 延时" 之间循环，延时通过汇编空指令实现（利用 CPU 执行指令的时间差）：

.global _start ; ============================================== ; ARM异常向量表 (Exception Vector Table) ; ARM架构规定从0x00000000开始的32字节为异常向量表 ; 每个异常占4字节，依次对应8种异常类型 ; ============================================== _start: ldr pc, =_reset_handler ldr pc, =_undef_handler ldr pc, =_software_handler ldr pc, =_prefect_handler ldr pc, =_data_abort_handler nop ldr pc, =_irq_handler ldr pc, =_fiq_handler ; ============================================== ; 异常处理函数（默认原地死循环，防止异常逃逸） ; 新手阶段暂不处理具体异常，仅做兜底 ; ============================================== _undef_handler: b _undef_handler _software_handler: b _software_handler _prefect_handler: b _prefect_handler _data_abort_handler: b _data_abort_handler _irq_handler: b _irq_handler _fiq_handler: b _fiq_handler ; ============================================== ; 复位处理函数（系统上电/复位后第一个执行的核心函数） ; ============================================== _reset_handler: cpsid i ; 失能irq cps #0x12 ldr sp, =0x82000000 cps #0x1F ldr sp, =0x84000000 cpsie i ; 使能irq bl led_init ; ============================================== ; 主循环：LED闪烁逻辑 ; ============================================== finish: bl led_on bl led_delay bl led_off bl led_delay b finish ; ============================================== ; LED初始化函数：配置GPIO引脚（以IMX6ULL为例） ; 步骤：1.复用功能 2.配置电气特性 3.设置引脚为输出 ; ============================================== led_init: ; 复用功能 ldr r0, =0x020E0068 ldr r1, [r0] bic r1, r1, #0x1F orr r1, r1, #0x05 str r1, [r0] ; 电气特性 ldr r0, =0x020E02F4 ldr r2, =0x10B0 str r2, [r0] ; 引脚方向 ldr r0, =0x0209C004 ldr r1, [r0] orr r1, r1, #(1 << 3) str r1, [r0] bx lr ; ============================================== ; LED点亮函数：拉低GPIO1_IO03引脚（低电平点亮） ; ============================================== led_on: ldr r0, =0x0209C000 ldr r1, [r0] bic r1, r1, #(1 << 3) str r1, [r0] bx lr ; ============================================== ; LED熄灭函数：拉高GPIO1_IO03引脚（高电平熄灭） ; ============================================== led_off: ldr r0, =0x0209C000 ldr r1, [r0] orr r1, r1, #(1 << 3) str r1, [r0] bx lr ; ============================================== ; 简单延时函数：通过循环递减实现延时 ; ============================================== led_delay: ldr r0, =0x7FFFF loop: cmp r0, #0 ble fin sub r0, r0, #1 b loop fin: bx lr

四、编译与烧写

4.1 手动编译步骤

执行以下命令：

（1）汇编：将.S 文件转为目标文件（.o）

arm-linux-gnueabihf-gcc -c start.S -o start.o -g

-c：只汇编不链接
-o：指定输出文件
-g：保留调试信息

（2）链接：将目标文件链接到指定地址（IMX6ULL 的 SD 卡启动地址为 0x87800000）

arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 start.o -o start.elf

-Ttext：指定代码段起始地址

（3）格式转换：将 ELF 文件转为开发板可执行的二进制文件（.bin）

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

-O binary：输出二进制格式
-S：去除符号信息
-g：去除调试信息

（4）反汇编（可选）：将 ELF 文件转为汇编代码（用于调试）

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

4.2 Makefile 简化编译

# 定义工具链变量，简化后续命令 COMPILER = arm-linux-gnueabihf- CC = $(COMPILER)gcc LD = $(COMPILER)ld OBJCOPY = $(COMPILER)objcopy OBJDUMP = $(COMPILER)objdump # 目标：最终生成的二进制文件 start.bin : start.S $(CC) -c start.S -o start.o -g # 汇编 $(LD) -Ttext 0x87800000 start.o -o start.elf # 链接 $(OBJCOPY) -O binary -S -g start.elf start.bin # 格式转换 $(OBJDUMP) -D start.elf > start.dis # 反汇编（可选） # 伪目标：清理编译产物 clean: rm -f start.o start.elf start.bin start.dis # 伪目标：烧写程序到SD卡 load: ./imxdownload start.bin /dev/sdb

使用方法：