前言

学习嵌入式 Linux 驱动的时候，经常会接触到外设操作。但如果不了解底层寄存器是如何工作的，写驱动就像 “黑盒调用”。 裸机开发没有操作系统，CPU 上电后直接执行我们写的汇编代码，所有硬件初始化、模式切换、外设控制全部手动实现。 本次实验：正点原子 IMX6ULL-Mini 开发板，汇编启动代码，操作 GPIO 寄存器点亮 LED，打通内核到外设的底层链路。

一、开发板介绍：正点原子 IMX6ULL-Mini

IMX6ULL-Mini 是正点原子推出的基于 NXP i.MX6ULL SOC 的嵌入式开发板，主打低功耗，结构分为核心板 + 底板，核心板采用双列直插和底板相连，方便替换。

1. 核心板（六层 PCB）

• CPU：NXP i.MX6ULL，Cortex‑A7 单核处理器，BGA 封装；工业级主频 528MHz，商业级 800MHz
• 内存：512MB DDR3L RAM，提供高速数据访问
• 存储：8GB eMMC，支持 SD 卡、NAND、eMMC 多种启动方式
• 屏幕：支持 4.3 寸屏幕，分辨率 800*480

概念区分（必记） Cortex-A7：ARM 设计的 CPU 内核 i.MX6ULL：NXP 出品的 SOC（片上系统，内核 + 外设集成在一块芯片） IMX6ULL-Mini：正点原子整套开发板（核心板 + 底板）

2. 底板（LED 模块）

本次实验使用底板 LED 电路：

• 红色 LED：用户可控 LED，本次实验的控制对象
• 蓝色 LED：电源指示灯，上电常亮，不可软件控制
• 510Ω 限流电阻：串联在 LED 回路，限制电流大小，防止电流过大烧毁灯珠

二、开发环境搭建

本次裸机汇编代码使用 VS Code 编写：

1. 安装 Visual Studio Code
2. 安装插件：Arm Assembly，提供 ARM 汇编语法高亮
3. 创建工程目录：D:\IMX6ULL\led_asm
4. 创建启动文件：start.S

⚠️重点：后缀大写.S，编译时会执行 C 预处理器，可以使用宏；小写.s不会预处理。裸机启动代码一般使用.S。

三、汇编启动代码基础

裸机上电，SOC 内置 ROM 会读取程序，从_start标签开始执行。ROM 起始地址：0x80000000，地址空间大小 512MB。

1. .global _start

.global _start 将_start声明为全局符号，作为程序入口，链接器识别该标签为程序启动地址。

2. CPS 指令：切换处理器模式，开关中断

CPS 全称 Change Processor State，用于修改 CPSR 程序状态寄存器，完成 CPU 模式切换、中断开关控制。 语法格式：

CPS<effect> <iflags>{, #<mode>}
CPS #<mode>

示例代码：

cpsid i        ; 关闭IRQ中断，i=IRQ，f=FIQ，a=Abort
cps #0x12      ; 切换到IRQ模式
ldr sp, =0x82000000 ; 设置IRQ模式栈指针
cps #0x1F      ; 切换到系统模式
ldr sp, =0x84000000 ; 设置系统模式栈指针
cpsie i        ; 开启IRQ中断

裸机启动流程要点：上电后切换不同处理器模式，为每种模式单独分配栈空间，为后续 C 语言代码运行做准备。

四、LED 点亮原理：操作外设寄存器

点亮 LED 本质就是配置 SOC 内部外设寄存器，需要两份参考手册：

1. IMX6ULL_MINI_V2.2 (Mini 底板原理图).pdf：查看硬件电路
2. IMX6ULL 参考手册.pdf：查找外设寄存器地址、位定义

完整初始化流程

1. 引脚复用配置（IOMUXC） 章节：Chapter32 IOMUX Controller（IOMUXC） 寄存器：IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 将寄存器低四位设置为0101，把引脚复用为 GPIO 功能，而不是 UART、SPI 等其他外设。
2. PAD 电气属性配置（IOMUXC） 寄存器：IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 配置引脚的上下拉、驱动能力、信号速率、滞回等电气特性。
3. GPIO 方向寄存器 GDIR 章节：Chapter28 GPIO 模块GPIOx_GDIR：GPIO 方向寄存器。对应 bit 置 1 为输出模式，置 0 为输入模式。控制 LED 需要设置为输出。
4. GPIO 数据寄存器 DRGPIOx_DR：GPIO 数据寄存器。对应 bit 写 1 输出高电平，写 0 输出低电平，控制 LED 亮灭。

五、ARM 汇编 LDR / STR：访问外设寄存器

i.MX6ULL 外设寄存器采用内存映射方式，把寄存器映射到内存地址空间。我们使用LDR和STR读写寄存器，这是裸机操作外设的核心指令。

• LDR：加载，把内存 / 寄存器地址的数据读到 CPU 通用寄存器
• STR：存储，把 CPU 通用寄存器的数据写入内存 / 外设寄存器地址

LDR、STR 常用指令格式

LDR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]
LDR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>]
LDR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!
LDR<c> <Rt>, <label>
LDR<c> <Rt>, [PC, #-0]
LDR<c> <Rt>, [<Rn>,+/-<Rm>{, <shift>}]{!}
LDR<c> <Rt>, [<Rn>],+/-<Rm>{, <shift>}

STR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]
STR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>]
STR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!
STR<c> <Rt>, [<Rn>,+/-<Rm>{, <shift>}]{!}
STR<c> <Rt>, [<Rn>],+/-<Rm>{, <shift>}
STRB<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]
STRB<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>]
STRB<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!

示例代码：往指定寄存器地址写入全 1

ldr r0, =0x020C4068   ; 将寄存器地址加载到r0
ldr r1, =0xFFFFFFFF   ; 准备写入的值存入r1
str r1, [r0]          ; 将r1的值写入r0指向的外设寄存器

六、学习总结

1. i.MX6ULL SOC 集成 Cortex‑A7 内核与各类外设，裸机开发需要手动配置外设寄存器，没有操作系统帮忙初始化硬件。
2. 裸机启动从汇编开始：切换处理器模式、设置栈、控制中断。
3. GPIO 外设操作四步：引脚复用配置 → PAD 电气配置 → 设置 GPIO 方向 → 读写 DR 寄存器输出电平。
4. LDR/STR 是 ARM 汇编访问内存映射外设寄存器的核心指令，也是 Linux 驱动底层硬件操作的基础。

后续计划：补全完整 start.S 汇编源码，编写 Makefile 工程，使用交叉编译器编译，SD 卡烧录测试，观察 LED 亮灭效果。

结尾

裸机开发是打通内核和外设之间壁垒的关键。只有亲自操作寄存器，才能真正理解 Linux 驱动框架底层到底做了哪些硬件初始化。 文章如果对你有帮助，欢迎点赞收藏，后续持续更新 i.MX6ULL 裸机系列。