4.4 【案例实战】微处理器的两种编程方式

对于嵌入式微处理器，根据项目的复杂程度以及任务数量，可以分为带操作系统编程和裸机编程。其中裸机编程主要通过操作微处理器的寄存器达到项目需求的效果，比较典型的就是传统的单片机编程方式；带有操作系统的微处理器编程方式比较简单，工程师只需要关注代码如何实现的逻辑功能，其中微处理的寄存器被封装成库函数，提供给工程师调用。在任务调度方面，工程师只需要将任务的调度逻辑实现就可以。下面通过两个具体的案例帮助大家理解。

4.4.1 微处理器裸机系统的GPIO操作

微处理器的裸机编程其实就是单片机编程。现在使用比较多的是STM32系列单片机，这个系列的单片机就属于裸机编程（带有操作系统的除外）。STM32系列单片机在国内比较流行是因为它的配套环境，首先是多种IDE支持STM32系列单片机，其次就是STM32官方提供标准库函数和HAL库，大大简化了STM32开发复杂度。这一章采用i.MX6ull微处理器用裸机方式实现GPIO操作，大家会发现，没有库函数、没有集成开发环境、没有操作系统以后，裸机开发的工作量非常大。

在4.3.2小节中，介绍了ARM处理器的7种工作模式。对于这款i.MX6ull微处理器来说，它的内核是ARM Cortex-A7，因此裸机编程的默认工作模式是SVC。第一步需要设置这个微处理器的SVC工作模式，具体操作如下。

Step 1 新建一个设置SVC模式的汇编文件，i.MX6ull没有提供官方的启动文件，因此需要自己动手写，如图4-8所示。

Step 2 配置微处理器的寄存器并使能时钟，如图4-9所示。

Step 3 编写操作GPIO的主函数，控制LED灯灭500ms然后亮500ms，周而复始，如图4-10所示。

Step 4 配置文件和主函数写好后，编写Makefile文件，如图4-11所示。

Step 5 执行make指令，如图4-12所示。

Step 6 插入SD卡，然后选择连接到虚拟机，如图4-13所示。

Step 7 SD卡连接到虚拟机以后就能够将生成的led.bin文件直接复制到SD卡中，如图4-14所示。

Step 8 将SD卡插上板卡，上电效果如图4-15和图4-16所示。

4.4.2 微处理器移植Linux系统的GPIO操作

读者如果没有单片机的编程经验，对于4.4.1小节的裸机编程会感到非常复杂，因为微处理器的裸机编程，首先要求工程师要对芯片技术参数非常清楚，最低要掌握常用的寄存器。但是如果在移植好的Linux系统里编程就显得比较轻松了，这里选择第1章介绍过的树莓派开源硬件。本章案例就是采用树莓派来操作其自身的GPIO，为了给读者展示效果，专门在GPIO上接了一个LED灯，通过灯的亮灭更能体现效果。

Step 1使用树莓派通过C语言的方式操作GPIO，需要下载安装树莓派的C语言的支持库wiringPi库。然后使用命令gpio readall来查看树莓派的型号和GPIO的分布，如图4-17所示。

Step 2 在安装完wiringPi库并查看GPIO口以后，选择GPIO. 27引脚，然后在树莓派的目录里新建一个led.c文件，新建命令为touch led.c，接着使用vim led.c打开并编写下述程序代码。

Step 3 使用交叉编译工具（后面章节会介绍）编译led.c文件，编译的时候一定要关联wiringPi库，否则编译器会报错。这里使用的命令是：gcc-o led-lwiringPi led.c。最后使用目标文件./led使其执行，如图4-18所示。

Step 4 可以看到LED灯会以一秒的时间间隔周期闪烁，并闪烁10次，效果如图4-19和图4-20所示。

通过对比两个案例实战的GPIO操作，很明显在系统上编程更有效率。对于系统上的编程，只需要配置相应的支持库，不需要关心微处理器的底层寄存器。但是裸机编程不单单要写主函数，还需要对底层的寄存器进行配置，工作量比较大。