Lass die LED leuchten (PI5) - Versionsgeschichte

Satyria: /* Programmierung des Startverhaltens des Raspberry Pi */

2024-11-21T13:39:11Z

Programmierung des Startverhaltens des Raspberry Pi

← Nächstältere Version		Version vom 21. November 2024, 14:39 Uhr
Zeile 17:		Zeile 17:

	.section .init // Ensure the linker places this at the beginning of the kernel image		.section .init // Ensure the linker places this at the beginning of the kernel image
	.~~global~~ _start // Execution starts here		.globl _start // Execution starts here

	_start:		_start:

Satyria: /* Kompilieren und Ausführen */

2024-08-23T09:42:13Z

Kompilieren und Ausführen

← Nächstältere Version		Version vom 23. August 2024, 10:42 Uhr
Zeile 274:		Zeile 274:
	=== Kompilieren und Ausführen ===		=== Kompilieren und Ausführen ===
	Wechsle in das Verzeichnis LED und kompiliere das Programm mit dem Befehl make. Wenn alles erfolgreich war, erhältst du eine Datei kernel_2712.img, die auf eine SD-Karte kopiert und im Raspberry Pi verwendet wird. Schalte den Raspberry Pi ein, und die LED sollte blinken.		Wechsle in das Verzeichnis LED und kompiliere das Programm mit dem Befehl make. Wenn alles erfolgreich war, erhältst du eine Datei kernel_2712.img, die auf eine SD-Karte kopiert und im Raspberry Pi verwendet wird. Schalte den Raspberry Pi ein, und die LED sollte blinken.
	{\|
	\|-		-----
	\| style="width: 33%; ~~text-align~~:~~left~~;" \| [[Unser erstes Programm (PI5)\|< Zurück]] \|\| style="width: 33%" \| [[Hauptseite\|^ Hauptseite]] \|\| style="width: 33%; text-align:right;" \| [[Fehlerbehandlung\|~~weiter~~ >]]
			{\| style="width: 100%;
			\| style="width: 33%;" \| [[Unser erstes Programm (PI5)\|< Zurück (Unser erstes Programm (PI5))]]
			\| style="width: 33%; text-align:center;" \| [[Hauptseite\|< Hauptseite >]]
			\| style="width: 33%; text-align:right;" \| [[Fehlerbehandlung\|Weiter (Fehlerbehandlung) >]]
	\|}		\|}

Satyria: /* Kompilieren und Ausführen */

2024-07-23T08:07:44Z

Kompilieren und Ausführen

← Nächstältere Version		Version vom 23. Juli 2024, 09:07 Uhr
Zeile 274:		Zeile 274:
	=== Kompilieren und Ausführen ===		=== Kompilieren und Ausführen ===
	Wechsle in das Verzeichnis LED und kompiliere das Programm mit dem Befehl make. Wenn alles erfolgreich war, erhältst du eine Datei kernel_2712.img, die auf eine SD-Karte kopiert und im Raspberry Pi verwendet wird. Schalte den Raspberry Pi ein, und die LED sollte blinken.		Wechsle in das Verzeichnis LED und kompiliere das Programm mit dem Befehl make. Wenn alles erfolgreich war, erhältst du eine Datei kernel_2712.img, die auf eine SD-Karte kopiert und im Raspberry Pi verwendet wird. Schalte den Raspberry Pi ein, und die LED sollte blinken.
			{\|
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			\|}

Satyria am 3. Juli 2024 um 07:58 Uhr

2024-07-03T07:58:45Z

← Nächstältere Version		Version vom 3. Juli 2024, 08:58 Uhr
Zeile 230:		Zeile 230:

	Mit '''ARM_GPIO2_BASE = RPI_BASE + 0x1517C00''' wird die Basisadresse des GPIO2 festgelegt. Der Daten-Offset ist dann '''0x04''', also insgesamt '''0x107C000000 + 0x1517C00 + 0x04''' ergibt '''0x107D517C04'''. Dies ist die tatsächliche Speicheradresse im Raspberry Pi 5 für das Register, welches die LED steuert.		Mit '''ARM_GPIO2_BASE = RPI_BASE + 0x1517C00''' wird die Basisadresse des GPIO2 festgelegt. Der Daten-Offset ist dann '''0x04''', also insgesamt '''0x107C000000 + 0x1517C00 + 0x04''' ergibt '''0x107D517C04'''. Dies ist die tatsächliche Speicheradresse im Raspberry Pi 5 für das Register, welches die LED steuert.

			=== Wartefunktion '''wait''' ===
			Zuletzt erstellen wir die Datei '''time.S''' für die Wartefunktion:

			<syntaxhighlight lang="asm">
			//
			// time.S
			//

			// void wait(int loop -> w0)
			.section .text
			.globl wait
			wait:
			str x30, [sp, -16]!
			mov w1, 0
			1:
			cmp w1, w0
			bgt 2f
			add w1, w1, 1
			b 1b
			2:
			ldr x30, [sp], 16
			ret
			</syntaxhighlight>
			'''Erklärung''':
			* '''str x30, [sp, -16]!''': Sichert die Rücksprungadresse auf dem Stack.
			* '''mov w1, 0''': Initialisiert das Zählregister.
			* '''cmp w1, w0''': Vergleicht das Zählregister mit dem übergebenen Wert.
			* '''bgt 2f''': Springt zu Label 2, wenn w1 größer als w0 ist.
			* '''add w1, w1, 1''': Erhöht das Zählregister.
			* '''b 1b''': Wiederholt die Schleife.
			* '''ldr x30, [sp], 16''': Stellt die Rücksprungadresse wieder her.
			* '''ret''': Kehrt zur aufrufenden Funktion zurück.

			Wie in der Beschreibung zu sehen ist, erwartet die Funktion '''wait''' einen Zähler im Register '''w0''', der angibt, wie lange gewartet werden soll. Die Funktion gibt keinen Wert zurück.

			Ich habe bereits erwähnt, dass bei einem Aufruf mit '''bl''' (branch with link) die Adresse des nächsten Befehls in '''x30''' gespeichert wird. Da '''x30''' innerhalb einer Funktion verändert werden kann, insbesondere wenn weitere Funktionen aufgerufen werden, sichern wir diesen Wert auf den Stack. Dies geschieht mit '''str x30, [sp, -16]!'''. Der Befehl '''str''' (store) speichert in diesem Fall das Register '''x30''' im Stack und passt den Stack-Pointer (SP) um 16 Bytes nach unten an, sodass der nächste Wert einen freien Platz darauf hat. Am Ende des Codes wird der Wert wieder aus dem Stack in '''x30''' geladen und der Stack-Pointer zurückgesetzt. Der Wert in '''x30''' wird für den nächsten Befehl benötigt, da '''ret''' (return) den Programmzeiger auf diesen Wert setzt und das Programm weiterläuft.

			Die Funktion ist sehr einfach aufgebaut. Zunächst wird das Register '''w1''' mit 0 gefüllt. Dann wird es mit '''w0''' verglichen und solange '''w1''' kleiner ist, wird '''w1''' um eins erhöht und die Schleife beginnt von vorne. Nur wenn '''w1''' größer wird, endet die Schleife, '''x30''' wird wiederhergestellt und es wird zurück zum Hauptprogramm gesprungen.

			In dieser Funktion habe ich außerdem lokale Labels verwendet, die einfach '''1:''' oder '''2:''' heißen. In bestimmten Fällen ist es hilfreich, solche Labels zu nutzen, da man sich keine umständlichen Namen ausdenken muss und der Code übersichtlicher bleibt. Diese Labels werden mit '''1:''' oder '''2:''' definiert. Soll auf eines dieser Labels gesprungen werden, wird einfach die Zahl mit einem Suffix verwendet, der angibt, ob das Label davor (b) oder danach (f) steht. Der Assembler sucht dann in der angegebenen Richtung nach diesem Label.

			=== Kompilieren und Ausführen ===
			Wechsle in das Verzeichnis LED und kompiliere das Programm mit dem Befehl make. Wenn alles erfolgreich war, erhältst du eine Datei kernel_2712.img, die auf eine SD-Karte kopiert und im Raspberry Pi verwendet wird. Schalte den Raspberry Pi ein, und die LED sollte blinken.

Satyria am 3. Juli 2024 um 07:47 Uhr

2024-07-03T07:47:45Z

Änderungen zeigen

Satyria am 3. Juli 2024 um 07:22 Uhr

2024-07-03T07:22:56Z

← Nächstältere Version		Version vom 3. Juli 2024, 08:22 Uhr
Zeile 111:		Zeile 111:

	Hier wird das Label "'''sysinit'''" zunächst als global definiert, damit es auch außerhalb der Datei bekannt ist. Im vorhergehenden Code wird darauf verwiesen. Im Gegensatz zum vorhergehenden Code wird hier die Sektion '''.text''' verwendet. Diese Sektion definiert ausführbaren Code, der "irgendwo" im Speicher liegt. Die genaue Position wird durch den zuvor geschriebenen Code bestimmt und später vom Linker festgelegt. Der einzige Befehl, der hier steht, ist '''b main''', was bedeutet, dass das Programm einen Sprung (branch) zum Label "'''main'''" macht. Später werden wir hier mehr Code einfügen.		Hier wird das Label "'''sysinit'''" zunächst als global definiert, damit es auch außerhalb der Datei bekannt ist. Im vorhergehenden Code wird darauf verwiesen. Im Gegensatz zum vorhergehenden Code wird hier die Sektion '''.text''' verwendet. Diese Sektion definiert ausführbaren Code, der "irgendwo" im Speicher liegt. Die genaue Position wird durch den zuvor geschriebenen Code bestimmt und später vom Linker festgelegt. Der einzige Befehl, der hier steht, ist '''b main''', was bedeutet, dass das Programm einen Sprung (branch) zum Label "'''main'''" macht. Später werden wir hier mehr Code einfügen.

			=== Hauptprogramm '''main''' ===
			Erstellen wir nun das Hauptprogramm:

			<syntaxhighlight lang="asm">
			//
			// kernel.S
			//

			.section .text
			.globl main
			main:
			bl LED_off
			mov w0, #0x3F0000
			bl wait
			bl LED_on
			mov w0, #0x3F0000
			bl wait
			b main
			</syntaxhighlight>
			'''Erklärung:'''

			'''.section .text''': Definiert den ausführbaren Codeabschnitt.

			'''.globl main''': Deklariert main als global.

			'''bl LED_off''': Schaltet die LED aus.

			'''mov w0, #0x3F0000''': Setzt den Wert für die Wartezeit.

			'''bl wait''': Ruft die Wartefunktion auf.

			'''bl LED_on''': Schaltet die LED ein.

			'''b main''': Wiederholt die Schleife.

Satyria am 3. Juli 2024 um 07:18 Uhr

2024-07-03T07:18:31Z

← Nächstältere Version		Version vom 3. Juli 2024, 08:18 Uhr
Zeile 87:		Zeile 87:

	Warum wird sowas in einem Header abgefragt? Der Compiler mag es überhaupt nicht, wenn Dinge mehrmals festgelegt werden. Sollte diese Header-Datei bereits an einer anderen Stelle aufgerufen worden sein, so überspringt der Compiler diese Festlegungen und es kommt nicht zu Mehrfachdefinitionen.		Warum wird sowas in einem Header abgefragt? Der Compiler mag es überhaupt nicht, wenn Dinge mehrmals festgelegt werden. Sollte diese Header-Datei bereits an einer anderen Stelle aufgerufen worden sein, so überspringt der Compiler diese Festlegungen und es kommt nicht zu Mehrfachdefinitionen.

			=== Funktion '''sysinit''' ===
			Als nächstes erstellen wir die Funktion sysinit, die das System initialisiert:

			<syntaxhighlight lang="asm">
			//
			// sysinit.S
			//

			.section .text
			.globl sysinit
			sysinit:
			b main
			</syntaxhighlight>

			'''Erklärung:'''

			'''.section .text''': Definiert einen Abschnitt für ausführbaren Code.

			'''.globl sysinit''': Deklariert sysinit als global.

			'''b main''': Springt zur Funktion main.

			Hier wird das Label "'''sysinit'''" zunächst als global definiert, damit es auch außerhalb der Datei bekannt ist. Im vorhergehenden Code wird darauf verwiesen. Im Gegensatz zum vorhergehenden Code wird hier die Sektion '''.text''' verwendet. Diese Sektion definiert ausführbaren Code, der "irgendwo" im Speicher liegt. Die genaue Position wird durch den zuvor geschriebenen Code bestimmt und später vom Linker festgelegt. Der einzige Befehl, der hier steht, ist '''b main''', was bedeutet, dass das Programm einen Sprung (branch) zum Label "'''main'''" macht. Später werden wir hier mehr Code einfügen.

Satyria: /* Programmierung des Startverhaltens des Raspberry Pi */

2024-07-03T07:07:00Z

Programmierung des Startverhaltens des Raspberry Pi

@@ Zeile 28: / Zeile 28: @@
 '''#include "config.h"''': Inkludiert die Konfigurationsdatei, in der wir benötigte Parameter definieren.
-'''.section .init''': Definiert einen Abschnitt, der am Anfang des Kernel-Images platziert wird.
+'''.section .init''': Definiert einen Abschnitt, der am Anfang des Kernel-Images platziert wird. Laut Linker-Script ist dies die erste Position im Speicher, die ab der Adresse '''0x80000''' abgelegt wird. Dies ist auch die Adresse, die der Raspberry Pi bei einem initialen Start als erstes anspringt.
 '''.global _start''': Deklariert _start als global, damit es von allen Programmteilen verwendet werden kann.
@@ Zeile 34: / Zeile 34: @@
 '''_start:''': Label, das den Startpunkt der Ausführung markiert.
-'''ldr x0, =MEM_KERNEL_STACK''': Lädt die Adresse von MEM_KERNEL_STACK in das Register x0, wie es in config.h definiert ist.
+'''ldr x0, =MEM_KERNEL_STACK''': Lädt die Adresse von MEM_KERNEL_STACK in das Register x0, wie es in "'''config.h'''" definiert ist.
-'''mov sp, x0''': Initialisiert den Stack-Zeiger SP.
+'''mov sp, x0''': Initialisiert den Stack-Zeiger "'''SP'''".
-'''b sysinit''': Springt zur Funktion sysinit, die später implementiert wird.
+'''b sysinit''': Springt zur Funktion "'''sysinit'''", die später implementiert wird.
-Dies ist der erste Programmteil, den wir als boot.S speichern. Die ersten drei Zeilen dienen als Kommentar, um den Abschnitt des Codes zu kennzeichnen.
+Wenn wir das Programm starten, wird zunächst mit "'''ldr'''" (Load Register) das Register "'''x0'''" mit dem Wert aus "'''MEM_KERNEL_STACK'''" belegt, welcher im Include definiert wurde, und anschließend in den Stack-Zeiger (SP) abgelegt. Mit "'''b'''" (Branch, Sprung) springt der Code an das Label "'''sysinit'''".
-In der nächsten Phase werden wir die Funktion sysinit implementieren, um das System weiter zu initialisieren.
+=== Konfigurationsdatei '''config.h''', eine Header-Datei ===

Satyria: Die Seite wurde neu angelegt: „Mit den zuvor erstellten Makefile und Linker-Script haben wir eine Basis geschaffen, um ein sinnvolles Programm zu entwickeln. Unser Ziel ist es, die fest eingebaute LED des Raspberry Pi zum Blinken zu bringen. Ich werde jeden Schritt erklären, warum er in diesem Projekt so implementiert wurde. === Vorbereitung des Verzeichnisses === Erstelle zunächst ein neues Verzeichnis, z.B. LED, und platziere darin das Makefile und die Datei linker.ld. Erzeuge au…“

2024-07-03T06:35:25Z

Die Seite wurde neu angelegt: „Mit den zuvor erstellten Makefile und Linker-Script haben wir eine Basis geschaffen, um ein sinnvolles Programm zu entwickeln. Unser Ziel ist es, die fest eingebaute LED des Raspberry Pi zum Blinken zu bringen. Ich werde jeden Schritt erklären, warum er in diesem Projekt so implementiert wurde. === Vorbereitung des Verzeichnisses === Erstelle zunächst ein neues Verzeichnis, z.B. LED, und platziere darin das Makefile und die Datei linker.ld. Erzeuge au…“

Neue Seite

Mit den zuvor erstellten Makefile und Linker-Script haben wir eine Basis geschaffen, um ein sinnvolles Programm zu entwickeln. Unser Ziel ist es, die fest eingebaute LED des Raspberry Pi zum Blinken zu bringen. Ich werde jeden Schritt erklären, warum er in diesem Projekt so implementiert wurde.

=== Vorbereitung des Verzeichnisses ===

Erstelle zunächst ein neues Verzeichnis, z.B. LED, und platziere darin das Makefile und die Datei linker.ld. Erzeuge auch das Verzeichnis include innerhalb von LED, um unsere Header-Dateien zu organisieren.

=== Programmierung des Startverhaltens des Raspberry Pi ===

Hierzu erstellen wir die Datei "boot.S":

<syntaxhighlight lang="asm">
//
// boot.S
//

#include “config.h”

.section .init // Ensure the linker places this at the beginning of the kernel image
.global _start // Execution starts here

_start:
ldr x0, =MEM_KERNEL_STACK
mov sp, x0 // init its stack
b sysinit
</syntaxhighlight>
'''Erklärung:'''

'''#include "config.h"''': Inkludiert die Konfigurationsdatei, in der wir benötigte Parameter definieren.

'''.section .init''': Definiert einen Abschnitt, der am Anfang des Kernel-Images platziert wird.

'''.global _start''': Deklariert _start als global, damit es von allen Programmteilen verwendet werden kann.

'''_start:''': Label, das den Startpunkt der Ausführung markiert.

'''ldr x0, =MEM_KERNEL_STACK''': Lädt die Adresse von MEM_KERNEL_STACK in das Register x0, wie es in config.h definiert ist.

'''mov sp, x0''': Initialisiert den Stack-Zeiger SP.

'''b sysinit''': Springt zur Funktion sysinit, die später implementiert wird.

Dies ist der erste Programmteil, den wir als boot.S speichern. Die ersten drei Zeilen dienen als Kommentar, um den Abschnitt des Codes zu kennzeichnen.

In der nächsten Phase werden wir die Funktion sysinit implementieren, um das System weiter zu initialisieren.