Bare Metal Raspberry Pi 3: Թարթող LED: 8 քայլ

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Հետեւեք հեղինակի ավելին.

Օգտվողի մասին.oO0Oo. Ավելին moldypizza- ի մասին »

Բարի գալուստ BARE METAL pi 3 Blinking LED ձեռնարկ:

Այս ձեռնարկում մենք սկզբից մինչև վերջ կանցնենք այն քայլերի միջոցով, որոնք կպայթեցնեն լուսադիոդի թարթումը ՝ օգտագործելով Raspberry PI 3, տախտակ, դիմադրություն, led և դատարկ SD քարտ:

Այսպիսով, ինչ է BARE METAL- ը: BARE METAL- ը շռայլ ծրագրավորում չէ: Մերկ մետաղը նշանակում է, որ մենք լիովին վերահսկում ենք համակարգչի անելիքները: Այսպիսով, դա հիմնականում նշանակում է, որ կոդը ամբողջությամբ գրվելու է հավաքման մեջ ՝ օգտագործելով Arm հրահանգների հավաքածուն: Մինչև վերջ մենք կստեղծենք ծրագիր, որը կթարթեցնի լուսադիոդային լուսարձակը ՝ մուտք գործելով Raspberry Pi- ի GPIO կապում մեկի ֆիզիկական հասցեով և կազմաձևելով այն ելքի վրա, այնուհետև միացնել և անջատել այն: Այս նախագիծը փորձելը հիանալի միջոց է ներդրված ծրագրավորում սկսելու համար և հուսով եմ ավելի լավ պատկերացում կազմելու, թե ինչպես է աշխատում համակարգիչը:

Ի՞նչ է ձեզ պետք:

Սարքավորումներ

• Ազնվամորի PI 3
• SD քարտ նախապես բեռնված bootable պատկերով
• Breadboard
• Արական իգական ցատկող լարեր
• Արական Արական ցատկող լարեր
• LED
• 220 օմ դիմադրություն (պարտադիր չէ, որ լինի ճշգրիտ 220 օհմ, ցանկացած դիմադրիչի մեծ մասը կաշխատի)
• մինի sd քարտ
• մինի SD քարտ նախապես բեռնված ազնվամորու pi օպերացիոն համակարգով (սովորաբար ներառված է pi- ի հետ)

Ծրագրային ապահովում

• GCC կազմող
• GNU ներդրված գործիքաշղթա
• տեքստային խմբագիր
• sd քարտի ձևաչափիչ

Լավ, եկեք սկսենք:

Քայլ 1. ԲԱՆ/ԿԱՐԳԱՎԻԱԿԻ ԿԱՐԳԱՎՈՐՈՄ

Լավ … առաջին քայլը սարքավորում ձեռք բերելն է: Դուք կարող եք առանձին գնել մասերը կամ կա մի հավաքածու, որը գալիս է ավելի քան բավարար մասերով: ԿԱՊ

Այս հավաքածուն գալիս է այն ամենով, ինչ անհրաժեշտ է ազնվամորի pi 3 և ավելին տեղադրելու համար: միակ բանը, որը ներառված չէ այս հավաքածուի մեջ, լրացուցիչ մինի SD քարտ է: Սպասի! Դեռևս մեկ ուրիշը մի գնեք: Եթե չեք պլանավորում օգտագործել քարտի վրա նախապես բեռնված linux- ի տեղադրումը, ապա պարզապես պատճենեք ներառված մինի sd քարտի բովանդակությունը հետագայում և նորից ձևաչափեք քարտը (դրա մասին ավելի ուշ): ԿԱՐԵՎՈՐ ՈEՇԱԴՐՈԹՅՈՆ. Համոզվեք, որ ֆայլերը պահում եք ներառված քարտի վրա, որի կարիքը կունենաք հետագայում:

Հաջորդը ժամանակն է տեղադրել ծրագրակազմը: Այս ձեռնարկը չի ներառի մանրամասն հրահանգներ, թե ինչպես տեղադրել ծրագրակազմը: Կան բազմաթիվ ռեսուրսներ և ձեռնարկներ առցանց, թե ինչպես տեղադրել դրանք.

Պատուհանների օգտվողներ.

Ներբեռնեք և տեղադրեք gcc

Հաջորդը, ներբեռնեք և տեղադրեք GNU ARM- ի ներդրված գործիքաշղթան:

LINUX/MAC

• Linux- ի բաշխումները գալիս են նախապես տեղադրված gcc- ով
• Ներբեռնեք և տեղադրեք GNU ARM ներդրված գործիքաշղթա:

Լավ

arm-none-eabi-gcc

Ելքը պետք է նման լինի առաջին նկարին: Սա պարզապես ստուգելու համար, որ այն ճիշտ տեղադրված է:

Դե, հիմա, երբ նախապայմանները դուրս են եկել ճանապարհից, ժամանակն է սկսել զվարճալի իրերով:

Քայլ 2. ՇՐIRԱՆ

Շղթայի ժամանակը: Դրա համար միացումը պարզ է: Մենք միացնում ենք led- ը GPIO 21 -ին (փին 40) pi- ի վրա (տես նկար 2 և 3): Մի ռեզիստորը նույնպես միացված է մի շարք `կանխելու համար, որ լարերը վնասվեն: Ռեզիստորը միացված կլինի տախտակի բացասական սյունակին, որը միացված կլինի pi- ի GND- ին (39 -րդ փին): Led- ը միացնելիս անպայման միացրեք կարճ ծայրը բացասական կողմին: Տես վերջին նկարը

Քայլ 3: BOOTABLE Mini SD

Երեք քայլ կա, որպեսզի ձեր pi 3 -ը ճանաչի ձեր դատարկ մինի sd քարտը: Մենք պետք է գտնենք և պատճենենք bootcode.bin, start.elf և fixup.dat: Դուք կարող եք ստանալ այս ֆայլերը ներառված մինի sd քարտի վրա, եթե գնել եք canakit- ը կամ bootable sd քարտ պատրաստել pi 3 -ի համար linux բաշխմամբ: Ամեն դեպքում, այս ֆայլերը անհրաժեշտ են, որպեսզի pi- ն ճանաչի sd քարտը որպես bootable սարք: Հաջորդը, մինի sd- ն ձևակերպեք fat32- ին (մինի sd քարտերի մեծ մասը ձևակերպված են fat32- ում: Ես sandisk- ից օգտագործել եմ էժան մինի sd քարտ), տեղափոխել bootcode.bin, start.elf, fixup.dat sd քարտի վրա: Եվ ավարտեցիք: Լավ է ևս մեկ անգամ, և նկարների հաջորդականությամբ քայլերը հետևյալն են.

1. Գտեք bootcode.bin, start.elf, fixup.dat:
2. Համոզվեք, որ ձեր sd քարտը ձևաչափված է fat32:
3. Տեղափոխեք bootcode.bin, start.elf և fixup.dat ձևաչափված sd քարտի վրա:

Ահա թե ինչպես ես դա պարզեցի, հղում:

Քայլ 4. Ստուգեք Mini SD- ն

Լավ, մենք ունենք bootable mini sd քարտ, և հուսանք, որ այս պահին դուք ունեք pi 3: Այսպիսով, այժմ մենք պետք է փորձարկենք այն `համոզվելու համար, որ pi 3 -ը ճանաչում է mini SD քարտը որպես bootable:

Pi- ի վրա, մինի USB պորտի մոտ կան երկու փոքր լեդեր: Մեկը կարմիր է: Սա էներգիայի ցուցիչն է: Երբ pi- ն էներգիա է ստանում, այս լույսը պետք է վառված լինի: Այսպիսով, եթե ձեր pi- ն միացնում եք այս պահին առանց մինի sd քարտի, այն պետք է լուսավորվի կարմիրով: Դե, հիմա անջատեք ձեր pi- ն և տեղադրեք ձեր bootable mini SD քարտը, որը ստեղծվել էր նախորդ քայլում և միացրեք pi- ն: Դուք այլ լույս տեսնու՞մ եք: Պետք է լինի կանաչ լույս, անմիջապես կարմիրի կողքին, որը ցույց է տալիս, որ կարդում է sd քարտը: Այս led- ը կոչվում է ACT led: Այն կլուսավորվի, երբ տեղադրվի կենսունակ sd քարտ: Այն կպայծառանա, երբ այն մուտք գործի ձեր մինի sd քարտ:

Լավ, այնպես որ երկու բան պետք է տեղի ունենար ՝ bootable mini SD քարտը տեղադրելուց և pi- ն միացնելուց հետո.

1. Կարմիր լուսարձակը պետք է լուսավորված լինի ՝ նշելով հոսանքի ընդունումը
2. Կանաչ լուսարձակը պետք է լուսավորված լինի ՝ նշելով, որ այն միացել է մինի sd քարտին

Եթե ինչ -որ բան սխալ է եղել, փորձեք կրկնել նախորդ քայլերը կամ լրացուցիչ տեղեկությունների համար կտտացրեք ստորև նշված հղմանը:

Հղումը այստեղ լավ տեղեկանք է:

Քայլ 5 ՝ ԿՈԴ 1

Այս նախագիծը գրված է ARM հավաքման լեզվով: Այս ձեռնարկում ենթադրվում է ARM հավաքման հիմնական հասկացություն, բայց ահա մի քանի բան, որ դուք պետք է իմանաք.

.equ: նշանակություն է տալիս խորհրդանիշին, այսինքն abc.equ 5 abc այժմ ներկայացնում է հինգը

• ldr: բեռներ հիշողությունից
• փող. գրում է հիշողության մեջ
• cmp: համեմատում է երկու արժեք ՝ հանում կատարելով: Սահմանում է դրոշներ:
• բ. ճյուղից պիտակ
• ավելացնել. կատարում է թվաբանություն

Եթե Arm հավաքման հետ փորձ չունեք, դիտեք այս տեսանյութը: Այն ձեզ լավ կհասկանա Arm հավաքման լեզուն:

Լավ, հիմա մենք ունենք մի շրջան, որը կապված է մեր ազնվամորու pi 3 -ի հետ և մենք ունենք SD քարտ, որը pi- ն ճանաչում է, ուստի մեր հաջորդ խնդիրն է պարզել, թե ինչպես փոխազդել շրջանի հետ `բեռնելով pi- ն գործարկվող ծրագրով: Ընդհանուր առմամբ, այն, ինչ մենք պետք է անենք, այն է, որ pi- ն լարման թողնի GPIO 21 -ից (կարմիր մետաղալարին միացված քորոց): Հետո մեզ անհրաժեշտ է միացնել լուսարձակը թարթելու համար: Դա անելու համար մեզ անհրաժեշտ է ավելի շատ տեղեկատվություն: Այս պահին մենք գաղափար չունենք, թե ինչպես ասել GPIO 21 -ին ելքի համար, այդ իսկ պատճառով մենք պետք է կարդանք տվյալների թերթիկը: Միկրոհսկիչների մեծամասնությունը ունի տվյալների թերթեր, որոնք հստակ նշում են, թե ինչպես է ամեն ինչ աշխատում: Unfortunatelyավոք, pi 3 -ը չունի պաշտոնական փաստաթղթեր: Այնուամենայնիվ, կա ոչ պաշտոնական տվյալներ: Ահա դրա երկու հղումներ.

1. github.com/raspberrypi/documentation/files…
2. web.stanford.edu/class/cs140e/docs/BCM2837…

Լավ այս պահին, հաջորդ քայլին անցնելուց առաջ պետք է մի քանի րոպե տրամադրեք ՝ թերթելու թերթիկը և տեսնելու, թե ինչ տեղեկատվություն կարող եք գտնել:

Քայլ 6 ՝ ԿՈԴ 2 ՝ Turn_Led_ON

Ազնվամորու pi 3 53 գրանցվում է ելքային/մուտքային կապում (ծայրամասային սարքեր) վերահսկելու համար: Քորոցները խմբավորված են միասին և յուրաքանչյուր խումբ նշանակվում է գրանցամատյանում: GPIO- ի համար մենք պետք է կարողանանք մուտք գործել SELECT գրանցամատյան, SET գրանցամատյան և CLEAR գրանցամատյաններ: Այս գրանցամատյաններին մուտք գործելու համար մեզ անհրաժեշտ են այս գրանցամատյանների ֆիզիկական հասցեները: Երբ կարդում եք տվյալների թերթիկը, ցանկանում եք նշել միայն հասցեի փոխհատուցումը (բոյթ) և ավելացնել այն հիմնական հասցեին: Դուք պետք է դա անեք, քանի որ տվյալների թերթը ներկայացնում է linux վիրտուալ հասցեն, որոնք հիմնականում արժեքներ են, որոնք հատկացված են օպերացիոն համակարգերին: Մենք չենք օգտագործում օպերացիոն համակարգ, այնպես որ մենք պետք է ուղղակի մուտք գործենք այս գրանցամատյաններ ՝ օգտագործելով ֆիզիկական հասցեն: Դրա համար ձեզ անհրաժեշտ են հետևյալ տեղեկությունները.

• Ipայրամասային սարքերի հիմնական հասցեն ՝ 0x3f200000: Pdf- ում (էջ 6) ասվում է, որ հիմնական հասցեն է ՝ 0x3f000000, այնուամենայնիվ, այս հասցեն չի աշխատի: Օգտագործեք 0x3f200000
• FSEL2- ի (SELECT) հաշվանցումը գրանցամատյանի ամբողջական հասցեն չէ: Pdf- ում նշված է FSEL2 հասցեն ՝ 0x7E20008, սակայն այս հասցեն վերաբերում է linux վիրտուալ հասցեին: Օֆսեթը նույնն է լինելու, ինչ ուզում ենք նշել: 0x08
• GPSET0 (SET) օֆսեթ ՝ 0x1c
• GPCLR0- ի փոխհատուցում (Մաքրել) ՝ 0x28

Այսպիսով, դուք հավանաբար նկատեցիք, որ տվյալների թերթիկը թվարկում է 4 SELECT գրանցամատյան, 2 SET գրանցամատյան և 2 CLEAR գրանցամատյան, ուստի ինչու՞ ընտրեցի այն, ինչ արել եմ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ մենք ցանկանում ենք օգտագործել GPIO 21, իսկ FSEL2- ը ՝ GPIO 20-29, SET0 և CLR0 ՝ GPIO 0-31: FSEL գրանցամատյանները յուրաքանչյուր GPIO կապի համար տալիս են երեք բիթ: Քանի որ մենք օգտագործում ենք FSEL2- ը, դա նշանակում է 0-2 բիթ վերահսկող GPIO 20, և բիթ 3-5 բիթ GPIO 21 և այլն: Set և CLR գրանցամատյանները յուրաքանչյուր պինին տալիս են մեկ բիթ: Օրինակ, SET0- ի և CLR0- ի 0 բիթը վերահսկում է GPIO 1. GPIO 21- ը վերահսկելու համար դուք պետք է սահմանեք 21 բիթը SET0- ում և CLR0- ում:

Լավ, մենք խոսեցինք այն մասին, թե ինչպես մուտք գործել այս գրանցամատյանները, բայց ի՞նչ է դա նշանակում:

• FSEL2 գրանցամատյանը կօգտագործվի GPIO 21 ելքը կարգավորելու համար: Ելքի վրա քորոց դնելու համար հարկավոր է երեք բիթերի lo կարգի բիթը սահմանել 1. Այսպիսով, եթե 3-5 բիթերը վերահսկում են GPIO 21-ը, դա նշանակում է, որ մենք պետք է սահմանենք առաջին բիթը, բիթը 3-ից 1-ը: Սա կասի pi- ին որ մենք ցանկանում ենք օգտագործել GPIO 21 -ը որպես ելք: Այսպիսով, եթե մենք նայենք GPIO 21 -ի 3 բիթերին, դրանք պետք է այսպիսին լինեն այն բանից հետո, երբ այն դնում ենք ելքի վրա, b001:
• GPSET0- ը pi- ին ասում է, որ միացնի քորոցը (թողարկի լարում): Դա անելու համար մենք պարզապես փոխում ենք այն բիթը, որը համապատասխանում է մեր ուզած GPIO կապին: Մեր դեպքում `բիթ 21:
• GPCLR0- ը pi- ին ասում է անջատել քորոցը (առանց լարման): Պինն անջատելու համար բիթը սահմանեք համապատասխան GPIO կապի վրա: Մեր դեպքում բիթ 21

Մինչև թարթող լուսադիոդին հասնելը, նախ եկեք կազմենք մի պարզ ծրագիր, որը պարզապես կմիացնի լուսարձակը:

Սկսելու համար մենք պետք է երկու հրահանգ ավելացնենք մեր սկզբնական կոդի վերևում:

• .section.init- ը պիին ասում է, թե որտեղ տեղադրել կոդը
• . գլոբալ _սկսել

Հաջորդը, մենք պետք է դասավորենք այն բոլոր հասցեները, որոնք մենք կօգտագործենք: Օգտագործեք.equ- ը արժեքներին ընթերցվող խորհրդանիշներ նշանակելու համար:

• .equ GPFSEL2, 0x08
• .equ GPSET0, 0x1c
• .equ GPCLR0, 0x28
• .equ BASE, 0x3f200000

Այժմ մենք պատրաստվում ենք դիմակներ ստեղծել ՝ սահմանելու համար անհրաժեշտ բիթերը:

• .equ SET_BIT3, 0x08 Սա երեք բիթը կդնի 0000_1000
• . Equ SET_BIT21, 0x200000

Այնուհետեւ մենք պետք է ավելացնենք մեր _start պիտակը

_սկսել:

Տեղադրեք բազայի հասցեն գրանցամատյանում

ldr r0, = ԲԱEԻՆ

Այժմ մենք պետք է սահմանենք GPFSEL2- ի bit3

• ldr r1, SET_BIT3
• str r1, [r0, #GPFSEL2] Այս հրահանգը ասում է ՝ 0x08 բիթը հետ գրել GPFSEL2 հասցեով

Ի վերջո, մենք պետք է GPIO 21 -ը միացնենք GPSET0 գրանցամատյանում բիթ 21 տեղադրելով

• ldr r1, = SET_BIT21
• փող r1, [r0, #GPSET0]

Վերջնական արտադրանքը պետք է նման լինի պատկերված ծածկագրին:

Հաջորդ քայլը ծածկագիրը կազմելն է և.img ֆայլ ստեղծելը, որը pi- ն կարող է գործարկել:

• Ներբեռնեք կցված makefile- ը և kernel.ld- ը, և եթե ցանկանում եք turn_led_on.s- ի աղբյուրի կոդը:
• Տեղադրեք բոլոր ֆայլերը նույն թղթապանակում:
• Եթե դուք օգտագործում եք ձեր սեփական աղբյուրի կոդը, խմբագրեք makefile- ը և փոխարինեք = turn_led_on.s ծածկագրով =.s ծածկագրով
• Պահպանեք կազմաձևը:
• Օգտագործեք տերմինալը (linux) կամ cmd պատուհանը (պատուհաններ) ՝ ֆայլեր պարունակող ձեր թղթապանակ նավարկելու համար և մուտքագրեք make և սեղմեք enter
• Ստեղծման ֆայլը պետք է առաջացնի ֆայլ, որը կոչվում է kernel.img
• Պատճենեք kernel.img- ը ձեր մինի sd քարտի վրա: Ձեր քարտերի բովանդակությունը պետք է լինի այնպես, ինչպես պատկերված է (նկար 3) ՝ bootcode.bin, start.elf, fixup.dat և kernel.img:
• Հեռացրեք մինի sd քարտը և տեղադրեք այն pi- ի մեջ
• Միացրեք pi- ն էներգիայի աղբյուրին
• LED- ը պետք է լուսավորվի !!!

ԱՌԱ ԿԱՐԵՎՈՐ EԱՆՈԹՈԹՅՈՆ. Ըստ երևույթին, հրահանգվող ծրագրերի հետ կապված խնդիր էր առաջացել makefile- ի ընդլայնում չունենալու պատճառով, ուստի այն նորից վերբեռնեցի.txt ընդլայնմամբ: Խնդրում ենք հեռացնել ընդլայնումը, երբ այն բեռնում եք, որպեսզի այն ճիշտ աշխատի: