硬件 （七） ARM 软中断， IMX6ULL 点灯
一、ARM 软中断（SVC）：从用户态到内核态的桥梁
软中断（SVC，Supervisor Call）是 ARM 处理器从 “非特权模式（如 User）” 进入 “特权模式（如 Supervisor）” 的核心机制，常用于系统调用、权限切换等场景。以下是基于 Keil 的软中断实现代码与流程解析。
（一）汇编与 C 混合编程实现软中断
kile:
area reset, readonly, codepreserve8code32entry; 异常向量表：定义各异常处理入口ldr pc, =_reset_handlerldr pc, =_undefine_handlerldr pc, =_svc_handlerldr pc, =_prefetch_abort_handlerldr pc, =_data_abort_handlerldr pc, =_reserved_handlerldr pc, =_irq_handlerldr pc, =_fiq_handler_undefine_handler; 未定义指令异常：死循环等待（示例）ldr pc, =_undefine_handler_svc_handler; 导入C语言实现的SVC处理函数import c_svc_handler; 保存现场：将R0-R12和LR压入栈stmfd sp!, {r0-r12, lr}; 调用C函数处理SVCbl c_svc_handler; 恢复现场并返回（带模式切换）ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^ _prefetch_abort_handlerldr pc, =_prefetch_abort_handler_data_abort_handlerldr pc, =_data_abort_handler_reserved_handlerldr pc, =_reserved_handler_irq_handlerldr pc, =_irq_handler_fiq_handlerldr pc, =_fiq_handler_reset_handler; 设置栈指针（示例地址，需根据实际内存调整）ldr sp, =0x40001000; 修改CPSR，切换到SVC模式（特权模式）mrs r0, cpsrbic r0, r0, #0x1Forr r0, r0, #0x10msr cpsr_c, r0; 再次设置栈（为SVC模式分配栈空间）ldr sp, =0x40001000sub sp, sp, #1024; 导入main函数import main; 跳转到mainb main_asm_fn; 导出函数，供C语言调用export _asm_fn; 触发SVC软中断（传递参数7，实际可根据需求定义）svc #7 ; 返回调用者bx lrfinished; 死循环（防止程序跑飞）b finishedend
main.c
// 声明汇编函数_asm_fn
extern void _asm_fn(void);// 简单延时函数
void delay(int n)
{ while(n--);
}// SVC中断的C语言处理函数
void c_svc_handler(void)
{// 这里可添加SVC的具体逻辑，示例中仅做延时delay(0x1000);
}int main(void)
{while(1) {// 调用汇编函数，触发SVC软中断_asm_fn();// 主循环延时delay(0xFFFFFF);}return 0;
}
（二）软中断核心流程解析
- 异常向量表：程序启动时，先构建
_reset_handler等异常入口的 “跳转表”，确保异常发生时能精准进入对应处理逻辑。 - SVC 触发：
_asm_fn中执行svc #7，主动触发软中断，处理器自动从当前模式（如 User）切换到Supervisor 模式。 - 现场保护与恢复：
_svc_handler中通过stmfd保存寄存器（R0-R12、LR），调用 C 函数处理后，再用ldmfd恢复现场并返回，保证程序执行的连续性。
二、IMX6ULL 入门：从环境搭建到 LED 点灯
IMX6ULL 是 NXP 的经典 Cortex-A7 架构芯片
（一）开发环境搭建：跨平台工具链与环境准备
嵌入式开发需交叉编译工具链（在 PC 上编译，在芯片上运行），主流选择是 GNU 工具链（arm-linux-gnueabihf-*）。
- Windows 端：用 VSCode 编写代码（C / 汇编），借助插件提升编辑效率。
- Linux 端：安装 GNU 交叉工具链，负责编译、链接、格式转换，最终生成芯片可运行的二进制固件。
（二）引脚功能复用：理解 MUX 与 PAD
IMX6ULL 的引脚（PAD）可通过 **MUX（功能复用寄存器）** 配置为不同功能（如 GPIO、I2C、UART 等），这是外设控制的基础。
以 LED 为例（假设 LED 接 GPIO1_IO03）：
- MUX 配置：通过
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03寄存器，选择ALT5模式（对应 GPIO 功能）。 - 电气属性配置：通过
IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03寄存器，设置上拉 / 下拉、驱动能力等参数。
（三）LED 点灯：汇编代码实现全流程
vscode
.global _start_start:; 异常向量表（同软中断示例逻辑，确保异常处理入口）ldr pc, =_reset_handlerldr pc, =_undefine_handlerldr pc, =_svc_handlerldr pc, =_prefetch_abort_handlerldr pc, =_data_abort_handlerldr pc, =_reserved_handlerldr pc, =_irq_handlerldr pc, =_fiq_handler_undefine_handler:ldr pc, =_undefine_handler_svc_handler:ldr pc, =_svc_handler_prefetch_abort_handler:ldr pc, =_prefetch_abort_handler_data_abort_handler:ldr pc, =_data_abort_handler_reserved_handler:ldr pc, =_reserved_handler_irq_handler:ldr pc, =_irq_handler_fiq_handler:ldr pc, =_fiq_handler_reset_handler:; 切换到IRQ模式（示例，实际可按需选择）mrs r0, cpsrbic r0, r0, #0x1Forr r0, r0, #0x12 msr cpsr, r0; 设置IRQ模式栈指针ldr sp, =0x86000000; 切换到System模式（特权模式，方便后续操作）mrs r0, cpsrbic r0, r0, #0x1Forr r0, r0, #0x1F msr cpsr, r0; 设置System模式栈指针ldr sp, =0x84000000 ; 使能外设时钟（IMX6ULL需先使能对应时钟域）bl _enable_clocks; 初始化LEDbl _init_led; 点亮LEDbl _led_on; 死循环（保持LED亮）b finished_led_on:; 配置GPIO输出（假设GPIO1_BASE为0x0209C000）ldr r0, =0x0209C000ldr r1, [r0]; 清除GPIO1_IO03位（假设低电平点亮LED，需根据硬件电路调整）bic r1, r1, #(1 << 3)str r1, [r0]; 返回bx lr_init_led:; 配置引脚复用为GPIO（MUX寄存器地址示例）ldr r0, =0x020E0068; 设置为ALT5模式（GPIO功能）mov r1, #0x05 str r1, [r0]; 配置电气属性（PAD寄存器地址示例）ldr r0, =0x020E02F4; 设置上拉、驱动能力等（0x10B0为示例值，需参考芯片手册）ldr r1, =0x10B0 str r1, [r0]; 配置GPIO方向为输出（GDIR寄存器地址示例）ldr r0, =0x0209C004ldr r1, [r0]; 设置GPIO1_IO03为输出orr r1, r1, #(1 << 3) str r1, [r0]; 返回bx lr_enable_clocks:; 使能GPIO等外设时钟（地址需参考IMX6ULL手册）ldr r0, =0x020C4068mov r1, #0xFFFFFFFFstr r1, [r0]ldr r0, =0x020C406Cstr r1, [r0]ldr r0, =0x020C4070str r1, [r0]ldr r0, =0x020C4074str r1, [r0]ldr r0, =0x020C4078str r1, [r0]ldr r0, =0x020C407Cstr r1, [r0]ldr r0, =0x020C4080str r1, [r0] ; 返回bx lrfinished:; 死循环b finished
（四）程序编译与烧写：GNU 工具链
1. 编译步骤（Ubuntu 下为例）
假设代码文件为start.S，执行以下命令：
- 编译为目标文件：
arm-linux-gnueabihf-gcc -c -g start.S -o start.o - 链接为可执行文件：
arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0x87800000 start.o -o start.elf
（0x87800000为程序运行地址，需与芯片启动配置匹配） - 转换为二进制镜像：
arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S -g start.elf start.bin - （可选）反汇编查看：
arm-linux-gnueabihf-objdump -D start.elf > start.dis
2. 烧写步骤
- 将烧写工具（如
imxdownload）和start.bin放入同一目录。 - 赋予工具执行权限：
chmod +x imxdownload - 烧写（假设 SD 卡为
/dev/sdb）：./imxdownload start.bin /dev/sdb
三、GNU 工具链：嵌入式开发的 “瑞士军刀”
嵌入式开发依赖 GNU 工具链的四大核心工具，它们分工明确，支撑从 “源码” 到 “可运行固件” 的全流程。
| 工具 | 功能核心 | 典型场景 |
|---|---|---|
| gcc | 将 C/C++/ 汇编源码编译为汇编代码，再生成目标文件（.o） | 源码编译的 “第一步” |
| ld | 将多个目标文件（.o）+ 库文件，链接为可执行文件（.elf） | 解决符号依赖、地址分配 |
| objcopy | 在不同目标文件格式间转换（如 ELF→二进制.bin） | 生成芯片可直接运行的固件 |
| objdump | 反汇编目标文件，查看汇编指令、符号表、段信息 | 调试（看机器码对应逻辑）、分析程序 |
总结
嵌入式开发的底层逻辑可归纳为：理解处理器架构（ARM 模式、异常、指令）→ 掌握外设控制（引脚复用、寄存器操作）→ 熟练工具链使用（编译、链接、烧写）。从软中断的 “权限切换”，到 IMX6ULL 点灯的 “外设控制”，每一步都是对底层原理的理解。