我们为ARM Cortex-M3编写了最简单的程序

下午好 今天，我想告诉您如何编写一个在ARM Cortex-M3上运行并显示“ Hello，World！”的最小程序。 我们将尝试逐步确定为此所需的最低要求。 我们将在QEMU仿真器上运行。 因此，即使手头没有一块铁，任何人都可以繁殖。

所以走吧！

QEMU仿真器支持Cortex-M3内核，并在此基础上仿真来自Texas Instruments的Stellaris LM3S811平台。 我们将在此平台上运行。 我们需要arm-none-eabi-工具链（您可以在此处下载）。 接下来，我们需要编写程序的主要逻辑，将控制权转移到程序的开始代码和链接脚本。

在habr上已经有相当不错的 文章，内容涉及如何从头开始使铁片上的二极管闪烁。 因此，在这里我不会深入研究它的作用和工作方式，而只会给出开始所需的最少知识。

我们在test.c文件中的世界：

static volatile unsigned int * const UART_DR = (unsigned int *)0x4000c000; static void uart_print(const char *s) { while (*s != '\0') { *UART_DR = *s; s++; } } void c_entry(void) { uart_print("Hello, World!\n"); while (1) ; } 

此地址0x4000c000从文档中获取，其中DR寄存器零为零。 我们不会参与设置UART （这需要在硬件上完成），但是我们将尝试立即将符号直接放入其中。

现在，我们需要以某种方式将控制权转移到文件test.c中的with_entry函数。 为此，请创建以下代码（startup.S文件），然后将其放在最后的最终ELF映像中。

 .type start, %function .word stack_top /*     */ .word start /*    PC */ .global start start: ldr r1, =c_entry bx r1 

0x0处的第一个字应为指向堆栈顶部（SP）的指针。 在0x4处有一台PC，该PC与SP一样被加载到寄存器中。 请注意，因为Cortex-M代码是在Thumb模式下执行的（这是一组简化的ARM命令），所以start被精确地声明为一个函数，而不是作为一个标签声明，并且要求中断向量中函数的地址应采用以下形式： 0x1）-即 地址的最后一位必须为1。

接下来，启动函数仅从test.c文件中加载c_entry（）函数的地址，然后通过“ bx r1”传递控制权。

仅保留成功链接我们的程序。 为此，您需要设置我们微控制器的存储卡。 在文档中，您可以找到闪存（ROM）和RAM（RAM）的地址和大小。 这是test.ld链接描述文件：

 SECTIONS { . = 0x0; /*   (ROM) */ .text : { startup.o(.text) test.o(.text) } . = 0x20000000; /*     RAM */ .data : { *(.data) } .bss : { *(.bss) } . = ALIGN(8); . = . + 0x1000; /*    4 */ stack_top = .; } 

注意地址很重要。 “。” 链接描述文件中的表示当前位置。 我们将.text节放在ROM的开头（地址0x0），遵循以下顺序-startup.o（.text）首先。 接下来，转到RAM（。= 0x20000000;）并将数据（初始化的全局数据）和bss（未初始化的全局数据）放在那里。 在下面我们看到ALIGN（8）-ARM需要将SP（堆栈指针）对准8。由于堆栈变小，因此堆栈下方的空间分配只是一个补充。” =。 + 0x1000”。 我们很了解我们的程序，因此4kB堆栈足够大。

仅此而已，将所有内容放在一起。 我带来了build.sh：

 #!/bin/sh arm-none-eabi-as -c -mthumb -mlittle-endian -march=armv7-m -mcpu=cortex-m3 startup.S -o startup.o arm-none-eabi-gcc -c -mthumb -ffreestanding -mlittle-endian -march=armv7-m -mcpu=cortex-m3 test.c -o test.o arm-none-eabi-ld -T test.ld test.o startup.o -o test.elf 

除了标志-ffreestanding以外，这里的所有内容都应或多或少被理解。 在这种情况下，您不必添加它（可以检查它），但是由于我们是从头开始准备裸机映像，因此最好告诉编译器，使其不要关注main（）之类的函数。

结果，我们得到了ELF文件test.elf。 在QEMU上运行它：

 $ qemu-system-arm -M lm3s811evb -kernel test.elf -nographic Hello, World! 

可以用

当然，这是一个案例研究，旨在了解正在发生的事情。 如果需要更有意义的功能，则应使用现成的东西。 我们在Embox中添加了对该平台的支持 。 该模板称为platform / stellaris / lm3s811evb。 因此，如果有人想尝试运行稍微严重的事情（控制台，计时器，中断），则可以收集并尝试。 我再说一次，在这种情况下，您不需要一块硬件板。

而那些仍然没有足够模拟器的人，或者想问我们问题并玩弄铁片的人，我们将在星期六和星期日在圣彼得堡的IT节techtrain.ru上等待。 我们将在架子上放各种铁，在演示区中，我们将尝试告诉他们如何编程。