如何组合一排LED并使它们闪烁序列

步骤1：材料

对于此项目，您将需要

Raspberry pi 3

七个LEDs

七个220欧姆电阻

一个10k欧姆电阻

一个按钮

您还需要计算机设置程序才能以裸机方式处理raspberry pi 3。查看我以前的指导，以了解如何为使用pi裸机设置环境。

此项目从开始到结束大概需要3-4个小时。

好，我们开始吧！！！！

步骤2：电路

要构建此模块，我们需要一行6个LED分别连接到GPIO 20-25。我们还需要一个连接到GPIO 27的指示灯。该指示灯将向我们指示是否已按下按钮。最后，我们需要连接按钮。按钮的一侧将连接到3.3v，另一侧连接到下拉引脚。我们将使用GPIO 17连接到按钮。 GPIO 17将成为我们的输入引脚。 GPIO 17连接到一个10k欧姆的电阻，该电阻连接到地（GND）。我们这样做是为了确保GPIO 17始终设置为低电平。如果不是，则该引脚有可能在高点和低点之间放弃，从而给我们带来随机的结果。为了避免这种情况，我们可以使用电阻较大的电阻将引脚下拉至0v。

在面包板上设置电路是一个简单的过程。请遵循上面的电路图。将引线的短边连接到GND，将长边连接到220欧姆电阻。对其他5个不同的led重复此操作。这样一来，您总共应该连接六个LED。从一端开始，将第一个LED的正极连接到GPIO 20，然后将下一个引脚连接到GPIO 21，依此类推。..最后一个LED应该连接到GPIO 25。

对于指示灯led连接led的短端连接到GND，长端连接到220 ohm电阻，然后将电阻连接到GPIO 17。

将按钮连接到试验板。我使用的按钮上有四个连接。我们将只使用底部的两个。将一端连接到正极轨，另一端连接到10k欧姆电阻。将GPIO 17连接到10k电阻。按下按钮时，它将GPIO 17连接至将引脚设置为高电平的正极。

将3.3v引脚连接至正极，并将GND引脚连接至负极。

最后将正轨和负轨连接在一起，以便可以使用两侧。

步骤3：代码：简介

编码部分是从上一个闪烁的项目中已经学到的东西建立的。

该项目中的两个新事物是，我们设置了堆栈框架的使用方式，以便我们可以模拟高级功能，并进行设置使用系统时钟等待特定毫秒数的等待函数。

堆栈是一种常见的编程结构。它实际上是一个地址序列，可用于临时存储内容。堆栈具有两个基本功能

您可以将项目推入堆栈顶部

，也可以将项目从堆栈顶部弹出

可以按不同的版本设置堆栈，但是对于该项目，我们将坚持默认配置。当您将某些东西推入堆栈时，它会放在顶部。当下一件物品被推入堆栈时，新物品将成为顶部，而旧物品将位于其下方。希望您以前曾经使用过堆栈，如果没有的话，可以在网上找到更多更深入的解释。幸运的是，Arm有一个push和pop指令，因此使用堆栈很容易组装。

我们将要探索的第二件事是访问系统计时器，这样我们可以将程序延迟一定的时间。

第4步：代码：堆栈/堆栈框架

设置要使用的堆栈就像一行代码一样简单。由于链接器的设置方式（kernel.ld），我们在编译时将所有代码插入0x8000之后。因此，我们需要将此值移到sp寄存器中。

mov sp，＃0x8000

将其添加到代码顶部并使用堆栈应该没问题。

现在进入堆栈框架。堆栈框架基本上是当我们预留堆栈的一部分以用于过程调用时。这使我们能够实现高级语言（如Java和C ++）使用的功能。这些语言使用堆栈来跟踪函数调用。我们可以在汇编中做同样的事情。

堆栈框架：

要将函数调用模拟为高级语言，我们将保留寄存器我们想通过将它们放置在堆栈上来使用，然后如果需要将其用于变量，我们还可以在堆栈中预留本地内存。在函数末尾，我们必须破坏堆栈帧并将堆栈重置为以前的状态。

通常，如果函数需要返回任何内容，则应将其放在r0中。/p》

如果函数接受参数，则应将其放在函数分支的前面。

堆栈框架：SETUP

我们通过设置堆栈框架开始该功能。

push {r7，lr}

mov r7，sp

push {}

ldr，［r7，＃8］ @第一个参数与r7的偏移量为＃8

然后我们通过清理堆栈框架来结束堆栈框架

pop

pop {r7，lr}

。此过程使我们无需更改任何寄存器即可调用函数。它还允许在函数内调用函数，因为堆栈框架将始终保留lr，因此允许进行多个级别的函数调用。

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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|

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

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

步骤5：代码：系统计时器

要使用系统计时器设置延迟，我将其编写在一个单独的文件中，因此也可以在以后的项目中使用。为此，我们基本上需要访问计时器并获取初始时间戳。一旦有了，我们将再次访问时间戳。我们将从最初的时间戳中减去第二个时间戳，并将其与所需的值进行比较。

算法非常简单，最困难的部分是访问正确的寄存器。

计时器的基地址为0x3f003000

计时器的lo字的偏移量为0x4

计时器的高位字的偏移量为0x8

尝试编写自己的等待函数！如果需要参考，请附上我的代码。

步骤6：代码：获取输入

对于该项目，我使用了GPLEV0寄存器。本质上，它保持引脚0-31的状态。我们正在使用GPIO 17作为输入。要将此引脚设置为输入，我们必须访问FSEL1寄存器并清除GPIO 17专用的三位。

GPLEV0偏移量0x34

FSEL1偏移量0x04

通过掩码将GPIO 17设置为输入0xFF1FFFFF

我们还需要将位20-27设置为输出。

FSEL2偏移量0x08

将掩码设置为20到27以输出0x249249

由于我们使用的是输出，我们还需要访问GPSET0寄存器以打开引脚，而GPCLR0寄存器以关闭引脚

GPSET0偏移量0x1c

GPCLR0偏移量0x28

由于等待功能以微秒为单位，因此您可以使用以下几个值

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，让我们开始编码！

mov r0， @return

上面的代码设置了我们的代码，因此它可以正常运行。

Then we need to undo the stack frame

下一步我设置基址的地址和我们将要使用的偏移量。

Get rid of local memory created

在这里，我设置了一些以后将要使用的有用符号。

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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出于可读性考虑，我为寄存器的目的设置了一些符号。

Replace saved registers

要将此引脚设置为输入，首先要获得适当的偏移，然后再加载掩码；最后，我将掩码写回到寄存器中。

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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我做的和输入一样，只是使用了不同的偏移量和掩码。

Replace r7 and link register

接下来，我开始主程序循环。我首先描述我要程序执行的操作。

pop {r7，lr}

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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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我以一个小的等待值开始循环。

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

在这里，我正在检查引脚17的状态，该函数将返回r0中指定引脚的状态。我的所有功能都将在末尾列出。

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

我检查返回值，然后跳转到一个功能，该功能可以打开指示灯并循环或关闭指示灯

如果按下该按钮，它将GPIO17连接到3.3v，因此将其设置为高电平。因此，如果按下按钮，输入功能将返回1，从而指示器打开并且LED的环路上升，从GPIO20到GPIO 26接通。

基本上就是这样。接下来，我将介绍在input_loop中调用的函数。

步骤7：代码：函数定义

首先，我们有get输入

b main

.section .text

main：

mov sp，#0x8000

我的函数有一个参数，即GPIO引脚的编号。该功能使用引脚号创建一个掩码来测试GPLEV0中的位。 tst执行逻辑“与”并设置标志。如果and返回true，则未设置零标志。

r1：0000_1000

r2：0000_1000

tst r2，r1

结果：未设置零标志

结果返回到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}

接下来，我有两个函数可以打开指示器并关闭指示灯。当指示灯打开时，该功能将分支并通过GPIO引脚循环。当指示灯熄灭时，该功能将通过GPIO引脚分支和向下循环。

.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

前两个功能设置向上或向下循环功能。他们只是确保在循环开始之前将计数器设置为正确的数字。 loop_up和loop_down函数在本质上彼此相同。一个循环通过以GPIO 20开头并以GPIO 26结尾的引脚，然后循环通过以GPIO 26开头并以GPIO 20结尾的引脚。

循环位置i或j移入r0和然后调用turn_on函数。这会根据传递到r0的数字打开一个引脚。然后，循环将等待八分之一秒，然后再关闭引脚并递增或递减计数器。

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函数。

步骤8：将它们放在一起。

现在，您已经编写了所有代码文件，您需要生成一个二进制kernel.img。我设置了一个简单的makefile，将其吐出来。只需下载它，然后将第4行的代码变量更改为文件名即可。

如果您无法使代码正常工作，请下载并编译我的代码，然后将kernel.img放到pi上。如果可以，那么如果不返回电路步骤并尝试重建电路，则代码可能存在问题。