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嵌入式硬件——IMX6ULL 裸机LED点亮实验

news 2025/9/16 7:53:54

一. 实验准备

基于正点原子 IMX6ULL-Mini 开发板，实现 LED 周期性闪烁功能，需完成环境搭建与硬件原理确认两大核心准备工作。

1.1 开发环境搭建

需在Windows和Ubuntu中安装工具，确保文件传输、交叉编译、代码编辑功能正常。

1.1.1 跨系统文件传输工具（FileZilla + Ubuntu FTP服务）

用于Windows与Ubuntu之间传输代码、工具链等文件：

1. Windows端安装FileZilla

下载地址：[https://www.filezilla.cn/download](https://www.filezilla.cn/download)，默认安装即可。

2. Ubuntu端配置FTP服务（vsftpd）

打开Ubuntu终端，执行以下命令：

```bash # 安装vsftpd服务 sudo apt-get install vsftpd

# 配置vsftpd.conf文件 sudo vi /etc/vsftpd.conf ``` 在配置文件中确保以下两行**无注释（删除开头的#）** ： ```ini local_enable=YES # 允许本地用户登录 write_enable=YES # 允许写入操作 ``` 保存退出后，重启FTP服务：`sudo /etc/init.d/vsftpd restart`。

3. 连接测试

打开FileZilla，点击「文件→站点管理器」，输入Ubuntu的IP地址、用户名、密码，连接成功后即可互传文件。

1.1.2 交叉编译工具链安装（Linaro GCC）

由于PC（x86架构）需编译ARM架构（I.MX6ULL）的程序，需安装**交叉编译工具链**：

1. 下载工具选择适配64位Ubuntu的版本，下载地址： [https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/latest-7/arm-linux-gnueabihf/](https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/latest-7/arm-linux-gnueabihf/) 文件名：`gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz`。

2. 解压工具链到Ubuntu 用FileZilla将工具链压缩包上传到Ubuntu家目录，执行以下命令： ```bash # 创建安装目录 sudo mkdir /usr/local/arm # 拷贝压缩包到安装目录 sudo cp ~/工具链文件名 /usr/local/arm/ -f # 解压 sudo tar -vxf /usr/local/arm/工具链文件名 ```

3. 配置环境变量编辑`~/.bashrc`文件，在末尾添加工具链路径： ```bash export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin ``` 保存后执行`source ~/.bashrc`使环境变量生效。

4. 验证安装终端输入`arm-linux-gnueabihf-gcc -v`，若显示`4.9.4`版本信息，则安装成功。

5. 安装依赖库执行`sudo apt-get install lsb-core lib32stdc++6`，解决64位Ubuntu运行32位工具链的依赖问题。

1.1.3 代码编辑器（VSCode）可选Windows或Ubuntu版本，用于编写汇编、C代码，推荐安装`C/C++`、`ARM`插件以支持语法高亮。

1.2 开发板硬件原理确认

1.2.1 开发板结构 IMX6ULL-Mini开发板分为**核心板**和**底板**：

- 核心板：包含IMX6ULL芯片、DDR（内存）、eMMC（存储）等核心器件；

- 底板：包含LED、按键等外设。

1.2.2 LED核心控制逻辑

当GPIO1_IO03输出**低电平（0）** 时，LED导通点亮；输出**高电平（1）** 时，LED熄灭。

二. 代码编写

实验代码分为「汇编初始化代码」和「C语言功能代码」，汇编负责初始化C环境（时钟、GPIO复用），C语言实现LED闪烁逻辑。

2.1 汇编代码（start.s）

LED

作用：初始化系统时钟、配置GPIO1_IO03引脚复用和电气属性、设置GPIO方向和初始电平，最终跳转到C语言`main`函数。

.global _start_start: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:mrs r0, cpsrbic r0, r0, #0x1Forr r0, r0, #0x12   // irq 模式msr cpsr, r0ldr sp, =0x86000000mrs r0, cpsrbic r0, r0, #0x1Forr r0, r0, #0x1F   // sys 模式msr cpsr, r0ldr sp, =0x84000000bl _bss_clearb main_bss_clear:ldr r0, = __bss_startldr r2, = __bss_end
loop:mov r1, #0str r1, [r0]add r0, r0, #4cmp r0, r2blt loopbx lrfinished:b finished

说明：代码中寄存器地址与配置逻辑参考`imx6ull裸机(v1.2).pdf`中GPIO配置流程（使能时钟→复用配置→电气属性→方向/电平设置）。

2.2 C语言功能代码

2.2.1 头文件（led.h）

声明LED控制函数，依赖NXP SDK的寄存器定义（如`MCIMX6Y2.h`）：

#ifndef _LED_H_#define _LED_H_#include "MCIMX6Y2.h"/* LED初始化函数：配置GPIO1_IO03 */void init_led(void);/* LED点亮：GPIO1_IO03输出低电平 */void led_on(void);/* LED熄灭：GPIO1_IO03输出高电平 */void led_off(void);/* LED翻转：GPIO1_IO03电平取反 */void led_nor(void);#endif

2.2.2 LED功能实现（led.c）

封装GPIO配置与LED控制逻辑，调用`fsl_iomuxc.h`中的IO复用函数：

#include "led.h"
#include "fsl_iomuxc.h"void init_led(void) {/* 1. 配置GPIO1_IO03复用为GPIO */IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO03_GPIO1_IO03, 0);/* 2. 配置电气属性：关闭HYS、上拉、200M速度 */IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO03_GPIO1_IO03, 0x10B0);/* 3. 设置为输出模式 */GPIO1->GDIR |= (1 << 3);}void led_on(void) {GPIO1->DR &= ~(1 << 3);  /* 低电平点亮 */}void led_off(void) {GPIO1->DR |= (1 << 3);   /* 高电平熄灭 */}void led_nor(void) {GPIO1->DR ^= (1 << 3);   /* 电平取反 */}

说明：`IOMUXC_SetPinMux`和`IOMUXC_SetPinConfig`是SDK封装的IO配置函数，用于简化寄存器操作。

2.2.3 主函数（main.c）

实现LED周期性闪烁（软件延时）：

#include "MCIMX6Y2.h"#include "led.h"/* 软件延时函数：参数越大，延时越长 */void delay(unsigned int n) 
{while(n--);}int main(void) 
{/* 1. 使能所有外设时钟 */CCM->CCGR0 = 0xFFFFFFFF;CCM->CCGR1 = 0xFFFFFFFF;CCM->CCGR2 = 0xFFFFFFFF;CCM->CCGR3 = 0xFFFFFFFF;CCM->CCGR4 = 0xFFFFFFFF;CCM->CCGR5 = 0xFFFFFFFF;CCM->CCGR6 = 0xFFFFFFFF;/* 2. 初始化LED */init_led();/* 3. 循环翻转LED（周期约500ms） */while(1) {led_nor();delay(0xFFFFF);}return 0;}

三. 编译配置（Makefile）

编写Makefile实现自动化编译，避免手动输入繁琐命令，支持汇编、C文件的编译与链接：

target = ledcross_compiler = arm-linux-gnueabihf-cc = $(cross_compiler)gcc
ld = $(cross_compiler)ld
objcopy = $(cross_compiler)objcopy
objdump = $(cross_compiler)objdumpincdirs = bsp imx6ull
srcdirs = bsp projectinclude = $(patsubst %, -I%, $(incdirs)) cfiles = $(foreach dir, $(srcdirs), $(wildcard $(dir)/*.c))
sfiles = $(foreach dir, $(srcdirs), $(wildcard $(dir)/*.S)) cfilenodir = $(notdir $(cfiles))
sfilenodir = $(notdir $(sfiles))cobjs = $(patsubst %, obj/%, $(cfilenodir:.c=.o))
sobjs = $(patsubst %, obj/%, $(sfilenodir:.S=.o))objs = $(cobjs) $(sobjs)VPATH = $(srcdirs)$(target).bin : $(objs)$(ld) -Timx6ull.lds -o$(target).elf $^$(objcopy) -O binary -S -g $(target).elf $@$(objdump) -D $(target).elf > $(target).dis$(sobjs) : obj/%.o : %.S@mkdir -p obj$(cc) -Wall -nostdlib -c $(include) -o $@ $<  $(cobjs) : obj/%.o : %.c@mkdir -p obj		$(cc) -Wall -nostdlib -c $(include) -o $@ $<.PHONY : clean
clean:rm -rf $(objs) $(target).elf $(target).bin $(target).dis

说明： - 链接地址`0x87800000`：选择DDR中的地址，与Uboot链接地址一致，避免地址冲突；

- `-Ttext`：指定.text段（代码段）的起始地址； - `objcopy -O binary`：将ELF格式文件转换为裸机可执行的bin文件。

四. 程序编译与烧写

4.1 编译步骤

1. 执行编译

终端进入实验目录，执行`make`命令，编译成功后生成`led.bin`（最终烧写文件）。

4.2 程序烧写（SD卡启动）

IMX6ULL无内部Flash，需将程序烧写到SD卡，通过SD卡启动。

4.2.1 准备工具与SD卡

1. 下载imxdownload工具 NXP提供的SD卡烧写工具，拷贝到实验目录并添加执行权限： ``` chmod +x imxdownload ```

2. SD卡准备 - 使用空白SD卡（建议4GB以上），备份数据； - 通过读卡器连接Ubuntu，确保SD卡被Ubuntu识别。

4.2.2 确认SD卡设备名

终端执行`ls /dev/sd*`，识别SD卡设备文件：

- 未插SD卡时：显示`/dev/sda /dev/sda1`（系统磁盘）；

- 插入SD卡后：新增`/dev/sdb /dev/sdb1`（SD卡，`sdb`为设备名）。

注意：务必确认设备名为`/dev/sdb`，避免烧写到系统磁盘（`sda`）。

4.2.3 执行烧写

在实验目录执行烧写命令： ```./imxdownload led.bin /dev/sdb ``` -

**烧写验证**：终端显示烧写大小（如3.2KB）、速度（正常几百KB/s以内）；

- 生成`load.imx`文件：imxdownload在bin文件前添加启动头，适配IMX6ULL启动协议。

五. 实验验证

5.1 开发板启动配置

1. 设置BOOT拨码开关需将开发板BOOT拨码开关设置为 SD卡启动，参考拨码表：

拨码位	状态	说明
1	OFF	BOOT_MODE1=0
2	ON	BOOT_MODE0=1
3~8	OFF	选择 SD 卡通道

2. 连接硬件- 插入烧写好程序的SD卡； - 打开开发板电源。

5.2 上电运行

打开开发板电源开关，观察用户LED（LED0）：

- 正常现象：LED周期性闪烁（约1秒1次）；

- 异常排查：若LED不亮，检查BOOT拨码、SD卡烧写、GPIO配置是否正确。

六. 常见问题排查

问题现象	可能原因	解决方案
交叉编译工具链未找到（command not found）	环境变量配置错误	重新执行source ~/.bashrc，或检查~/.bashrc中工具链路径
烧写速度异常（>100MB/s）	SD 卡未被正确识别	重新插拔 SD 卡，重启 Ubuntu 后重试
LED 不亮但烧写成功	GPIO 配置错误 / BOOT 拨码错误	1. 检查start.s中 GPIO1_IO03 的复用与电气属性； 2. 确认 BOOT 拨码为 SD 卡启动
编译报错（undefined reference）	源文件缺失或 Makefile 中未添加目标文件	1. 确认objs变量包含所有.o 文件； 2. 检查源文件是否存在