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使用STM32、SFPGA和I.MX6ULL IO点亮LED灯

使用STM32、SFPGA和I.MX6ULL IO点亮LED灯

2023-08-25

摘要：你点亮过多少板子的LED灯呢？有很多小伙伴要求讲一下STM32、FPGA、Liunx他们之间有什么不同。不同点很多，口说无凭，今天就来点亮一下STM32、FPGA和Liunx板子的LED灯，大家大致看一下点灯流程和点灯环境以及点灯流程，就能大概的了解一下三者的区别，可以有选择的去学习！

一、使用STM32点亮LED灯

STM32从字面上来理解ST是意法半导体，M是Microelectronics的缩写，32 表示32位，合起来理解，STM32就是指ST公司开发的32位微控制器。在如今的32 位控制器当中，STM32可以说是最璀璨的新星，它受宠若娇，大受工程师和市场的青睐，无芯能出其右。首先使用STM32电亮一个led灯，大家现在回过头来看是不是非常的简单。

STM32初始化流程：

1、使能指定GPIO的时钟。

2、初始化GPIO，比如输出功能、上拉、速度等等。

3、STM32有的IO可以作为其它外设引脚，也就是IO复用，如果要将IO作为其它外设引脚使用的话就需要设置 IO 的复用功能。

4、最后设置GPIO输出高电平或者低电平。

1、新建工程

2、代码编写

//LEDIO初始化

voidLED_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//使能GPIOF时钟

//GPIOF9,F10初始化设置

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;//LED0和LED1对应IO口

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式

GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;//100MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉

GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10);//GPIOF9,F10设置高，灯灭

}

3、编译代码

4、配置下载器

烧录代码

二、使用FPGA点亮LED灯

FPGA(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)，译文：现场可编程门阵列，一种主要以数字电路为主的集成芯片，于1985年由Xilinx创始人之一 Ross Freeman发明，属于可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)的一种。真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为Xilinx所发明，这个时间差不多比著名的摩尔定律晚20年左右，但是FPGA一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象。

计数器是在FPGA设计中最常用的一种时序逻辑电路，根据计数器的计数值我们可以精确的计算出FPGA内部各种信号之间的时间关系，每个信号何时拉高、何时拉低、拉高多久、拉低多久都可以由计数器实现精确的控制。而让计数器计数的是由外部晶振产生的时钟，所以可以比较精准的控制具体需要计数的时间。计数器一般都是从0开始计数，计数到我们需要的值或者计数满溢出后清零，并可以进行不断的循环。

本例我们让计数器计数1s时间间隔，来实现led灯每隔1s闪烁一次的效果。

LED灯硬件原理图

流水灯实验管脚分配

1、模块框图

模块框图

输入输出信号描述

2、RTL代码的编写

开始RTL代码的编写，RTL代码编写出的模块叫RTL模块(后文中也称功能模块、可综合模块)。之所以叫RTL代码是因为用Verilog HDL在Resistances Transistors Logic（寄存器传输级逻辑）来描述硬件电路，RTL代码能够综合出真实的电路以实现我们设计的功能，区别于不可综合的仿真代码。

`timescale1ns/1ns

//带标志信号的计数器

modulecounter

parameterCNT_MAX=25'd24_999_999

)

(

inputwiresys_clk,//系统时钟50Mhz

inputwiresys_rst_n,//全局复位

outputregled_out//输出控制led灯

);

reg[24:0]cnt;//经计算得需要25位宽的寄存器才够500ms

regcnt_flag;

//cnt:计数器计数,当计数到CNT_MAX的值时清零

always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)

if(sys_rst_n==1'b0)

cnt<=25'b0;

elseif(cnt1'b1;

else

cnt<=25'b0;

//cnt_flag:计数到最大值产生的标志信号

always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)

if(sys_rst_n==1'b0)

cnt_flag<=1'b0;

elseif(cnt==CNT_MAX-1'b1)

cnt_flag<=1'b1;

else

cnt_flag<=1'b0;

//led_out:输出控制一个LED灯,每当计数满标志信号有效时取反

always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)

if(sys_rst_n==1'b0)

led_out<=1'b0;

elseif(cnt_flag==1'b1)

led_out<=~led_out;

endmodule

3、代码的分析和综合

4、查看RTL视图

5、Testbench代码的编写

`timescale1ns/1ns

moduletb_counter();

//wiredefine

wireled_out;

//regdefine

regsys_clk;

regsys_rst_n;

//初始化系统时钟、全局复位

initialbegin

sys_clk=1'b1;

sys_rst_n<=1'b0;

#20

sys_rst_n<=1'b1;

end

//sys_clk:模拟系统时钟，每10ns电平翻转一次，周期为20ns，频率为50Mhz

always#10sys_clk=~sys_clk;

initialbegin

$timeformat(-9,0,"ns",6);

$monitor("@time%t:led_out=%b",$time,led_out);

end

//-------------counter_inst--------------

counter

.CNT_MAX(25'd24)

)

counter_inst

(

.sys_clk(sys_clk),//inputsys_clk

.sys_rst_n(sys_rst_n),//inputsys_rst_n

.led_out(led_out)//outputled_out

);

endmodule

6、ModelSim仿真波形

7、上板验证

程序下载完毕后，会看到板卡LED0不断闪烁，时间间隔为1秒。

三、使用I.MX6ULL IO点亮LED

嵌入式linux学习者大体可以分为两类，一类是进阶用户，主要指已经有大量mcu工作经验的开发者，他们希望进阶到更有难度，薪资更高的mpu开发中去。另一类则是学生用户，主要是刚开始接触嵌入式开发的大学生群体。

I.MX应用处理器包括I.MX8、I.MX7、I.MX6及I.MX28系列，被广泛应用于工业控制、汽车电子领域，久经市场考验。而且它的产品线非常丰富，用户熟悉其中一款产品后就能非常方便地迁移至不同的平台。

一般拿到一款全新的芯片，第一个要做的事情的就是驱动其GPIO，控制其GPIO输出高低电平，我们学习I.MX6U也一样的，先来学习一下I.MX6U的GPIO。在学习I.MX6U的GPIO之前，我们可以对比一下STM32的GPIO初始化(如果没有学过 STM32 就不用回顾了)，我们以最常见的STM32F103为例来看一下STM32的GPIO初始化，示例代码如下：

voidLED_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//使能PB端口时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//PB5端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//IO口速度

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//根据设定参数初始化GPIOB.5

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//PB.5输出高

}

STM32初始化流程：

1、使能指定GPIO的时钟。

2、初始化 GPIO，比如输出功能、上拉、速度等等。

3、STM32 有的 IO 可以作为其它外设引脚，也就是 IO 复用，如果要将 IO 作为其它外设引脚使用的话就需要设置 IO 的复用功能。

4、最后设置GPIO输出高电平或者低电平。

I.MX6U的GPIO一共有5组：

GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4和GPIO5

，其中GPIO1有32个IO，GPIO2有22个IO，GPIO3有29个IO、GPIO4有29个IO，GPIO5最少，只有12个IO，这样一共有

124个GPIO

。

I.MX6ULL IO初始化流程：

1、使能时钟，

CCGR0—CCGR6

这7个寄存器控制着6ULL所有外设时钟的使能。为了简单，设置

CCGR0~CCGR6这7

个寄存器全部为

0XFFFFFFFF

，相当于使能所有外设时钟。

2、IO复用，将寄存器

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03

的

bit3~0

设置为

0101=5

，这样

GPIO1_IO03

就复用为

GPIO

。

3、寄存器

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03

是设置

GPIO1_IO03

的电气属性。包括压摆率、速度、驱动能力、开漏、上下拉等。

4、配置

GPIO功

能，设置输入输出。设置

GPIO1_DR

寄存器bit3为1，也就是设置为输出模式。设置

GPIO1_DR

寄存器的

bit3

，为1表示输出高电平，为0表示输出低电平。

汇编由一条一条指令构成，指令就涉及到汇编指令。

Inta，b;

a=b;

假设a地址为0X20，b地址为0x30。

LDRR0,=0X30

LDRR1,[R0]

LDRR0,=0X20

STRR1,[R0]

我们在使用汇编编写驱动的时候最常用的就是

LDR

和

STR

这两个指令。

1、新建工程

新建工程文件夹：

新建裸机驱动文件夹新建LED灯文件夹

2、在VSCode中编写代码

ubuntu中我们使用的是VScode编辑器来写代码，跟在windows中新建项目一样，新建项目、保存工作区，然后编写代码。

3、编写代码

.global_start/*全局标号*/

_start:

/*1、使能所有时钟ldf如果用大写就全部用大写,如果小写就全部用小写*/

ldrr0,=0X020C4068//将寄存器CCGR0地址0X020C4068存放到寄存器R0中

ldrr1,=0XFFFFFFFF//把寄存器x地址0Xffffffff存放到寄存器r1中

strr1,[r0]//把寄存器r1中的值(0XFFFFFFFF)写入到寄存器r0里面的值作为地址的内存里面

ldrr0,=0X020C406C/*将寄存器CCGR1地址(0X020C4068)存放到寄存器R0中*/

strr1,[r0]

ldrr0,=0X020C4070/*CCGR2*/

strr1,[r0]

ldrr0,=0X020C4074/*CCGR3*/

strr1,[r0]

ldrr0,=0X020C4078/*CCGR4*/

strr1,[r0]

ldrr0,=0X020C407C/*CCGR5*/

strr1,[r0]

ldrr0,=0X020C4080/*CCGR6*/

strr1,[r0]

/*2、设置GPIO1_IO03复用为GPIO1_IO03*/

ldrr0,=0X020E0068/*将寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE加载到r0中*/

ldrr1,=0X5/*设置寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE的MUX_MODE为5*/

strr1,[r0]

/*3、配置GPIO1_IO03的IO属性

*bit16:0HYS关闭

*bit[15:14]:00默认下拉

*bit[13]:0kepper功能

*bit[12]:1pull/keeper使能

*bit[11]:0关闭开路输出

*bit[7:6]:10速度100Mhz

*bit[5:3]:110R0/6驱动能力

*bit[0]:0低转换率

ldrr0,=0X020E02F4/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE*/

ldrr1,=0X10B0

strr1,[r0]

/*4、设置GPIO1_IO03为输出*/

ldrr0,=0X0209C004/*寄存器GPIO1_GDIR*/

ldrr1,=0X0000008

strr1,[r0]

/*5、打开LED0

*设置GPIO1_IO03输出低电平

ldrr0,=0X0209C000/*寄存器GPIO1_DR*/

ldrr1,=0

strr1,[r0]

*描述：loop死循环

loop:

bloop

.global_start@全局标号

/**/

4、编译代码

使用如下三条命令来编译代码：

arm-linux-gnueabihf-gcc-g-cleds.s-oled.o

arm-linux-gnueabihf-ld-Ttext0X87800000led.o-oled.elf

arm-linux-gnueabihf-objcopy-Obinary-S-gled.elfled.bin

编译、链接、格式转换

最终生成了led.oled.elfled.bin三个文件。

5、烧写代码

STM32中代码烧写到内部FLASH。IMX6ULL支持SD卡、EMMC、NAND、nor、SPI flash等启动。裸机例程选择烧写到SD卡里面。在ubuntu下向SD卡烧写裸机bin文件。烧写不是将bin文件拷贝到SD卡中，而是将bin文件烧写到SD卡绝对地址上。而且对于I.MX而言，不能直接烧写bin文件，比如先在bin文件前面添加头部。完成这个工作，需要使用正点原子提供的imxdownload软件。

利用FileZilla Client软件将imxdownload软件发送到工程目录下

烧写的三个命令：

ls/dev/sd*-l
chmod777imxdownload
./imxdownloadled.bin/dev/sdb

Imxdownload使用方法，确定要烧写的SD卡文件，需要使用ls /dev/sd* -l命令来检测SD是哪一个文件，我的是/dev/sdb。

插拔SD卡可以看到两个的区别

给予imxdownload可执行权限：Chmod 777 imxdownload

烧写：./imxdownload led.bin /dev/sdb

向SD卡烧写完成

Imxdownlaod会向led.bin添加一个头部，生成新的load.imx文件，这个load.imx文件就是最终烧写到SD卡里面去的。

这里要注意的是如果烧写的速度在几十MB/S左右的话，那么可能意味着烧写失败了。而且是因为SD卡没找到而导致烧写失败，这个问题只能重启 ubuntu解决。

之后就可以从读卡器中把SD拔下来，然后插入到开发板中，将拨码开关拔止SD卡模式，供电之后，蓝色LED亮，红色LED灭，两秒钟之后红色LED亮。

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使用STM32、SFPGA和I.MX6ULL IO点亮LED灯

3、代码的分析和综合

4、 查看RTL视图

5、Testbench代码的编写

6、ModelSim仿真波形

7、上板验证

三、使用I.MX6ULL IO点亮LED

1、新建工程

2、在VSCode中编写代码

3、编写代码

5、烧写代码

4、查看RTL视图