步驟1：材料

對于此項目，您將需要

Raspberry pi 3

七個LEDs

七個220歐姆電阻

一個10k歐姆電阻

一個按鈕

您還需要計算機設置程序才能以裸機方式處理raspberry pi 3。查看我以前的指導，以了解如何為使用pi裸機設置環境。

此項目從開始到結束大概需要3-4個小時。

好，我們開始吧！！！！

步驟2：電路

要構建此模塊，我們需要一行6個LED分別連接到GPIO 20-25。我們還需要一個連接到GPIO 27的指示燈。該指示燈將向我們指示是否已按下按鈕。最后，我們需要連接按鈕。按鈕的一側將連接到3.3v，另一側連接到下拉引腳。我們將使用GPIO 17連接到按鈕。 GPIO 17將成為我們的輸入引腳。 GPIO 17連接到一個10k歐姆的電阻，該電阻連接到地（GND）。我們這樣做是為了確保GPIO 17始終設置為低電平。如果不是，則該引腳有可能在高點和低點之間放棄，從而給我們帶來隨機的結果。為了避免這種情況，我們可以使用電阻較大的電阻將引腳下拉至0v。

在面包板上設置電路是一個簡單的過程。請遵循上面的電路圖。將引線的短邊連接到GND，將長邊連接到220歐姆電阻。對其他5個不同的led重復此操作。這樣一來，您總共應該連接六個LED。從一端開始，將第一個LED的正極連接到GPIO 20，然后將下一個引腳連接到GPIO 21，依此類推。..最后一個LED應該連接到GPIO 25。

對于指示燈led連接led的短端連接到GND，長端連接到220 ohm電阻，然后將電阻連接到GPIO 17。

將按鈕連接到試驗板。我使用的按鈕上有四個連接。我們將只使用底部的兩個。將一端連接到正極軌，另一端連接到10k歐姆電阻。將GPIO 17連接到10k電阻。按下按鈕時，它將GPIO 17連接至將引腳設置為高電平的正極。

將3.3v引腳連接至正極，并將GND引腳連接至負極。

最后將正軌和負軌連接在一起，以便可以使用兩側。

步驟3：代碼：簡介

編碼部分是從上一個閃爍的項目中已經學到的東西建立的。

該項目中的兩個新事物是，我們設置了堆棧框架的使用方式，以便我們可以模擬高級功能，并進行設置使用系統時鐘等待特定毫秒數的等待函數。

堆棧是一種常見的編程結構。它實際上是一個地址序列，可用于臨時存儲內容。堆棧具有兩個基本功能

您可以將項目推入堆棧頂部

，也可以將項目從堆棧頂部彈出

可以按不同的版本設置堆棧，但是對于該項目，我們將堅持默認配置。當您將某些東西推入堆棧時，它會放在頂部。當下一件物品被推入堆棧時，新物品將成為頂部，而舊物品將位于其下方。希望您以前曾經使用過堆棧，如果沒有的話，可以在網上找到更多更深入的解釋。幸運的是，Arm有一個push和pop指令，因此使用堆棧很容易組裝。

我們將要探索的第二件事是訪問系統計時器，這樣我們可以將程序延遲一定的時間。

第4步：代碼：堆棧/堆棧框架

設置要使用的堆棧就像一行代碼一樣簡單。由于鏈接器的設置方式（kernel.ld），我們在編譯時將所有代碼插入0x8000之后。因此，我們需要將此值移到sp寄存器中。

mov sp，＃0x8000

將其添加到代碼頂部并使用堆棧應該沒問題。

現在進入堆棧框架。堆棧框架基本上是當我們預留堆棧的一部分以用于過程調用時。這使我們能夠實現高級語言（如Java和C ++）使用的功能。這些語言使用堆棧來跟蹤函數調用。我們可以在匯編中做同樣的事情。

堆棧框架：

要將函數調用模擬為高級語言，我們將保留寄存器我們想通過將它們放置在堆棧上來使用，然后如果需要將其用于變量，我們還可以在堆棧中預留本地內存。在函數末尾，我們必須破壞堆棧幀并將堆棧重置為以前的狀態。

通常，如果函數需要返回任何內容，則應將其放在r0中。/p》

如果函數接受參數，則應將其放在函數分支的前面。

堆棧框架：SETUP

我們通過設置堆棧框架開始該功能。

push {r7，lr}

mov r7，sp

push {}

ldr，［r7，＃8］ @第一個參數與r7的偏移量為＃8

然后我們通過清理堆棧框架來結束堆棧框架

pop

pop {r7，lr}

。此過程使我們無需更改任何寄存器即可調用函數。它還允許在函數內調用函數，因為堆棧框架將始終保留lr，因此允許進行多個級別的函數調用。

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stack frame visual

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0x0 | 《=sp

---------------------------------------

0x4 |

---------------------------------------

0x8 |

---------------------------------------

0x12|

---------------------------------------

0x16|

---------------------------------------

0x20|

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

======================================= Example Function with one argument.

_______________________________________ push {r1} @argument r1=0x1234

b ex_func =======================================

stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 《=sp The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 |

---------------------------------------

0x8 |

---------------------------------------

0x12|

---------------------------------------

0x16|

---------------------------------------

0x20|

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

======================================= ex_func：

push {r7，lr}

mov r7，sp @r7 will equal 0x8

=======================================

stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7 《=sp

---------------------------------------

0x12|

---------------------------------------

0x16|

---------------------------------------

0x20|

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

======================================= push {r1-r3} @using r1，r2，and r3 so we preserve them

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3 saved register

---------------------------------------

0x16| r2 saved register

---------------------------------------

0x20| r1 《=sp saved register

---------------------------------------

0x24|

---------------------------------------

0x28|

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pop r1，［r7，#8］ @remember r7=0x8， the old sp. To access the argument at 0x0 we need to go up by 8

@thats why we do ［r7，#8］ which is the same as putting the value at 0x0 （0x1234） into r1 sub sp，sp，#8 @moves sp down to create local memory

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3 saved register

---------------------------------------

0x16| r2 saved register

---------------------------------------

0x20| r1 saved register

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty 《=sp

======================================= To end the function we need to move the value to be returned if any into ro

步驟5：代碼：系統計時器

要使用系統計時器設置延遲，我將其編寫在一個單獨的文件中，因此也可以在以后的項目中使用。為此，我們基本上需要訪問計時器并獲取初始時間戳。一旦有了，我們將再次訪問時間戳。我們將從最初的時間戳中減去第二個時間戳，并將其與所需的值進行比較。

算法非常簡單，最困難的部分是訪問正確的寄存器。

計時器的基地址為0x3f003000

計時器的lo字的偏移量為0x4

計時器的高位字的偏移量為0x8

嘗試編寫自己的等待函數！如果需要參考，請附上我的代碼。

步驟6：代碼：獲取輸入

對于該項目，我使用了GPLEV0寄存器。本質上，它保持引腳0-31的狀態。我們正在使用GPIO 17作為輸入。要將此引腳設置為輸入，我們必須訪問FSEL1寄存器并清除GPIO 17專用的三位。

GPLEV0偏移量0x34

FSEL1偏移量0x04

通過掩碼將GPIO 17設置為輸入0xFF1FFFFF

我們還需要將位20-27設置為輸出。

FSEL2偏移量0x08

將掩碼設置為20到27以輸出0x249249

由于我們使用的是輸出，我們還需要訪問GPSET0寄存器以打開引腳，而GPCLR0寄存器以關閉引腳

GPSET0偏移量0x1c

GPCLR0偏移量0x28

由于等待功能以微秒為單位，因此您可以使用以下幾個值

半秒0x7a120 = 500，000微秒= 1/2秒

四分之一秒0x3d090 = 250，000微秒= 1/4秒

秒的八分之一0x1e848 = 125，000微秒= 1/8秒

好，讓我們開始編碼！

mov r0， @return

上面的代碼設置了我們的代碼，因此它可以正常運行。

Then we need to undo the stack frame

下一步我設置基址的地址和我們將要使用的偏移量。

Get rid of local memory created

在這里，我設置了一些以后將要使用的有用符號。

add sp，sp，#8

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3 saved register

---------------------------------------

0x16| r2 saved register

---------------------------------------

0x20| r1 《=sp saved register

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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出于可讀性考慮，我為寄存器的目的設置了一些符號。

Replace saved registers

要將此引腳設置為輸入，首先要獲得適當的偏移，然后再加載掩碼；最后，我將掩碼寫回到寄存器中。

pop {r1-r3}

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7 《=sp

---------------------------------------

0x12| r3

---------------------------------------

0x16| r2

---------------------------------------

0x20| r1

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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我做的和輸入一樣，只是使用了不同的偏移量和掩碼。

Replace r7 and link register

接下來，我開始主程序循環。我首先描述我要程序執行的操作。

pop {r7，lr}

=======================================

stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 The argument is pushed onto the stack

---------------------------------------

0x4 | lr 《=sp

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3

---------------------------------------

0x16| r2

---------------------------------------

0x20| r1

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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我以一個小的等待值開始循環。

Finally， we need to clean up after the argument

add sp，sp，#4

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stack frame visual

=======================================

0x0 | 0x1234 《=sp

---------------------------------------

0x4 | lr

---------------------------------------

0x8 | r7

---------------------------------------

0x12| r3

---------------------------------------

0x16| r2

---------------------------------------

0x20| r1

---------------------------------------

0x24| empty

---------------------------------------

0x28| empty

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mov pc，lr Return

在這里，我正在檢查引腳17的狀態，該函數將返回r0中指定引腳的狀態。我的所有功能都將在末尾列出。

Notice that nothing is overwritten in the stack. We simply move the stack pointer back to it‘s original place.

我檢查返回值，然后跳轉到一個功能，該功能可以打開指示燈并循環或關閉指示燈

如果按下該按鈕，它將GPIO17連接到3.3v，因此將其設置為高電平。因此，如果按下按鈕，輸入功能將返回1，從而指示器打開并且LED的環路上升，從GPIO20到GPIO 26接通。

基本上就是這樣。接下來，我將介紹在input_loop中調用的函數。

步驟7：代碼：函數定義

首先，我們有get輸入

b main

.section .text

main：

mov sp，#0x8000

我的函數有一個參數，即GPIO引腳的編號。該功能使用引腳號創建一個掩碼來測試GPLEV0中的位。 tst執行邏輯“與”并設置標志。如果and返回true，則未設置零標志。

r1：0000_1000

r2：0000_1000

tst r2，r1

結果：未設置零標志

結果返回到r0。

.equ BASE_ADDR，0x3f200000 @Base address

.equ GPFSEL0， 0x0

.equ GPFSEL1， 0x04 @FSEL1 register offset | use to select GPIO 10-19 and set input/output/alt func

.equ GPFSEL2， 0x08 @FSEL2 register offset | use to select GPIO 20-29 and set input/output/alt func

.equ GPSET0， 0x1c @GPSET0 register offset| use to set GPIO’s logic level high（3.3v）

.equ GPCLR0， 0x28 @GPCLR0 register offset| use to set GPIO‘s logic level low（0v）

.equ GPLEV0， 0x34 @GPIO level offset | use to read current level of pin（on/off）［high/low］{3.3v/0v}

接下來，我有兩個函數可以打開指示器并關閉指示燈。當指示燈打開時，該功能將分支并通過GPIO引腳循環。當指示燈熄滅時，該功能將通過GPIO引腳分支和向下循環。

.equ CLEAR_BITS21_23，0xFF1FFFFF @mask to clear bits 21 through 23 | use to set GPIO 17 to input

.equ SET_20_27，0x249249 @mask to set bits 20 through 27 | use to set GPIO 20-27 to output

.equ SET_BIT27，0x8000000 @mask to set bits 27 | use to set GPIO 27 to high（3.3v） or low（0v） GPIO 27 is indicator light

.equ half_second， 0x7a120 @hex value for half a second in microseconds

.equ quarter_second， 0x3d090 @hex value for quarter of a second in microseconds

.equ eighth_second，0x1e848 @hex value for eigth of a second in microseconds

前兩個功能設置向上或向下循環功能。他們只是確保在循環開始之前將計數器設置為正確的數字。 loop_up和loop_down函數在本質上彼此相同。一個循環通過以GPIO 20開頭并以GPIO 26結尾的引腳，然后循環通過以GPIO 26開頭并以GPIO 20結尾的引腳。

循環位置i或j移入r0和然后調用turn_on函數。這會根據傳遞到r0的數字打開一個引腳。然后，循環將等待八分之一秒，然后再關閉引腳并遞增或遞減計數器。

base .req r1 @Sets symbol base to refer to r1： can use base and r1 interchangeably base《=》r1

ldr base，=BASE_ADDR @base = 0x3f20000， load base with the base address of peripheralsoffset .req r2 @Sets symbol offset to refer to r2： can use offset and r2 interchangeably offset《=》r2

mask .req r3 @Sets symbol mask to refer to r3 mask《=》r3

i .req r4 @Sets symbol i to refer to r4 i《=》r4

j .req r5 @Sets symbol j to refer to r5 j《=》r5

return .req r0 @return 《=》 r0

turn_on和turn_of函數。

步驟8：將它們放在一起。

現在，您已經編寫了所有代碼文件，您需要生成一個二進制kernel.img。我設置了一個簡單的makefile，將其吐出來。只需下載它，然后將第4行的代碼變量更改為文件名即可。

如果您無法使代碼正常工作，請下載并編譯我的代碼，然后將kernel.img放到pi上。如果可以，那么如果不返回電路步驟并嘗試重建電路，則代碼可能存在問題。