硬件重定向

硬件重定向

由semihosting知识可知，semihosting只是将目标系统中的IO请求交给了调试环境来处理，但是在嵌入式系统实际应用中，往往嵌入式系统和主机调试环境是独立的，而嵌入式系统又想使用标准输入输出中的库函数，这时就要使用硬件重定向技术。

应用程序中对外设的IO请求实际是对低层最基本IO硬件的封装，例如printf（）函数，其实是对将数据写入到显示器相应寄存器的抽象封装，用户不用关心具体使用了什么硬件机制，也不用关心具体怎么将其打印到屏幕上。在ADS开发环境中，semihosting低层也进行了封装。在嵌入式应用系统中，常常需要重新实现一些低级的IO功能，以适应目标系统的具体情况。像这种将底层IO由其它硬件来实现的重定向机制叫做硬件重定向。如图3-15所示。

 

Semihosting支持

图3-15底层IO重定向

 

Semihosting将底层基本IO函数进行了封装，默认的semihosting模式下，底层基本IO都是针对显示器，键盘等硬件进行了封装，实现了对显示器，键盘输入等硬件的驱动，IO操作等。用户可以自己定义底层的基本IO函数，来实现目标开发板上IO硬件的驱动和IO操作，并且告之连接器，在连接程序时连接用户自己定义底层基本IO函数，而不是默认的调试环境下的底层基本IO函数。这样目标开发板运行应用程序中的IO操作就被重新定向到了自己的硬件上了。例如：标准输出函数printf（）的底层基本IO函数是fputc()，它是向硬件里写入一个字符函数，用户自己将该函数重写，在fputc（）里面实现向UART串口打印字符，而不是打印到标准输出显示器上。这样一来， printf()系列函数的输出都被重定向到UART串口上去了。

实现硬件重定向时有以下几点需要注意：

（1）       声明不使用semihosting SWI来请求host主机IO操作，而是使用自定义IO操作

（2）       驱动重定向硬件设备

（3）       重写低级IO函数

硬件重定向实验

该程序文件主要用于启动处理，声明不使用semihosting SWI来请求host主机IO操作，关闭看门狗，初始化内存，最后跳入到main函数中执行。由于程序本身实现了reg_init_no_pll.txt脚本文件的功能，因此本实验不需要加载初始化脚本。

        AREA  Init, CODE, READONLY

        ; 确保不使用系统C库中的底层IO函数接口，而是使用用户自己定义IO接口

        IMPORT __use_no_semihosting_swi

 

        ENTRY

        EXPORT  Reset_Handler

 

Reset_Handler

      ; 关闭看门狗

      ldr r0, = 0x53000000

      mov r1, #0

      str r1, [r0]

        bl initmem

               

        IMPORT  __main

        B       __main   ; 使用B指令跳入main，而不使用BL指令，因为不需要返回

initmem

      ldr r0, =0x48000000

      ldr r1, =0x48000034

      adr r2, memdata

initmemloop

      ldr r3, [r2], #4

      str r3, [r0], #4

       teq r0, r1

      bne initmemloop

      mov pc,lr

memdata

      DCD 0x22111110                ;BWSCON

      DCD 0x00000700                 ;BANKCON0    

      DCD 0x00000700                 ;BANKCON1    

      DCD 0x00000700                 ;BANKCON2    

      DCD 0x00000700               ;BANKCON3             

      DCD 0x00000700                 ;BANKCON4    

      DCD 0x00000700                 ;BANKCON5    

      DCD 0x00018005                 ;BANKCON6    

      DCD 0x00018005                 ;BANKCON7    

      DCD 0x008e07a3                  ;REFRESH        

      DCD 0x000000b1                 ;BANKSIZE      

       DCD 0x00000030                 ;MRSRB6 

      DCD 0x00000030                 ;MRSRB7

       END

serial.c：

该程序文件主要实现了对UART串口的驱动和基本IO操作。由于IO请求硬件重定向最终要实现数据的输出和输入，通过读取UART串口寄存器读取串口数据取得用户输入信息，通过写入UART串口寄存器实现数据输出操作。

#include "s3c2410.h"

 

#define        TXD0READY    (1<<2)

#define        RXD0READY   (1)

 

void init_serial_A( )

{

//初始化UART

         GPHCON |= 0xa0;                //GPH2,GPH3 used as TXD0,RXD0

         GPHUP     = 0x0c;              //GPH2,GPH3内部上拉

 

         ULCON0   = 0x03;             //8N1         

         UCON0     = 0x05;             //查询方式

         UFCON0 = 0x00;                 //不使用FIFO

         UMCON0 = 0x00;                //不使用流控

         UBRDIV0 = 12;                   //波特率为57600

}

 

/* 通过串口字符发送函数 */

void sendchar2(char c)

{

         while( ! (UTRSTAT0 & TXD0READY) );

         UTXH0 = c;

}

 

/* 通过串口字符接收函数 */

char recvchar( )

{

         while( ! (UTRSTAT0 & RXD0READY) );

         return URXH0;

}

retarget.c:

本程序文件主要重新实现了底层IO的基本函数:

（1）int fgetc(FILE *f): 从文件描述符f中取得单个字符输入，scanf的底层实现函数，在C语言中所有的设备都被抽象成一个可以读写的文件，f参数就是具体IO设备，如stdout标准输出指显示器，stdin标准输入指键盘，由于本实验用串口重定向了标准输入，因此fgetc的功能主要返回从串口取得一个字符。

（2） int fputc(int ch, FILE *f)：向文件描述符f里写入一个字符ch，它是printf的底层实现函数，本实验是用串口重定向标准输出，因此fputc的功能主要是向串口里写入字符ch。

（3）int ferror(FILE *f)：标准错误的底层实现函数，本实验直接返回EOF，没有实现具体功能。

（4）void _ttywrch(int ch): 终端数据输出的底层实现，本实验里用串口实现其功能，同样是向串口里写入字符ch。

（5）void _sys_exit(int return_code)：系统退出的底层实现，这儿直接是用死循环来模拟最后程序的退出。

由于底层IO操作实现被重定向，基于这些底层IO的库也没有被引入，__FILE，__stdout，__stdin这些使用的结构体和变量就需要自己重新定义。其中__FILE就是FILE文件描述符。__stdout是标准输出文件描述符，__stdin是标准输入文件描述符。

#include <stdio.h>

 

extern void sendchar2( char ch );

extern char recvchar(void);

 

struct __FILE { int handle; };

FILE __stdout;

FILE __stdin;

 

 

/* 底层IO函数，从串口取得一个字符 */

int fgetc(FILE *f)

{

         char ch;

         ch = recvchar();

         if ((ch == '/r') || (ch == '/n'))             // 接收到返回行首符与换行符时实现换行显示

         {

                 fputc('/n', NULL);

                 fputc('/r', NULL);

         }

         fputc(ch, NULL);

         return ch;

}

 

/* 底层IO函数，打印一个字符,将字符打印到串口 */

int fputc(int ch, FILE *f)

{

    char tempch = ch;

    if (ch == '/n')                   // 发送换行符时，先发送返回行首符号/r，再发送换行符

    sendchar2('/r');

    sendchar2(tempch);

    return ch;

}

 

/* 底层IO函数 */

int ferror(FILE *f)

{ 

    return EOF;

}

 

/* 底层IO函数，终端打印函数 */

void _ttywrch(int ch)

{

    char tempch = ch;

    sendchar2( tempch );

}

 

/* 底层IO函数，程序退出处理函数 */

void _sys_exit(int return_code)

{

    label:  goto label;

}

main.c：

本程序文件主要调用串口驱动程序，驱动串口，驱动LED，获得用户输入点亮对应LED灯。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

extern void init_serial_A(void);

#define        GPBCON           (*(volatile unsigned long *)0x56000010)

#define        GPBDAT            (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

#define LEDS   (1<<5|1<<6|1<<7|1<<8)

 

int main(void)

{

int a,b;

         int i;

         float c,d;

         void *p1, *p2;

         #pragma import(__use_no_semihosting_swi) // 不使用软件中断响应semihosting请求

 

         init_serial_A();

 

         GPBCON  = 0x00015400;

         while (1)

         {

               printf("please input led number: ");

               scanf("%d", &i);

               switch (i)

               {

                      case 1:

                              GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<6|1<<7|1<<8);

                              printf("led1 on /n");

                              break;

                      case 2:

                              GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<7|1<<8);

                              printf("led2 on /n");

                              break;

                      case 3:

                              GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<6|1<<8);

                              printf("led3 on /n");

                              break;

                      case 4:

                              GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<6|1<<7);

                              printf("led4 on/n");

                              break;

                      default:

                              printf("input error, please input 1 to 4/n");

                              break;

                  }

         }

         return 0;

}