EEPW论坛

第三课：Hello, World!（AT91SAM3S微控制器IO口编程初探）

写在前面：

　　上周出差，一走就是7/8天，出差没有带板子，也就没有更新进程贴，今天回来就迫不及待的想更新帖子了。

　　从最早接触的8051单片机，汇编开发，之后用过PIC16、PIC18、PIC24、MSP430、LPC2138，到现在用的最多的STM32和S3C2440，及最近开始熟悉AT91SAM3S和TI AM3359。我无论刚开始接触哪一类MCU（MPU），一定要做到的就是从点亮一盏LED灯开始，始终坚信，只要能点亮LED灯，就算迈进了这款新MCU（MPU）世界的大门。这就是硬件开发中的Hello,world!

　　所以这节课就是在MDK环境下，基于悠龙提供的SAM3S-EK开发板上完成点亮一盏LED的实验。

　　注意：由于ARM的开发比51、MSP430、PIC8位单片机复杂一些，所以不再一点点从建项目开始说，要不然这一课的写上万字。站的角度是你至少会用MDK，至少玩过一种其他的基于ARM核心的微控制器（这个要求其实不高，很多童鞋已经比较熟悉STM32了），如果没有接触过请加我QQ9790335，我给你入门资料。

一、模仿是一切创新的基石

　　这一步我们要做的是：保持文件的完整性，保证我们要参考的例程是对的！

　　刚拿到开发板，直接看datasheet，发现根本没法进行下去，有种老虎吃天，无从下口的感觉，所以拿到一个新的开发板，最好的入门就是赶紧看官方的demo板子的例程，所以今天我们先来剖析一下官方的例子。


　　在悠龙提供的光盘里有个文件夹：uTenxu_AT91SAM3S\Software\sample，下面有一个mdk_source.zip压缩包，这就是例程。


　　解压之后在里面找一个08-Led_Controller文件夹，下面的项目就是“点亮LED灯”的项目，所谓的“Hello,world!”就是他了。我们把它拷贝出来放到一个自己建立的干净的文件夹下，便于分析文件系统，我放在F:\ER\AT91SAM3S4C\01-codeExample下面。以下以此目录为例。


　　然后双击F:\ER\AT91SAM3S4C\01-codeExample\08-Led_Controller\project下的SAM3S4C.uvproj打开项目。


　　我们试图编译一下这个项目，看有什么现象，只有编译通过才说明我们没有遗漏文件，这也是为什么我把这个项目拷贝到一个干净的目录下的原因。编译之后如图1所示。

图1. 在MDK中编译官方的例程结果

　　我们发现编译没有成功，出错了，除了警告之外错误大部分是类似“..\..\common\peripherals\source\wm8731.c(101): error:  #20: identifier "WM8731_REG_RESET" is undefined”这样的，意思是说找不见某某文件。（这里“..\”是上一级目录的意思）于是我们发现一个问题，在这个项目往上找两级目录，我们没有找到common这个文件夹，自然这个文件夹下的文件是找不到的，这说明我们遗漏有文件。


　　仔细观察一下官方的这个例子，我们发下它加入了好多文件，在MDK左侧的项目树at91lib节点下有很多adc、spi、pio……很多文件，从名字上我们也能看出，这是官方给每个模块写的库文件，类似STM32的“标准外设固件库”，找不见的文件都是这个目录下的，说明官方的库放在common文件夹下。


　　问题明确了，我们再次回到解压的那个目录下，果然发现，在这个08-Led_Controller文件夹同一级（也就是SAM3S4C.uvproj文件往上数两级----两个..\），找到一个common文件夹，我们把它照搬到F:\ER\AT91SAM3S4C\01-codeExample下。再次编译，发现编译成功！除了两个警告（warnings），这两个警告暂且不要管，起码项目是编译通过的。


　　说明我们完整的获得了一个参考例程，我们将这个例程下载到我们的开发板上，看看效果！（如果你使用的是H-Jtag不用改任何东西，只要打开H-Jtag Server即可。如果你使用的Jlink或者ULink，需要修改一下Debug调试器的类型。详细请参与第二课）。


  然后我们点击Debug按钮，全速执行程序，发现板子上的蓝/绿两盏灯交替闪烁。我们完成了第一步，保证了参考程序的完整性，验证了官方程序的正确性。下一步我们开始分析这个例程。

二、知己知彼 

 1. 库文件就是----common 2. 官方的配置

　　MDK中项目配置是至关重要的，开始看看官方的例程的项目配置。打开项目配置“Option for target SAM3S4C Flash”（第二课说了在哪儿打开）。依次点上面的标签，我就不一个个点了，总结如下：

（1）C宏定义：sam3s4
（2）C包含路径
    ..\..\common\peripherals;
    ..\inc;
    ..\project;
    ..\..\common\chip;
    ..\..\common;
    ..\..\common\usb\include;
    ..\..\common\chip\include
（3）Misc Control: --gnu
（4）Linker:
 去掉Use Memory Layout from Target Dialog 前面的勾，增加Scatter file： ..\common\flash.sct
（5）Debug的初始化文件 
  ..\..\common\sam3s-ek-flash.ini

3.项目组织结构 　　文件多了我们需要分组，尤其适用库函数的时候，我们点开“Components、Evironment and books”，查看分组情况，总结如下。

（1）startup--common\workaround.s
（2）at91lib--（官方在不同的项目中没有包涵完，这个可以理解，没有使用的外设我们没有必要全包涵进来，会白白增加编译时间）
    common\peripherals\source
    common\chip\source\
（3）usr--用户自己的程序（main.c、……）
（4）ReadMe--ReadMe.txt（关于项目的说明）


本小节解惑：
1. 有同学要说，为什么要扒这些东西？

　　不知道项目配置就不知道哪些文件是必要的，而且刚开始很多稀奇古怪的问题都是配置引起的，所以扒这个是为了后面少麻烦。

2. 我怎么知道上面这些配置是原来就有的，还是官方加的？

　　好办，自己建一个空的项目，然后一项项对比-_-#，刚开始不要嫌麻烦，坚持住!

三、照猫画虎（法宝在手，代码不愁）--第一个项目，点亮一盏LED灯

1. 按照官方的模样，建项目（01-ToggleIO）。 目录结构：

01-ToggleIO
│
├─common
│  ├─chip
│  │  ├─cmsis
│  │  ├─include
│  │  └─source
│  ├─fat
│  ├─LIB
│  ├─memories
│  │  ├─build
│  │  │  └─mdk
│  │  ├─include
│  │  ├─nandflash
│  │  ├─norflash
│  │  ├─sdmmc
│  │  └─spi-flash
│  ├─peripherals
│  │  ├─include
│  │  └─source
│  ├─startup
│  └─usb
│      ├─common
│      │  ├─audio
│      │  ├─cdc
│      │  ├─core
│      │  └─hid
│      ├─device
│      │  ├─audio-speaker
│      │  ├─audio-speakerphone
│      │  ├─ccid
│      │  ├─cdc-serial
│      │  │  └─drv
│      │  ├─composite
│      │  │  └─drv
│      │  ├─core
│      │  ├─hid-keyboard
│      │  ├─hid-mouse
│      │  ├─hid-transfer
│      │  └─massstorage
│      └─include
├─inc
├─project
│  ├─flash
│  └─sram
├─ReadMe
└─src
   
   注意：
   （1）这里做了一点小小的修改，官方把commom放到项目文件夹外边了，然后采用文件包含的形式来引用，这样便于多个项目同时共享这个库，但是也有个不方便的地方，就是我们的库不独立。为了每个项目相对独立，这里我把他放到项目文件夹的下面。好处我们后面可以看到，这里为了不增加理解的难度，暂且不表，这么搞就行了。
   （2）project下有两个文件夹flash和sram暂且不要管，反正刚开始也看不懂，以后再去研究。（可以大胆猜猜，留在后面我再说^^）
   
2. 拷贝官方的库文件common到工程目录下（上面已经做了这一步）

3. 在MDK中建立项目（略过），按照官方的配置，如上面的第二部分讲的那样，配置项目，这里引用库的时候请引用01-ToggleIO里面的这个库。


4. 打开官方的项目，开始照猫画虎。（该亮法宝了！---“Go To Difinition of 'xxx'”）

　　我们看官方的文件从哪儿开始看？第一行？往下看？No，No……这样就挂了！从main函数开始看

　　官方main函数我的分析如下，刚开始要大胆的猜，错了我们再撤销就行了：

extern int main( void )
{
/* 这两句好象是说对于Keil µVision 4做了点额外的工作，暂且保留 */
#if defined   ( __CC_ARM   ) /* Keil µVision 4 */
    /* Disable semihosting */
#    pragma import(__use_no_semihosting_swi)
#endif


    /* Disable watchdog（关闭看门狗，大家都认识，保留！从这里我们获得到一个额外的信息-->AT91SAM3S上电默认是开着看门狗的） */
    WDT_Disable( WDT ) ;


    /* Output example information（从printf可以看出这个是想通过串口输出信息给用户的，我们做的是Hello,world!实验，就点个灯，为了给自己减小难度，删掉！）*/
    printf( "-- Getting Started Example %s --\n\r", SOFTPACK_VERSION ) ;
    printf( "-- %s\n\r", BOARD_NAME ) ;
    printf( "-- Compiled: %s %s --\n\r", __DATE__, __TIME__ ) ;


    /* Configure systick for 1 ms. （这个是在配置Systick定时器设置1ms延时的，得要！保留！一会儿我们的灯要闪烁。）*/
    /* 这个配置有提示用户的容错功能，我们刚开始用不到，我暂且相信悠龙给的这个板子没有问题，是好的，刚才也测试了确实是好的，所以不用容错测试，我们将本句改一改。
    while(SysTick_Config( BOARD_MCK / 1000 ) != 0);
    这句不用我说了吧？都能看懂，就是你要是配不好，我就在这里死等。这里有两个东西可能让人晕，这个BOARD_MCK是个神马东西？

    你怎么知道SysTick_Config函数返回的是0和非0呢？这个就要善于使用MDK的“Go To Difinition of 'xxx'”，在你不认识的常量、变量、函数等等上点右键，选择“Go To Difinition of 'xxx'”，你就能看到这东西到底是什么，可以一层层去追溯，你一定会弄明白的，这个精神很重要！这就是我们克敌制胜的法宝。这个任务就教给大家自己去看了，这里不表。这个过程如图2所示。

图2. 我们的“法宝”

    */
    printf( "Configure system tick to get 1ms tick period.\n\r" ) ;  //这个就没必要了，删掉！
    if ( SysTick_Config( BOARD_MCK / 1000 ) )
    {
        printf("-F- Systick configuration error\n\r" ) ;
    }
    


    /* PIO configuration for LEDs and Buttons. （初始化LED和Buttons，LED我们用的到，Buttons先算了，上法宝找到这个函数，在pio_it.c中，原来是配置中断，我们用不着，删掉！）*/
    PIO_InitializeInterrupts( IRQ_PRIOR_PIO ) ;

    /* 还是法宝，找到_ConfigureTc函数，看解释，原来是配置定时器0的，我们显然用不到，大大方方的删！ */
    printf( "Configure TC.\n\r" ); //根据上面描述，这一句铁定要删除的
    _ConfigureTc() ;


    /* 法宝真的很管用-_-# 找到_ConfigureLeds函数，这里有惊喜！看介绍“Configure LEDs”，这个是我们要用的，我们点过去看看。
    static void _ConfigureLeds( void )
    {
    LED_Configure( 0 ) ; //发现这里又是一个不认识玩意儿，不怕！我们继续“Go To Difinition of 'LED_Configure'”
    LED_Configure( 1 ) ;
    }
    在LED.c中我们找到了LED_Configure函数，如下：
    extern uint32_t LED_Configure( uint32_t dwLed )
{
#ifdef PINS_LEDS
    // Check that LED exists（一看就是容错机制，不用管，我们大方删掉！）
    if ( dwLed >= numLeds)
    {


        return 0;
    }


    // Configure LED
    return ( PIO_Configure( &pinsLeds[dwLed], 1 ) ) ; //只剩下这一句是硬货！我们有法宝，继续上绝招，找PIO_Configure函数
#else
    return 0 ;
#endif
}
又扒了一层，在pio.c中我们找到了PIO_Configure函数，太长，不写了，请大家自己看，而且函数有解释，其实是配置一个IO口的函数。
想想也是，点灯不就是把一个IO口配置成推挽输出模式，然后一会儿给1，一会儿给0么？有点眉目了。
函数原型是uint8_t PIO_Configure( const Pin *list, uint32_t size )。


第1个参数是一个Pin类型的指针类型，有同学又蒙了，这个Pin又是啥玩意儿？别蒙，我们有法宝！上绝招我们找到了Pin的定义。
/*
 *  Describes the type and attribute of one PIO pin or a group of similar pins.
 *  The #type# field can have the following values:
 *     - PIO_PERIPH_A
 *     - PIO_PERIPH_B
 *     - PIO_OUTPUT_0
 *     - PIO_OUTPUT_1
 *     - PIO_INPUT
 *
 *  The #attribute# field is a bitmask that can either be set to PIO_DEFAULt,
 *  or combine (using bitwise OR '|') any number of the following constants:
 *     - PIO_PULLUP
 *     - PIO_DEGLITCH
 *     - PIO_DEBOUNCE
 *     - PIO_OPENDRAIN
 *     - PIO_IT_LOW_LEVEL
 *     - PIO_IT_HIGH_LEVEL
 *     - PIO_IT_FALL_EDGE
 *     - PIO_IT_RISE_EDGE
 */
typedef struct _Pin
{
    /*  Bitmask indicating which pin(s) to configure. */
    uint32_t mask;
    /*  Pointer to the PIO controller which has the pin(s). */
    Pio    *pio;
    /*  Peripheral ID of the PIO controller which has the pin(s). */
    uint8_t id;
    /*  Pin type. */
    uint8_t type;
    /*  Pin attribute. */
    uint8_t attribute;
} Pin ;


看到这儿我都不想解释了。人家说的多详细啊！
可以看到type和attribute的值不用我们操心了按照上面的配置即可，Pio我们可以使用绝招找到。


但是有的同学又蒙了，mask/id又是什么？这里发现法宝不好使了。。。没法再继续了。。。别慌，有办法。我们有官方例程怕什么呢？
官方例程中PIO_Configure( &pinsLeds[dwLed], 1 )中我们找到pinsLeds看看又是什么呢？这个不就是Pin类型么？


上法宝我们找到了static const Pin pinsLeds[] = { PINS_LEDS } ;还没有到头，继续，我们又找到了#define PINS_LEDS   PIN_LED_0, PIN_LED_1, PIN_LED_2
还没有到头，继续！
终于！妈的，藏的够深的啊，找到了这个#define PIN_LED_0   {PIO_PA19, PIOA, ID_PIOA, PIO_OUTPUT_1, PIO_DEFAULT}
我们对比一下，猜都能猜出这是PA19这个端口的配置，对照板子原理图，它是我们的D2，蓝灯。


没有白找，现在我们总结一下收获：
（1）Pin数据类型是 {PIO_PA19, PIOA, ID_PIOA, PIO_OUTPUT_1, PIO_DEFAULT}这种结构
我们照猫画虎啊如果是PB10应该是什么样的呢？{PIO_PB10, PIOB, ID_PIOB, 默认输出, 配置参数}，猜出来这样的。就对了！
（2）PIO_Configure( const Pin *list, uint32_t size )函数用于配置IO口，使用PIO_Configure((在代码中定义的Pin类型的数组首地址)，这个数组中定义的IO个数)
Const类型说明指向的是Flash区域，而非Ram，说明是写在代码里面的。这里也解释了配置端口可以一次性配置好多，写成数组的形式。
size是指要初始化的IO口的个数，因为编译器是不知道你这个list到底有多长。这个个数要注意，可以少于这个数组中定义的个数，但是不能多，为什么呢？自己想。。。
如果我懒得算这个数，怎么办？官方有个小工具PIO_LISTSIZE(数组名)，就能自动算出你指定的这个数组中定义了几个IO。详细自己找，算是课后作业吧。
（3）这里学会的是方法，不是为了找这几个小破函数，我们的绝招是我们学习的法宝！时刻记住，我们有法宝！
    */
    printf( "Configure LED PIOs.\n\r" ) ; //根据上面描述，这一句铁定要删除的
    _ConfigureLeds() ; //这个扒的最长，见上面，法宝已经亮出，下面的我不打算再分析了，作为作业，请大家自行分析*/


    printf( "Configure buttons with debouncing.\n\r" ) ; //根据上面描述，这一句铁定要删除的
    _ConfigureButtons() ; //我们不用buttons，删除! 建议大家有空看看，也是配置IO口，跟上面LED很像，但这个是配置输入的


    printf( "Press USRBP1 to Start/Stop the blue LED D2 blinking.\n\r" ) ;//删除
    printf( "Press USRBP2 to Start/Stop the green LED D3 blinking.\n\r" ) ;//删除


    while ( 1 )
    {
        /* Wait for LED to be active (作业，请自己扒) */
        while( !bLed0Active );


        /* Toggle LED state if active */
        if ( bLed0Active )
        {
            LED_Toggle( 0 ); //重点扒这一句，能够扒出一个PIO_Clear函数用于把一个IO口输出0，PIO_Set函数用于把一个IO置1
            printf( "1 " );
        }


        /* Wait for 500ms */
        _Wait(500); //作业，自己扒，法宝在手，代码不愁！
    }
}

　　通过上面的分析，我写出下面的一个简单的程序---Hello, world!，供大家参考，所用的函数都是上面用法宝扒过的。新加的内容我有解释。


5. 新建main.c文件，把下面的内容粘贴过去：
/* 包含文件：官方这么包含的，我们就先这么包含，别总想着往里面看，先把现象搞出来，再去试着改 */
#include "board.h"
#include /* 等这个程序可以正常运行的时候，我们试着去掉stdbool和stdio头文件，看有没有影响，现在先留着，保持文件的完整性。程序运行后我们删掉这两个包含文件发现没有影响，那说明：可以删！不过这个过程希望大家自己尝试，不要光听我的 */
#include


/* D2(蓝灯)PA19，推挽输出模式 */
static const Pin LED_2 = {PIO_PA19, PIOA, ID_PIOA, PIO_OUTPUT_1, PIO_DEFAULT};


/*****************************************************************************     
 *  Local functions
 */


/*----------------------------------------------------------------------------
 * function name: SysTick_Handler
 * parameter    : void
 * return : none
 * brief        : Handler for SysTick interrupt. Increments the timestamp counter.
 */
void SysTick_Handler( void )
{
    TimeTick_Increment() ;
}


/*****************************************************************************
 *  Global main
 *  Application entry point for smc_lcd example.
 *  return Unused (ANSI-C compatibility).
 */
extern int main( void )
{
/* local variables */
uint8_t i=0;

/* Disable watchdog */
WDT_Disable( WDT ) ;


/* Configure systick for 1 ms. */
while(SysTick_Config( BOARD_MCK / 1000 )!= 0);

/* Configure & initialize the PIO */
PIO_Configure(&LED_2, 1);


/* Infinate circle */
while(1)
{
PIO_Set(&LED_2); //turn off D2 
Wait(500); //waiting for 500 ms
PIO_Clear(&LED_2); //turn off D2 
Wait(500); //waiting for 500 ms

}
}


6. 只要是按照官方的配置配的项目和项目分组，只修改着一个main.c文件，编译就能通过，下载到板子上发现D2蓝色的灯就会以500ms交替闪烁。


四、今天迈出一小步，是我们进入AT91SAM3S世界的一大步！

　　今天的小试，点亮了LED灯，我们的Hello,world！实验到此结束，这是我们踏进AT91SAM3S的第一步，要熟练项目的配置，至于这些配置为什么是这样的我先不说，如果有经验的同学肯定都猜出来一些，其实只要我们熟悉一种MCU，这些都是相通的，我暂且不说。

　　本节只要能对照着官方例程建项目、项目分组即可，不用死记硬背，这些熟练了自然就记住了。本节重点是会使用“法宝”探索新例程（这是重点！）只要这种精神存在，搞定官方案例只是时间的问题。


　　始终记住：模仿是创新的基石。不要一上来就想改很多东西，这样只能给自己增加难度，改出问题了只会打击自己的信心。知己知彼，才能百战百胜，先搞定官方的心思。


　　敲字真的很累，语言表达真的胜过文字，我上课的时候这些内容50分钟就能说完，敲字敲了2小时，还忽略了一些基本的操作，打算后面的课程录视频。如果对我的描述有不清楚的地方欢迎跟贴提出，或者QQ我。下一节我们来对这个案例进行丰富，增加按键的功能，下节继续！March on！

LZ接着把未完成的进程补上吧……最后成为精华帖和大家分享！

好好！最近忙项目，没上论坛，也没有更新帖子，我将继续！谢谢~~

楼主你好，我是一个半路出家的搞嵌入式的学生，导师很N，开学就给我一个SAM3S4C板子让我自己回来先自己玩==可是我基础薄弱，以前也没好好学51，现在很捉急，每天都在研习代码，可是由于是半路出家遇到很多困难，不知道能否发个邮件和我取得联系方式，我的邮箱是mortoncui@foxmail.com，如果能给我一些指导，不甚感激。