计算机实验室之树莓派：课程 5 OK05

Question

OK05 课程构建于课程 OK04 的基础，使用它来闪烁摩尔斯电码的 SOS 序列（ ...---... ）。这里假设你已经有了 课程 4：OK04 操作系统的代码作为基础。

1、数据

到目前为止，我们与操作系统有关的所有内容提供的都是指令。然而有时候，指令只是完成了一半的工作。我们的操作系统可能还需要数据。

一些早期的操作系统确实只允许特定文件中的特定类型的数据，但是这通常被认为限制太多了。现代方法确实可以使程序变得复杂的多。

通常，数据就是些很重要的值。你可能接受过培训，认为数据就是某种类型的，比如，文本文件包含文本，图像文件包含图片，等等。说实话，这只是你的想法而已。计算机上的全部数据都是二进制数字，重要的是我们选择用什么来解释这些数据。在这个例子中，我们会用一个闪灯序列作为数据保存下来。

在 main.s 结束处复制下面的代码：

.section .data %定义 .data 段
.align 2 %对齐
pattern: %定义整形变量
.int 0b11111111101010100010001000101010

.align num 确保下一行代码的地址是 2^num 的整数倍。

.int val 输出数值 val 。

要区分数据和代码，我们将数据都放在 .data 区域。我已经将该区域包含在操作系统的内存布局图。我选择将数据放到代码后面。将我们的指令和数据分开保存的原因是，如果最后我们在自己的操作系统上实现一些安全措施，我们就需要知道代码的那些部分是可以执行的，而那些部分是不行的。

我在这里使用了两个新命令 .align 和 .int 。 .align 保证接下来的数据是按照 2 的乘方对齐的。在这个里，我使用 .align 2 ，意味着数据最终存放的地址是 2²⁼⁴ 的整数倍。这个操作是很重要的，因为我们用来读取内存的指令 ldr 要求内存地址是 4 的倍数。

命令 .int 直接复制它后面的常量到输出。这意味着 11111111101010100010001000101010₂ 将会被存放到输出，所以该标签模式实际是将这段数据标识为模式。

关于数据的一个挑战是寻找一个高效和有用的展示形式。这种保存一个开、关的时间单元的序列的方式，运行起来很容易，但是将很难编辑，因为摩尔斯电码的 - 或 . 样式丢失了。

如我提到的，数据可以代表你想要的所有东西。在这里我编码了摩尔斯电码的 SOS 序列，对于不熟悉的人，就是 ...---... 。我使用 0 表示一个时间单元的 LED 灭灯，而 1 表示一个时间单元的 LED 亮。这样，我们可以像这样编写一些代码在数据中显示一个序列，然后要显示不同序列，我们所有需要做的就是修改这段数据。下面是一个非常简单的例子，操作系统必须一直执行这段程序，解释和展示数据。

复制下面几行到 main.s 中的标记 loop$ 之前。

ptrn .req r4 %重命名 r4 为 ptrn
ldr ptrn,=pattern %加载 pattern 的地址到 ptrn
ldr ptrn,[ptrn] %加载地址 ptrn 所在内存的值
seq .req r5 %重命名 r5 为 seq
mov seq,#0 %seq 赋值为 0

这段代码加载 pattrern 到寄存器 r4 ，并加载 0 到寄存器 r5 。 r5 将是我们的序列位置，所以我们可以追踪我们已经展示了多少个 pattern 。

如果 pattern 的当前位置是 1 且仅有一个 1，下面的代码将非零值放入 r1 。

mov r1,#1 %加载 1 到 r1
lsl r1,seq %对 r1 的值逻辑左移 seq 次
and r1,ptrn %按位与

这段代码对你调用 SetGpio 很有用，它必须有一个非零值来关掉 LED，而一个 0 值会打开 LED。

现在修改 main.s 中你的全部代码，这样代码中每次循环会根据当前的序列数设置 LED，等待 250000 毫秒（或者其他合适的延时），然后增加序列数。当这个序列数到达 32 就需要返回 0。看看你是否能实现这个功能，作为额外的挑战，也可以试着只使用一条指令。

2、当你玩得开心时，时间过得很快

你现在准备好在树莓派上实验。应该闪烁一串包含 3 个短脉冲，3 个长脉冲，然后 3 个短脉冲的序列。在一次延时之后，这种模式应该重复。如果这不工作，请查看我们的问题页。

一旦它工作，祝贺你已经抵达 OK 系列教程的结束点。

在这个系列我们学习了汇编代码，GPIO 控制器和系统定时器。我们已经学习了函数和 ABI，以及几个基础的操作系统原理，已经关于数据的知识。

你现在已经可以准备学习下面几个更高级的课程的某一个。

• Screen 系列是接下来的，会教你如何通过汇编代码使用屏幕。
• Input 系列教授你如何使用键盘和鼠标。

到现在，你已经有了足够的信息来制作操作系统，用其它方法和 GPIO 交互。如果你有任何机器人工具，你可能会想尝试编写一个通过 GPIO 管脚控制的机器人操作系统。