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imx6ull裸机开发
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2024-03-23
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imx6ull裸机开发
1.处理器区分：MCU、MPU、AP(Application Processor)
2.GPIO操作方法
3.ARM架构
4.gcc编译
5.段与代码重定位
6.异常、中断与寄存器
6.GPIO中断：
7.IIC集成电路总线
8.SPI全双工同步串行通讯总线
8.CAN总线
9.各种模块
1.IRDA红外遥控模块(3个引脚)：
2.DHT11温湿度模块(3个引脚)：
3.DS18B20温度模块(3个引脚)：
4.SR501人体红外模块(3个引脚)：
5.SR01超声波测距模块(4个引脚)：
6.步进电机模块28BYJ-48：
7.OLED显示模块：
8.DAC(Digital Analog Convector)模块：
9.EEPROM模块AT24C02：
10.GPS模块：
11.ADC实验_光敏模块：

imx6ull裸机开发

1.处理器区分：MCU、MPU、AP(Application Processor)

mcu = cpu + flash + RAM

2.GPIO操作方法

  1. 时钟使能寄存器；
  2. IO功能(复用)寄存器；
  3. 输入/输出寄存器；
  4. 值寄存器；

3.ARM架构

1.RISC精简指令集计算机和CISC复杂指令集计算机（核心：汇编代码）；

2.汇编基本代码：内存访问、数据处理、跳转指令；

3.串口编程：

  1. 确定使用哪个串口并使能该串口的两个引脚；
  2. 设置串口参数：波特率、数据位、校验位、停止位；
  3. 根据状态寄存器读写数据；

4.gcc编译

1.过程：编译、汇编、反汇编、链接；

2.Makefile编写，简化汇编过程指令的操作；

5.段与代码重定位

在EMMC上烧写一个程序led.imx=头部+led.bin，头部中含有后面的led.bin读到那个addr(链接地址/运行地址)，有多长len;上电后运行到ROM内的程序时，会根据头部信息将led.bin复制到内存中，并开始运行。

imx6ull和stm32f157中都有ROM中的程序将led.bin根据头部信息放在指示的位置。 stm32f103就没有这么强大的ROM，只能有程序本身把自己复制到指示的位置。

1.段的概念：将整个程序分成一个一个段，并起个名字，链接时用这个名字来指示这些段，使得这些段排布在合适的位置。内存中有程序段、可读可写数据段、只读数据段、BSS段(存放初始化为0和未初始化的变量，不需要重定位，使用的时候将那一块内存清零)；(局部变量保存在栈里面)(堆是一块空闲的空间，app可以使用malloc管理)；

2.重定位：

  1. 头部信息中的地址(加载地址)和链接地址不一致时需要重定位；
  2. 各个段的重定位。核心：内存的复制；
  3. 使用位置无关码来运行重定位之前的代码(要求只能使用相对跳转指令b、bl，不能用绝对跳转指令idr，不访问全局变量、静态变量、字符串、数组、重定位完后使用绝对跳转指令跳转到**函数的链接地址去)；

3.散列文件和链接脚本

6.异常、中断与寄存器

1.处理过程:

  1. 保存现场(保存各个寄存器到栈中)；
  2. 处理异常(中断)；
  3. 回复现场(从栈中读取各个寄存器的值)；

2.Cortex 7的cpu工作的模式9种：

  1. usr正常模式；
  2. sys系统模式；
  3. monitor模式
  4. Hyp模式
  5. 异常模式：
    1. und未定义指令模式；
    2. svc管理模式(一条指令svc #VAL,因为应用程序和内核程序是分开的，通过这种异常进入内核执行操作)：
    3. abt中止模式;(指令预取中止、数据访问中止)
    4. IRQ中断模式;
    5. FIQ快中断模式(可快速处理)； 3.und未定义指令异常和svc异常：核心都是异常的处理过程，根据开发手册保存恢复寄存器；

4.中断，三个部件：中断源、中断控制器、cpu

5.GIC中断控制器，作用：接收优先级最高的中断源分发给不同的CPU—interface，再发给相应的寄存器；

6.寄存器：

  1. ARM 体系结构提供了十六个 32 位通用寄存器（R0-R15）供软件使用。其中的 15 个（R0-R14）可用于通用数据存储，而 R15 是程序计数器，其值随处理器执行指令而改变。
  2. R13（在所有模式下）是堆栈指针，但是当堆栈操作不需要时，它可以用作通用寄存器。
  3. R14（链接寄存器）保存 BL 分支指令的下一条指令的地址。当它不支持子程序的返回时，它也可以用作通用寄存器。R14_svc，R14_irq，R14_fiq，R14_abt 和 R14_und 同样用于在发生中断和异常时，或者执行转移和链接指令时，备份 R15 的返回值。
  4. R15 是程序计数器并保存当前程序地址（实际上，在 ARM 状态下，它始终指向当前指令之后的八个字节，而在 Thumb 状态下，它始终指向当前指令之后的四个字节，这是原始 ARM1 的三级流水线的遗留特性）。在 ARM 状态下读取R15 时，位[1：0]为零，位[31：2]包含 PC 值。在 Thumb 状态下，位[0]始终读为零。
  5. 程序状态寄存器（CPSR，current programmer status register）包含处理器的状态和一些控制标记位。

image.png

6.GPIO中断：

  1. 使能分发器寄存器GICD_、设置目标cpu_interface；
  2. 使能寄存器GICC_、设置目标processor；
  3. processor读取相应寄存器确定中断；
  4. 清除中断；

7.IIC集成电路总线

1.写寄存器流程：

  1. master发起start；
  2. master发送slave的addr(7位) + w操作(1位)。等待ACK；
  3. slave发送ACK；
  4. master发送寄存器addr(8位)，等待ACK；
  5. slave发送ACK；
  6. master发送date(8位)，等待ACK；
  7. slave发送ACK；
  8. 第六步和第七步可以重复多次，顺序写多个寄存器；
  9. master发起stop；

11.读寄存器流程：

  1. master发起start；（下面先假写）
  2. master发送slave的addr(7bit) + w操作(1bit)，等待ACK；
  3. slave发送ACK；
  4. master发送寄存器addr(8bit)，等待ACK；
  5. slave发送ACK；
  6. master发起restart；
  7. master发送slave的addr(7bit) + r操作(1bit)，等待ACK；
  8. slave发送ACK；
  9. slave发送data(8bit)，即寄存器里的值；
  10. master发送ACK；
  11. 第9步和第10步可以重复多次，即顺序读寄存器里的值；
  12. master发送NO ACK表示读取完成，从机也不用发送ACK；
  13. master发送STOP;

8.SPI全双工同步串行通讯总线

1.四根线：SCLK\CS\MOSI\MISO;

2.MISO和MOSI在SCLK的上升沿变化，在下降沿锁存数据；

3.SPI控制器初始化流程：

  1. 清除 CONFREG 寄存器的 EN 位来复位模块；
  2. 使能 SPI 时钟，具体在 CCM 模块中进行设置；
  3. 配置控制寄存器，并使能 ECSPI_CONFREG 寄存器的 EN 位来让模块工作；
  4. 配置 SPI 引脚，具体在 IOMUX 中设置；
  5. 配置 SPI 引脚，具体在 IOMUX 中设置；

8.CAN总线

CAN总线是一种多主控（Multi-Master）的总线系统。CAN网络的消息是广播式的，即在同一时刻网络上所有节点侦测的数据是一致的，它是一种基于消息广播模式的串行通信总线。

CAN总线分高速CAN和低速CAN，收发器也分为高速CAN收发器（1Mbps）和低速CAN收发器（125Kbps）。低速CAN也叫FaultTolerance CAN，指的是即使总线上一根线失效，总线依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作电平转换，CAN收发器的作用则是把逻辑信号转换为差分信号。

CAN总线采用差分信号传输，通常情况下只需要两根信号线就可以进行正常的通信。在差分信号中，逻辑0和逻辑1是用两根差分信号线的电压差来表示。当处于逻辑1，CAN_High和CAN_Low的电压差小于0.5V时，称为隐性电平（Recessive）；当处于逻辑0，CAN_High和CAN_Low的电压差大于0.9V，称为显性电平（Dominant）。

CAN总线遵从“线与”机制：“显性”位可以覆 盖“隐性”位(和IIC相同)；只有所有节点都发 送“隐性”位， 总线才处于“隐性” 状态。这种“线与”机制使CAN总线呈现显性优先的特性。

CAN网络通信是通过5中类型的帧（Frame）进行的：

  1. 数据帧（Data frame）：节点发送的包含ID和数据的帧，用于发送单元向接收单元传送数据的帧。
  2. 遥控帧（Remote frame）：节点向网络上的其他节点发出的某个ID的数据请求，发送节点收到遥控帧后就可以发送相应ID的数据帧：
  3. 错误帧（Error frame）：节点检测出错误时，向其他节点发送的通知错误的帧
  4. 过载帧（Overload frame）：接收单元未做好接收数据的准备时发送的帧，发送节点收到过载帧后可以暂缓发送数据帧。
  5. 帧间空间（Inter-frame space）：用于将数据帧、遥控帧与前后的帧分隔开的帧。

9.各种模块

1.IRDA红外遥控模块(3个引脚)：

  1. 一根线传输信号，单总线协议；
  2. 红外协议有NEC\SONY\RC5\RC6，常用的是NEC格式；
  3. NEC协议：引导码(9ms的低脉冲+4.5ms的高脉冲) + 数据(地址+地址取反+数据+数据取反)
  4. （注意：发送的数据1和0开始都是0.56ms的低脉冲，对于数据1后面的高脉冲比较长；如果遥控器长按则发送一个9ms的低脉冲+2.25ms的高脉冲的引导码；）

2.DHT11温湿度模块(3个引脚)：

  1. 一根线传输信号，单总线协议；
  2. 通信发送过程：
    1. 主机与DHT11没有通信时，总线处于空闲状态，此时总线电平由于上拉电阻处于高电平；
    2. 主机将对应的GPIO管脚配置为输出，发送一个开始信号(一个低脉冲 + 一个高脉冲。低脉冲至少持续18ms，高脉冲持续20-40us)；
    3. 主机将对应的GPIO管脚配置为输入，准备接收数据，此时信号由上拉电阻拉高；
    4. DHT11发出响应信号(一个低脉冲 + 一个高脉冲。低脉冲持续80us，高脉冲持续80us)；
    5. DHT11发送数据(8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit校验和，数据传输正确时，校验和等于前32位数据的末8位。信号0表示为一个50us的低脉冲+26~28us的高脉冲；信号1表示为一个50us的低脉冲+70us的高脉冲。)
    6. DHT11发送结束信号；

3.DS18B20温度模块(3个引脚)：

  1. 通讯时序：

    1. 最开始引脚上拉为高电平；
    2. 主机必须要拉低至少 480us，复位，随后释放总线，等待15~60us；
    3. 如果GPIO 上连有 DS18B20 芯片，它会拉低 60~240us。
    4. 如果主机在最后检查到 60～240us 的低脉冲，则表示 DS18B20 初始化成功
    5. 写时序：
      1. 如果写 0，拉低至少 60us(写周期为 60-120us)即可；
      2. 如果写 1，先拉低至少 1us，然后拉高，整个写周期至少为 60us 即可。
    6. 读时序：
      1. 主机先拉低至少 1us，随后读取电平，如果为 0，即读到的数据是 0，如果为 1，即可读到的数据是 1。
      2. 整个过程必须在 15us 内完成，15us 后引脚都会被拉高。

  2. DS18B20 中有两类命令：ROM 命令、功能命令

  3. 总线上只一个 DS18B20 设备时，根据下表发送命令、读取数据。因为只有一个 DS18B20，所以不需要选择设备，发出“Skip ROM”命令。然后发户“Convert T”命令启动温度转换；

4.SR501人体红外模块(3个引脚)：

  1. 人体恒温37度，会发出10uM左右特定波长的红外线；
  2. 通过跳线设置是否可以重复触发，默认为 L。其中 L 表示不可重复，H 表示可重复；
  3. 可以调节检测距离，修改封锁时间；
  4. 探测到人体时，红外模块会发生电平跳变，正常为低电平，有人活动跳变为高电平；

5.SR01超声波测距模块(4个引脚)：

  1. 通信时序：
    1. 触发：向Trig脉冲触发引脚发出一个10us的高电平；
    2. 模块自动发送8个40Khz的超声波，遇到障碍物返回；
    3. 回响：模块发送完超声波后，Echo引脚输出高电平，接收到超声波后，Echo引脚输出低电平；
  2. 测量Echo的高电平时间(计数值除频率)×声波的速度340m/s，即可计算来回距离；

6.步进电机模块28BYJ-48：

  1. 其名称的含义为外径 28 毫米四相八拍式永磁减速型步进电机，B：表示是步进电机；Y：表示是永磁式；J：表示是减速型
  2. 4相B-A-D-C 的四节拍操作后，转子转过了1/8圈，每拍11.25度；在单四拍的每两个节拍之间再插入一个双绕组导通的中间节拍，组成八拍模式，每拍5.625度，
  3. 双路有刷直流马达驱动芯片 MX1508，有待机、正转、反转、刹车模式；

7.OLED显示模块：

  1. 驱动芯片 SSD1306可以驱动共阴型 OLED 面板。芯片内部包含晶振、显示 RAM、对比度控制模块以及 256 级亮度控制模块，大大降低了外围元器件数量和功耗。
  2. 为 0.96 寸的屏幕，支持 128×64 像素显示。
  3. 实际上，我们只需要把数据发给 OLED，不需要从 OLED 读取数据，所以 MISO引脚用不到。
  4. 另外，还需要一个 GPIO 来表示发送给 OLED 的是命令，还是数据。低电平是命令，高电平是数据。

8.DAC(Digital Analog Convector)模块：

  1. 性能指标：
    1. 分辨率： N 位 DAC 转换器，其分辨率为：1/（2^N-1）
    2. 精度线性度；
    3. 转换精度：影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差灯；
    4. 转换速度。
  2. 不同类型的DAC有不同的通讯方式，此处选用SPI接口的DAC芯片TLC5615，10位DAC；
  3. 最大输出两倍的参考电压，输出电压out = 2×V(参考)×占空比，范围是0到2×参考电压；
  4. 注意要输出16位，高四位和低二位置0，输出数字值0-1024给芯片前要左移两位；

9.EEPROM模块AT24C02：

  1. 用于掉电保存；
  2. AT24C02 是基于 I2C 总线的存储器件；
  3. 存储容量为2Kbit，即2048bit = 256×8bit = 256 Byte, 其中它被分为32页，每页8Byte。

10.GPS模块：

  1. 使用者接收机（即用户设备），追踪所有的 GPS 卫星，并实时的计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间；
  2. GPS模块为集成模块，主板使用串口与其通信，波特率为 9600bps,1bit 停止位，无校验位；默认每秒输出一次标准格式数据。

11.ADC实验_光敏模块：

  1. 原理：有光照射电阻减小，无光照射高阻状态，在光敏电阻两端加一个电压，ADC检测电压就能得知光照变化；
  2. IMX6ULL 中有 2 个 ADC，每个 ADC 都有 16 个通道；
  3. ADC 精度最大为 12 位，最大采样率是 1M。它还有比较功能，当采样值小于、大于或是等于某个值时，可以设置让它发出中断；
  4. ADC 有 3 种状态：禁止(Disabled)，空闲(IDLE)、正在转换(Performing conversions)。ADC 默认处于禁止状态，需要先配置它才能使用；
  5. 校准后使用，可以选择ADC_HC0 寄存器既可以用于软件触发，也可以用于硬件触发；
  6. 当 ADC 结束时，结果保存在 ADC_Rn 寄存器中，并且 ADC_HS[COCOn](硬件状态寄存器的转换结束标记)将被设置为 1，如果 ADC_HCn[AIEN]=1 的话还会触发中断。
  7. ADC 还有自动求平均值的功能，这叫硬件平均功能。通过 ADC_GC[AVGE]位来使能。
  8. ADC时钟源有4个可以通过 ADC_CFG[ADICLK]来选择；这个时钟还可以进一步分频，通过 ADC_CFG[ADIV]设置分频系数。
  9. 主要的寄存器：
    1. 控制寄存器ADCx_HC0，用来选择通道，用来控制软件触发 ADC；
    2. 状态寄存器 ADCx_HS，它的 BIT0 就是 COCO0，用来表示转换是否完成；
    3. 数据结果寄存器 ADCx_R0有效数据从 BIT0 开始存放，用不到的位值为 0；
    4. 配置寄存器 ADCx_CFG用来配置数据是否覆盖、计算平均值、参考电压、采样周期、时钟源、分频系数、采集速率、转换精度等；
    5. 通用控制寄存器 ADCx_GC来控制校准、转换模式和电压参考选择等；
  10. 代码编写配置过程：
    1. ADC初始化：选定精度、启动校准；
    2. 往 ADC_HC0 寄存器中写入值，选择 ADC 通道，即可启动 ADC 转换；
    3. 获取ADC值；

本文作者:zzw

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