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介绍

尝试在arm32/arm64/cortex-m/riscv64上学习一些裸板编程

Todo

arm32/mmu arm64/mmu cortex-m/hello riscv/mmu

目录说明

arm32

编译选项

-mthumb -mcpu=cortex-a7

qemu

qemu-system-arm -M virt -cpu cortex-a7

1. 示例hello

此示例可以在嵌入式mcu中建立c运行时环境。 实现汇编代码初始化c语言运行环境的示例 ".data"段的加载地址指向__etext，将".data"的数据放置在".text"段的后面，同时实现DATA_COPY，在启动时拷贝__etext起始的数据到".data"中，这种".data"的链接地址和加载地址不同的做法通常是在嵌入式MCU中比较常用，由于芯片只能在rom或flash中保存代码，".data"段中的初始值也必须保存在rom或flash中，所以".data"加载地址通常放在".text"段末尾。 还实现了ZERO_SET用于".bss"段初始化。

2. 示例libgcc

测试不加如下选项，生成的elf文件的差异

# CFLAGS  = -fno-builtin -ffreestanding
# LDFLAGS  = -nostdlib
# LDFLAGS  = -L/Users/starot/bin/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/ -lgcc

3. 示例mmu

未完成

arm64

编译选项

-march=armv8-a -mcpu=cortex-a57

qemu

qemu-system-aarch64 -M virt -cpu cortex-a57

1. 示例hello

简单的串口串口打印示例

cortex-m

编译选项

-march=armv7-m -mcpu=cortex-m3

qemu

qemu-system-arm -M lm3s6965evb -cpu cortex-m3

1. 示例hello

未完成

运行示例

进入相应子目录会看到如下目录结构

$ tree
.
├── link.ld
├── Makefile
├── README.md
└── src
    ├── xxx.S
    ├── xxx.h
    └── xxx.c

执行make qemu命令可以运行示例代码，退出qemu，先同时按ctrl a然后松开之后按下x键。

调试

以riscv/yield为例

直接使用gdb调试

使用xxx-none-gnu-gdb或安装gdb-multiarch

在第一个终端里运行

make qemu-gdb

启动第二个终端运行

gdb-multiarch -tui -q -iex "set auto-load safe-path ./"

使用vscode调试

使用xxx-none-gnu-gdb或安装gdb-multiarch，下载vscode，安装native-debug插件(C/C 插件的调试没有成功)

  1. 在示例目录下新建.vscode文件夹
  2. 在.vscode文件夹新建launch.json文件，内容参考如下
{
    "configurations": [
        {
            "name": "(native-debug) Attach to gdbserver",
            "type": "gdb",
            "request": "attach",
            "executable": "${workspaceFolder}/build/main.elf",
            "target": "127.0.0.1:26000",
            "remote": true,
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "gdbpath": "/usr/bin/gdb-multiarch",
            "debugger_args": [

            ],
            "valuesFormatting": "parseText"
        },
    ]
}
  1. 在终端中运行
make qemu-gdb
  1. vscode中先在汇编代码中添加断点（也可以先不加断点），点击Run->Start Debugging开启调试

使用eclipse调试

使用xxx-none-gnu-gdb或安装gdb-multiarch，下载Eclipse IDE for Embedded C/C Developers

  1. 先在终端中执行"make qemu-gdb"
  2. 点击File->New->Project
  3. 选择Makefile Project with Existing Code，点击Next Alt text
  4. 点击Browse选择示例目录，点击Finish Alt text
  5. 点击Run->Debug Configurations，双击C/C Attach to Application会新建一个配置，可以根据需要重名 Alt text
  6. 选择刚刚新建的配置，点击左侧Main选项卡，Project中点击Browse选择刚刚创建的工程yield，C/C Application中点击Browse选择make生成的main.elf文件。Build（if required）before launching选择Disable auto build Alt text
  7. 选择Debugger选项卡，选择gdbserver，下面的Main选项卡参照图片，GDB debugger填入 gdb-multiarch -ex "set architecture riscv:rv64" -ex "file build/main.elf"，同时GDB command file删除里面的内容 Alt text
  8. Debugger选项卡，下面Connect选项卡，Type选择TCP，Port number选择26000 Alt text
  9. Common选项卡，Save as选择Shared file Alt text
  10. 点击Apply，然后点击Debug（可以在Debug前先设置一个断点）。

问题记录

immediate value out of range

gcc使用选项"-march=armv7-m -mcpu=cortex-m3"编译如下代码

    LDR r0, =stack_bottom
    ADD r0, r0, #1024

出现错误

src/start.S:4: Error: immediate value out of range

这是因为thumb-2模式中add立即数的范围是-255 到 255

修改为如下代码即可

    LDR r0, =stack_bottom
    LDR r1, =1024
    ADD r0, r0, r1

ARM64 REGS Usage

Alt text

wiki中关于cortex-m

Cortex-M0 / M0 / M1实现的是ARMv6-M架构[2]，Cortex-M3实现的是ARMv7-M架构[3]，Cortex-M4 / Cortex-M7实现的是ARMv7E-M架构[3]。Cortex-M23 / M33 / M35P实现的是ARMv8-M架构[15]，Cortex-M55实现的是ARMv8.1-M架构[16]。这些架构是二进制的脚本，可以和ARMv6-M、 ARMv7-M、ARMv7E-M向上兼容。Cortex-M0 / Cortex-M0 / Cortex-M1的脚本不用修改就可以在Cortex-M3 / Cortex-M4 / Cortex-M7上执行。Cortex-M3上可以执行的二进制代码不需修改就可以在Cortex-M4 / Cortex-M7 / Cortex-M33 / Cortex-M35P上执行[2][3]。Cortex-M架构中支持Thumb-1和Thumb-2的指令集，不支持早期的32-bit ARM指令集。

所有Cortex-M的核心都有一个共通的指令子集，包括大部分Thumb-1指令、一些Thumb-2指令，以及结果为32位的乘法。Cortex-M0 / Cortex-M0 / Cortex-M1 / Cortex-M23设计目的就是希望让硅晶面积最小，因此其指令集也是Cortex-M家族中最少的。

Cortex-M0 / M0 / M1中有Thumb-1指令，不过没有ARMv7-M架构才加入的指令（CBZ, CBNZ, IT）。Cortex-M0 / M0 / M1包括一小部分的Thumb-2指令（BL, DMB, DSB, ISB, MRS, MSR）。Cortex-M3 / M4 / M7 / M33 / M35P 有所有基本的Thumb-1和Thumb-2指令。Cortex-M3加上了三个Thumb-1指令、所有的Thumb-2指令、硬件的整体除法、以及饱和运算指令。Cortex-M4加上了数字信号处理（DSP）指令，以及可选的单精度浮点运算器（VFPv4-SP）。Cortex-M7加上了可选的双精度浮点运算器（VFPv5）[2][3]。Cortex-M23 / M33加上了TrustZone指令。