步驟1：材料

對于此項目，您將需要

Raspberry pi 3

七個LEDs

七個220歐姆電阻

一個10k歐姆電阻

一個按鈕

您還需要計算機(jī)設(shè)置程序才能以裸機(jī)方式處理raspberry pi 3。查看我以前的指導(dǎo)，以了解如何為使用pi裸機(jī)設(shè)置環(huán)境。

此項目從開始到結(jié)束大概需要3-4個小時。

好，我們開始吧?。。。?/p>

步驟2：電路

要構(gòu)建此模塊，我們需要一行6個LED分別連接到GPIO 20-25。我們還需要一個連接到GPIO 27的指示燈。該指示燈將向我們指示是否已按下按鈕。最后，我們需要連接按鈕。按鈕的一側(cè)將連接到3.3v，另一側(cè)連接到下拉引腳。我們將使用GPIO 17連接到按鈕。 GPIO 17將成為我們的輸入引腳。 GPIO 17連接到一個10k歐姆的電阻，該電阻連接到地（GND）。我們這樣做是為了確保GPIO 17始終設(shè)置為低電平。如果不是，則該引腳有可能在高點(diǎn)和低點(diǎn)之間放棄，從而給我們帶來隨機(jī)的結(jié)果。為了避免這種情況，我們可以使用電阻較大的電阻將引腳下拉至0v。

在面包板上設(shè)置電路是一個簡單的過程。請遵循上面的電路圖。將引線的短邊連接到GND，將長邊連接到220歐姆電阻。對其他5個不同的led重復(fù)此操作。這樣一來，您總共應(yīng)該連接六個LED。從一端開始，將第一個LED的正極連接到GPIO 20，然后將下一個引腳連接到GPIO 21，依此類推。..最后一個LED應(yīng)該連接到GPIO 25。

對于指示燈led連接led的短端連接到GND，長端連接到220 ohm電阻，然后將電阻連接到GPIO 17。

將按鈕連接到試驗(yàn)板。我使用的按鈕上有四個連接。我們將只使用底部的兩個。將一端連接到正極軌，另一端連接到10k歐姆電阻。將GPIO 17連接到10k電阻。按下按鈕時，它將GPIO 17連接至將引腳設(shè)置為高電平的正極。

將3.3v引腳連接至正極，并將GND引腳連接至負(fù)極。

最后將正軌和負(fù)軌連接在一起，以便可以使用兩側(cè)。

步驟3：代碼：簡介

編碼部分是從上一個閃爍的項目中已經(jīng)學(xué)到的東西建立的。

該項目中的兩個新事物是，我們設(shè)置了堆?？蚣艿氖褂梅绞?，以便我們可以模擬高級功能，并進(jìn)行設(shè)置使用系統(tǒng)時鐘等待特定毫秒數(shù)的等待函數(shù)。

堆棧是一種常見的編程結(jié)構(gòu)。它實(shí)際上是一個地址序列，可用于臨時存儲內(nèi)容。堆棧具有兩個基本功能

您可以將項目推入堆棧頂部

，也可以將項目從堆棧頂部彈出

可以按不同的版本設(shè)置堆棧，但是對于該項目，我們將堅持默認(rèn)配置。當(dāng)您將某些東西推入堆棧時，它會放在頂部。當(dāng)下一件物品被推入堆棧時，新物品將成為頂部，而舊物品將位于其下方。希望您以前曾經(jīng)使用過堆棧，如果沒有的話，可以在網(wǎng)上找到更多更深入的解釋。幸運(yùn)的是，Arm有一個push和pop指令，因此使用堆棧很容易組裝。

我們將要探索的第二件事是訪問系統(tǒng)計時器，這樣我們可以將程序延遲一定的時間。

第4步：代碼：堆棧/堆?？蚣?/p>

設(shè)置要使用的堆棧就像一行代碼一樣簡單。由于鏈接器的設(shè)置方式（kernel.ld），我們在編譯時將所有代碼插入0x8000之后。因此，我們需要將此值移到sp寄存器中。

mov sp，＃0x8000

將其添加到代碼頂部并使用堆棧應(yīng)該沒問題。

現(xiàn)在進(jìn)入堆?？蚣?。堆?？蚣芑旧鲜钱?dāng)我們預(yù)留堆棧的一部分以用于過程調(diào)用時。這使我們能夠?qū)崿F(xiàn)高級語言（如Java和C ++）使用的功能。這些語言使用堆棧來跟蹤函數(shù)調(diào)用。我們可以在匯編中做同樣的事情。

堆?？蚣埽?/p>

要將函數(shù)調(diào)用模擬為高級語言，我們將保留寄存器我們想通過將它們放置在堆棧上來使用，然后如果需要將其用于變量，我們還可以在堆棧中預(yù)留本地內(nèi)存。在函數(shù)末尾，我們必須破壞堆棧幀并將堆棧重置為以前的狀態(tài)。

通常，如果函數(shù)需要返回任何內(nèi)容，則應(yīng)將其放在r0中。/p》

如果函數(shù)接受參數(shù)，則應(yīng)將其放在函數(shù)分支的前面。

堆?？蚣埽篠ETUP

我們通過設(shè)置堆棧框架開始該功能。

push {r7，lr}

mov r7，sp

push {}

ldr，［r7，＃8］ @第一個參數(shù)與r7的偏移量為＃8

然后我們通過清理堆棧框架來結(jié)束堆?？蚣?/p>

pop

pop {r7，lr}

。此過程使我們無需更改任何寄存器即可調(diào)用函數(shù)。它還允許在函數(shù)內(nèi)調(diào)用函數(shù)，因?yàn)槎褩？蚣軐⑹冀K保留lr，因此允許進(jìn)行多個級別的函數(shù)調(diào)用。

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stack frame visual

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0x0 | 《=sp

---------------------------------------

0x4 |

---------------------------------------

0x8 |

---------------------------------------

0x12|

---------------------------------------

0x16|

---------------------------------------

0x20|

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

======================================= Example Function with one argument.

_______________________________________ push {r1} @argument r1=0x1234

b ex_func =======================================

stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 《=sp The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 |

---------------------------------------

0x8 |

---------------------------------------

0x12|

---------------------------------------

0x16|

---------------------------------------

0x20|

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

======================================= ex_func：

push {r7，lr}

mov r7，sp @r7 will equal 0x8

=======================================

stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7 《=sp

---------------------------------------

0x12|

---------------------------------------

0x16|

---------------------------------------

0x20|

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

======================================= push {r1-r3} @using r1，r2，and r3 so we preserve them

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3 saved register

---------------------------------------

0x16| r2 saved register

---------------------------------------

0x20| r1 《=sp saved register

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

=======================================

pop r1，［r7，#8］ @remember r7=0x8， the old sp. To access the argument at 0x0 we need to go up by 8

@thats why we do ［r7，#8］ which is the same as putting the value at 0x0 （0x1234） into r1 sub sp，sp，#8 @moves sp down to create local memory

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3 saved register

---------------------------------------

0x16| r2 saved register

---------------------------------------

0x20| r1 saved register

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty 《=sp

======================================= To end the function we need to move the value to be returned if any into ro

步驟5：代碼：系統(tǒng)計時器

要使用系統(tǒng)計時器設(shè)置延遲，我將其編寫在一個單獨(dú)的文件中，因此也可以在以后的項目中使用。為此，我們基本上需要訪問計時器并獲取初始時間戳。一旦有了，我們將再次訪問時間戳。我們將從最初的時間戳中減去第二個時間戳，并將其與所需的值進(jìn)行比較。

算法非常簡單，最困難的部分是訪問正確的寄存器。

計時器的基地址為0x3f003000

計時器的lo字的偏移量為0x4

計時器的高位字的偏移量為0x8

嘗試編寫自己的等待函數(shù)！如果需要參考，請附上我的代碼。

步驟6：代碼：獲取輸入

對于該項目，我使用了GPLEV0寄存器。本質(zhì)上，它保持引腳0-31的狀態(tài)。我們正在使用GPIO 17作為輸入。要將此引腳設(shè)置為輸入，我們必須訪問FSEL1寄存器并清除GPIO 17專用的三位。

GPLEV0偏移量0x34

FSEL1偏移量0x04

通過掩碼將GPIO 17設(shè)置為輸入0xFF1FFFFF

我們還需要將位20-27設(shè)置為輸出。

FSEL2偏移量0x08

將掩碼設(shè)置為20到27以輸出0x249249

由于我們使用的是輸出，我們還需要訪問GPSET0寄存器以打開引腳，而GPCLR0寄存器以關(guān)閉引腳

GPSET0偏移量0x1c

GPCLR0偏移量0x28

由于等待功能以微秒為單位，因此您可以使用以下幾個值

半秒0x7a120 = 500，000微秒= 1/2秒

四分之一秒0x3d090 = 250，000微秒= 1/4秒

秒的八分之一0x1e848 = 125，000微秒= 1/8秒

好，讓我們開始編碼！

mov r0， @return

上面的代碼設(shè)置了我們的代碼，因此它可以正常運(yùn)行。

Then we need to undo the stack frame

下一步我設(shè)置基址的地址和我們將要使用的偏移量。

Get rid of local memory created

在這里，我設(shè)置了一些以后將要使用的有用符號。

add sp，sp，#8

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stack frame visual

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0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

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0x12| r3 saved register

---------------------------------------

0x16| r2 saved register

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0x20| r1 《=sp saved register

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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出于可讀性考慮，我為寄存器的目的設(shè)置了一些符號。

Replace saved registers

要將此引腳設(shè)置為輸入，首先要獲得適當(dāng)?shù)钠?，然后再加載掩碼；最后，我將掩碼寫回到寄存器中。

pop {r1-r3}

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7 《=sp

---------------------------------------

0x12| r3

---------------------------------------

0x16| r2

---------------------------------------

0x20| r1

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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我做的和輸入一樣，只是使用了不同的偏移量和掩碼。

Replace r7 and link register

接下來，我開始主程序循環(huán)。我首先描述我要程序執(zhí)行的操作。

pop {r7，lr}

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr 《=sp

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3

---------------------------------------

0x16| r2

---------------------------------------

0x20| r1

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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我以一個小的等待值開始循環(huán)。

Finally， we need to clean up after the argument

add sp，sp，#4

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stack frame visual

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0x0 | 0x1234 《=sp

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3

---------------------------------------

0x16| r2

---------------------------------------

0x20| r1

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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mov pc，lr Return

在這里，我正在檢查引腳17的狀態(tài)，該函數(shù)將返回r0中指定引腳的狀態(tài)。我的所有功能都將在末尾列出。

Notice that nothing is overwritten in the stack. We simply move the stack pointer back to it‘s original place.

我檢查返回值，然后跳轉(zhuǎn)到一個功能，該功能可以打開指示燈并循環(huán)或關(guān)閉指示燈

如果按下該按鈕，它將GPIO17連接到3.3v，因此將其設(shè)置為高電平。因此，如果按下按鈕，輸入功能將返回1，從而指示器打開并且LED的環(huán)路上升，從GPIO20到GPIO 26接通。

基本上就是這樣。接下來，我將介紹在input_loop中調(diào)用的函數(shù)。

步驟7：代碼：函數(shù)定義

首先，我們有g(shù)et輸入

b main

.section .text

main：

mov sp，#0x8000

我的函數(shù)有一個參數(shù)，即GPIO引腳的編號。該功能使用引腳號創(chuàng)建一個掩碼來測試GPLEV0中的位。 tst執(zhí)行邏輯“與”并設(shè)置標(biāo)志。如果and返回true，則未設(shè)置零標(biāo)志。

r1：0000_1000

r2：0000_1000

tst r2，r1

結(jié)果：未設(shè)置零標(biāo)志

結(jié)果返回到r0。

.equ BASE_ADDR，0x3f200000 @Base address

.equ GPFSEL0， 0x0

.equ GPFSEL1， 0x04 @FSEL1 register offset | use to select GPIO 10-19 and set input/output/alt func

.equ GPFSEL2， 0x08 @FSEL2 register offset | use to select GPIO 20-29 and set input/output/alt func

.equ GPSET0， 0x1c @GPSET0 register offset| use to set GPIO’s logic level high（3.3v）

.equ GPCLR0， 0x28 @GPCLR0 register offset| use to set GPIO‘s logic level low（0v）

.equ GPLEV0， 0x34 @GPIO level offset | use to read current level of pin（on/off）［high/low］{3.3v/0v}

接下來，我有兩個函數(shù)可以打開指示器并關(guān)閉指示燈。當(dāng)指示燈打開時，該功能將分支并通過GPIO引腳循環(huán)。當(dāng)指示燈熄滅時，該功能將通過GPIO引腳分支和向下循環(huán)。

.equ CLEAR_BITS21_23，0xFF1FFFFF @mask to clear bits 21 through 23 | use to set GPIO 17 to input

.equ SET_20_27，0x249249 @mask to set bits 20 through 27 | use to set GPIO 20-27 to output

.equ SET_BIT27，0x8000000 @mask to set bits 27 | use to set GPIO 27 to high（3.3v） or low（0v） GPIO 27 is indicator light

.equ half_second， 0x7a120 @hex value for half a second in microseconds

.equ quarter_second， 0x3d090 @hex value for quarter of a second in microseconds

.equ eighth_second，0x1e848 @hex value for eigth of a second in microseconds

前兩個功能設(shè)置向上或向下循環(huán)功能。他們只是確保在循環(huán)開始之前將計數(shù)器設(shè)置為正確的數(shù)字。 loop_up和loop_down函數(shù)在本質(zhì)上彼此相同。一個循環(huán)通過以GPIO 20開頭并以GPIO 26結(jié)尾的引腳，然后循環(huán)通過以GPIO 26開頭并以GPIO 20結(jié)尾的引腳。

循環(huán)位置i或j移入r0和然后調(diào)用turn_on函數(shù)。這會根據(jù)傳遞到r0的數(shù)字打開一個引腳。然后，循環(huán)將等待八分之一秒，然后再關(guān)閉引腳并遞增或遞減計數(shù)器。

base .req r1 @Sets symbol base to refer to r1： can use base and r1 interchangeably base《=》r1

ldr base，=BASE_ADDR @base = 0x3f20000， load base with the base address of peripheralsoffset .req r2 @Sets symbol offset to refer to r2： can use offset and r2 interchangeably offset《=》r2

mask .req r3 @Sets symbol mask to refer to r3 mask《=》r3

i .req r4 @Sets symbol i to refer to r4 i《=》r4

j .req r5 @Sets symbol j to refer to r5 j《=》r5

return .req r0 @return 《=》 r0

turn_on和turn_of函數(shù)。

步驟8：將它們放在一起。

現(xiàn)在，您已經(jīng)編寫了所有代碼文件，您需要生成一個二進(jìn)制kernel.img。我設(shè)置了一個簡單的makefile，將其吐出來。只需下載它，然后將第4行的代碼變量更改為文件名即可。

如果您無法使代碼正常工作，請下載并編譯我的代碼，然后將kernel.img放到pi上。如果可以，那么如果不返回電路步驟并嘗試重建電路，則代碼可能存在問題。