[原创] 裸板程序之串口调试

    解压uart.zip到随意一个目录下   然后

     cd uart/

      将会看到start.S Makefile uart.c uart.h link.lds五个文件      

    vi  start.S

进入到start.S代码界面。

.global _start

#  define PWTCON 0x5300000

#  define CLKDIVN 0x4C000014

#  define INTMSK 0x4A000008

.text

_start:

LDR R0,=PWTCON  

MOV R1,#0X0

STR R1,[R0]

LDR R0,=INTMSK  

MOV R1,#0xFFFFFFFF

STR R1,[R0]

LDR R0, =CLKDIVN

MOV R1, #3

STR R1, [R0]

BL uart

.end

可以看到，在start.S中完成了4个动作：1、关闭看门狗

                                                              2、关闭所有中断

                                                              3、设置分频系数为FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4   ，即      PCLk为30mhz

                                                              4、跳转到c函数uart（） 中去

代码中主要是通过对2416的3个寄存器进行操作，关于这3个寄存器，请参照2416的数据手册。

LDR 指令：   内存访问指令    LDR  R0,[R1] 是将R1寄存器地址出的内容放入R0寄存器

在本文中使用的是LDR伪指令  LDR  R0，=num     将一个数num放入R0寄存器中

MOV指令：   寄存器访问指令   MOV R0，#num      将一个数num放入R0寄存器中

容易发现，mov指令和ldr伪指令的作用是近乎一样的。但是这里要强调一点，mov指令操作的数num必须是一个立即数。即一个能用4个字节来存储的数。一个比较的数，超出了4个字节的存储数最大值，是会被分为两部分，存储在8个字节中。关于立即数和伪指令，可以自行百度，得到更详细的解释。

根据start.S的流程，现在cpu转去执行c函数uart（），打开uart.c和uart.h继续分析

vi   uart.c

它包含了一个头文件uart.h，uart.h中主要是定义了关于串口的寄存器和3个全局函数

# define uchar unsigned char

# define uint  unsigned int

# define ULCON0   *(volatile unsigned char *)0x50000000

# define UCON0    *(volatile unsigned char *)0x50000004

# define UTRSTAT0 *(volatile unsigned char *)0x50000010

# define UTXH0    *(volatile unsigned char *)0x50000020

# define URXH0    *(volatile unsigned char *)0x50000024

# define GPH0     *(volatile unsigned char *)0x56000070

# define UBRDIV0  *(volatile unsigned char *)0x50000028

# define PCLK     30000000

extern void uart_init(uint baudrate);

extern unsigned char getc(void);

extern void putc(uchar c);

extern void uart(void);

这里说一下寄存器地址的定义方法   *在c语言中代表取地址符  ，volatile是c语言关键字，告诉编译器不要对这里定义的变量优化。因为编译器优化代码是可能会改变变量，这里加上volatile是确保寄存器的地址是正确的。

例如# define GPH0     *(volatile unsigned char *)0x56000070  就是告诉编译器，GPH0的地址为0x56000070    ，（volatile unsigned char *）定义为一个指针，*取地址符再取出这个指针指向地址的值。

分析完了uart.h，我们回到uart.c中来

void uart()

{

         uart_init(115200);

         uchar a;

while(1)  

{

a=getc();

putc(a);

}

}

这里uart（）函数你可以将其理解为main函数，从汇编指令跳转到这里，继续执行。首先是  uart_init(115200); 初始化串口，并设置波特率为115200

void uart_init(uint baudrate)

{

GPH0=0xA;

ULCON0 |=0x03;

UCON0=0x05;

UBRDIV0=15;

URXH0=0;

}

将GPH0设置为oxA，打开2416手册，第239页

file:///C:\Users\cx\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps5208.tmp.jpg

可以看到GPH0和GPH1的引脚功能里有RXD[0]和TXD[0]，这里代表的是串口0的TX和RX线和芯片的GPIO中的GPH0和GPH1复用，将它们配置为。。。。1010，启用发送接收功能。第二步，配置ULCON0，将手册翻到312页。

ULCON0寄存器主要是设置数据位和停止位。数据位不用多说，是发送数据的位数，设为8位。即一字节 停止位就是让串口知道这一次发送已经结束的数。就像c语言字符串的结尾是‘\0’转义字符一样。

第三步，设置UCON0寄存器 ，手册313页。设置发送和接收模式都使用查询模式。串口发送（接收）动作结束后，都会将UTRSTAT0（手册317页）的第2位（第0位）置1.在程序中可以以此判断是否发送（接收）结束。

第四部设置波特率UBRDIV0=15;这里其实我是将寄存器操作简化了，原本的公式应当为

UBRDIV0=（int）（PCLK/baudrate/16）-1.我给大家解读一下这句，PCLk是2416的io设备使用的时钟。关于2416的几种时钟请查询手册，这里我就不叙述了。我在start.S中将它设置为30mhz 即30000000，baudrate是波特率，设置为115200，通过uart（）函数的参数传入。本来我直接将这一句UBRDIV0=（int）（PCLK/baudrate/16）-1.放在代码中，编译发现报错，我百度了原因是编译器不支持浮点运算，解决办法是在链接脚本中指定使用c库里的一个浮点运算文件，太复杂，不予考虑，干脆直接把UBRDIV0计算出来，写入。

第五步，将URXH0清0.URXH0是接收缓冲寄存器，串口接收到的数据会先放在这个寄存器中。

putc和getc函数比较简单，就是分别查询UTRSTAT0的第2位和第0位，然后写（读）缓冲寄存器UTXH0（RTXH0）就可以了。

Uart（）函数的流程是1、初始化 2、读取输入的字符 3、将输入的字符输出到pc。

接下来，分析一下链接脚本link.lds

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{       

        . = 0x40000000;

                .start :

        {

            . = ALIGN(4);

            start.o        (.text)  

                uart.o   

        }

               

        .text :

        {

            . = ALIGN(4);

     *(.text*)

            *(.rodata*)

        }

        .data :

        {

            . = ALIGN(4);

            *(.data*)

        }

                                }

首先，第一句OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")，将代码的格式设置为小端存储。Arm的存储格式分为大端和小端两种，默认为小端格式。。。。关于这个，又是一大段的知识。想深入理解的自行百度吧=_=

OUTPUT_ARCH(arm) 设置代码在arm处理器上运行

ENTRY(_start) 告诉编译器 ，汇编指令的起始地址是_start  回头去翻看start.S，开头有一句.global _start  ，声明_start是一个全局标号。就是为了能在别的文件中调用它。

SECTIONS是一个关键字，定义一些段，例如代码段，bss段，只读数据段等

. = 0x40000000;指定链接地址为0x40000000.说到这个，不得不提到2416的启动方式，我这里选择的IROM SD 启动，IROM是2416内部一个只读寄存器。cpu上电后，IROM将sd卡中后18个扇区中的前16个扇区的代码（代码大小是4k还是8k我忘了==）复制到片内的stepping stone（就是0x40000000开始的8k大小的一片内存）中运行。并且，IROM中固化的代码会自动帮我们设置好堆栈，方便了我们对c函数的调用。（使用c语言，必须要有堆栈，堆栈是c语言中临时变量的存储地址）。

然后link.lds我们还需要注意的是.start :

        {

            . = ALIGN(4);

            start.o        (.text)  

                uart.o   

        }

这里把start.o放在代码段的首地址，接下来才是放uart.o（剩下的代码是bss段、只读数据段，我也不熟悉，看看就好）

最后，vi   Makefile

看一下编译脚本Makefile。首先是关于编译脚本的名称，Makefile 、makefile都是可以的，gcc编译器会自己在目录中寻找可用的编译脚本。

Makefile有特定的语法，目标和依赖。这个并不能一一讲来，论坛里有人发过相关的帖子。去查阅那个吧。

Makefile里要重点解读的一句是arm-linux-ld -Tlink.lds -o tmp.elf $^  指定链接脚本为link.lds。如果你自己写裸机工程，使用别人写好的makefile和链接脚本时，一定要注意makefile里链接脚本的指定和链接脚本里汇编代码的入口的指定。

到这里，关于uart调试的所有代码分析完毕。

因为使用了sd卡启动，生成bin文件后，要调整一下才能直接使用sd卡启动直接运行起来。使用附件里的sdboot即可。关于为什么要这么做，有坛友已经做过分析了，大家自行到yuanlai2010的帖子裸机第二弹这个帖子查阅。

串口调试的效果是你打开超级终端，设置好参数后连接com口。这时候，你按下键盘上的随意一个键，终端就会打印出对应的字符。（这样做可能效果不明显，可以修改uart.c中的uart函数，将a改为字符‘a’，这时候，你按下键盘上的任意按键，终端都会打印字符a）

值得注意的是设置超级终端或者securecrt时，要设置成8位数据位，一位停止位。无数据流控制。波特率115200，否则可能调试失败。另外使用securecrt软件调试时，可能会无法输入字符，别担心，那是因为你没有设置可输入字符功能，具体设置自行百度吧。

最后，在本文的结尾声明一下，这次的串口调试使用的是串口的比较浅显的非FIFO模式。

为了传输的效率，真正使用串口时，都会配置成FIFO模式。关于这个，想深入了解就去看手册的UART章节吧。

感谢网友分享的sdboot工具，感谢boss的指点。

参考书籍《ARM处理器裸机开发实战-机制而非策略》

                                                                              2015/4/16

                                                                         论坛id    影子的影子