嵌入式系統(tǒng)原理及應用實驗指導書56份周志青

1、嵌入式系統(tǒng)原理及應用實 驗 指 導 書平頂山學院計科系目 錄實驗一 ads 1.2集成開發(fā)環(huán)境實驗1實驗二 匯編指令實驗6實驗三 c語言調用匯編實驗9實驗四 外部中斷與gpio輸出控制實驗11實驗五 pwm輸出實驗14實驗六 定時器實驗17實驗七 µc/os-移植實驗19實驗八 基于µc/os-的鍵盤與數(shù)碼管顯示實驗29實驗一 ads 1.2集成開發(fā)環(huán)境實驗一、實驗目的1. 了解ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境的使用方法二、實驗儀器設備、材料1. 硬件：pc 機 一臺2. 軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads集成開發(fā)環(huán)境三、實驗內容1. 建立一個新的工程。2.

2、 建立一個c 源文件，并添加到工程中。3. 設置文本編輯器支持中文。4. 設置編譯鏈接控制選項。5. 編譯鏈接工程。6. 調試工程。四、實驗步驟（1）啟動ads1.2 ide 集成開發(fā)環(huán)境，選擇【file】->【new】，使用arm executableimage 工程模板建立一個工程，工程名稱為ads，見圖1.1。圖1.1 建立arm 指令代碼的工程（2）選擇【file】->【new】建立一個新的文件test1.s，設置直接添加到項目中，見圖1.2。輸入如程序清單1.1 所示的代碼，并保存，見圖1.3。圖1.2 新建文件test1.s圖1.3 添加了test1.s 的工程管理窗口

3、程序清單1.1 test1.s 文件代碼（3）由于ads 安裝以后默認字體是courier new，對于中文支持不完善，因此建議修改字體。選擇【edit】->【perferences】，可以看見以下對話框，如圖1.4所示。在font 選項設置字體是fixedsys，script 是chinese_gb2312 。由于tab 在不同文本編輯器解釋不同，建議在tab inserts spaces 前打勾，使tab 鍵插入的是多個空格。圖1.4 字體和tab 設置（4）選擇【edit】->【debugrel settings】，在debugrel settings 對話框的左邊選擇arm

4、 linker 項，然后在output 頁設置鏈接地址(見圖1.5)，在options 頁設置調試入口地址(見圖1.6)。圖1.5 工程鏈接地址設置圖1.6 工程調試入口地址設置（5）選擇【project】->【make】，將編譯鏈接整個工程。如果編譯成功，見圖1.7，errors & warnings 對話框會報告編譯錯誤為0，那么就可以對工程進行仿真。圖1.7 編譯錯誤和警告對話框（6）選擇【project】->【debug】, 或者按下快捷鍵f5。ide 環(huán)境就會啟動axd 調試軟件，見圖1.8。斷點調試方法：首先設置斷點，只需要在第6 行灰色區(qū)域雙擊鼠標即可，如果出

5、現(xiàn)紅色實心圓點，那么表示斷點設置成功，然后選擇【execute】->【go】全速運行，可以發(fā)現(xiàn)程序停止在第6 行。還有一種比較方便的調試方法就是run to cursor，單擊鼠標第8 行灰色區(qū)域，如果axd 將第8 行高亮就表示設置成功，然后選擇【execute】->【run to cursor】運行到光標，可以發(fā)現(xiàn)程序停止在第8 行。通過斷點調試可以觀察arm 寄存器數(shù)值變化，具體的操作方法在后面的實驗會具體介紹。圖1.8 axd調試窗口實驗二 匯編指令實驗1 實驗目的（1）了解ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境及armulator 軟件仿真。（2）掌握arm7tdmi 匯編指令的用

6、法，并能編寫簡單的匯編程序。（3）掌握指令的條件執(zhí)行和使用ldr/str 指令完成存儲器的訪問。2 實驗設備硬件：pc 機 一臺軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境3 實驗內容（1）使用ldr 指令讀取0x40003100上的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)加1，若結果小于10 則使用str 指令把結果寫回原地址，若結果大于等于10，則把0寫回原地址。然后再次讀取0x40003100 上的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)加1，判斷結果是否小于10周而復此循環(huán)。（2）使用ads 1.2 軟件仿真，單步、全速運行程序，設置斷點，打開寄存器窗口(processor registers)監(jiān)視r0、r1

7、 的值，打開存儲器觀察窗口(memory) 監(jiān)視0x40003100 上的值。4 實驗預習要求（1）仔細閱讀參考文獻1第4 章arm 指令系統(tǒng)的內容。（2）仔細閱讀產(chǎn)品光盤附帶文檔ads 集成開發(fā)環(huán)境及仿真器應用或其它相關資料，了解ads 工程編輯和axd 調試的內容 (本實驗使用軟件仿真) 。5 實驗步驟（1）啟動ads 1.2，使用arm executable image 工程模板建立一個工程instruction1。（2）建立匯編源文件test2.s，編寫實驗程序，然后添加到工程中。（3）設置工程鏈接地址ro base 為0x40000000，rw base 為0x40003000。設置

8、調試入口地址image entry point 為0x40000000。（6）編譯鏈接工程，選擇【project】->【debug】，啟動axd 進行軟件仿真調試。（7）打開寄存器窗口(processor registers)，選擇current 項監(jiān)視r0、r1 的值。打開存儲器觀察窗口(memory) 設置觀察地址為0x40003100，顯示方式size 為32bit，監(jiān)視0x40003100 地址上的值。說明：在memory 窗口中點擊鼠標右鍵，size 項中可以選擇顯示格式為8bit、16bit 或32bit，如圖2.1 所示?？梢詥尾竭\行程序，可以設置/取消斷點，或者全速運行程

9、序，停止程序運行，調試時觀察寄存器和0x40003100 地址上的值。運行結果見圖2.2。圖 2.1 memory 窗口顯示格式設置圖 2.2 程序運行結果6 實驗參考程序程序清單 2.1 匯編指令實驗參考程序29實驗三 c語言調用匯編實驗1 實驗目的掌握在 c 語言程序中調用匯編程序，了解atpcs 基本規(guī)則。2 實驗設備硬件：pc 機 一臺軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境3 實驗內容在 c 程序調用匯編子程序，實現(xiàn)兩個整數(shù)的加法運算。匯編子程序的原型為：uint32 add(uint32 x, uint32 y)，其中uint32 已定義為uns

10、igned int。4 實驗預習要求（1）仔細閱讀arm 公司的atpcs 的相關文檔，比如atpcs.pdf。（2）仔細閱讀產(chǎn)品光盤附帶文檔ads 集成開發(fā)環(huán)境及仿真器應用或其它相關資料，了解ads 工程編輯和axd 調試的內容。(本實驗使用軟件仿真)5 實驗步驟（1）啟動ads 1.2，使用arm executable image 工程模板建立一個工程programc1。（2）建立源文件startup.s、add.s 和test.c，編寫實驗程序，然后添加到工程中。（3）設置工程鏈接地址ro base 為0x40000000，rw base 為0x40003000。設置調試入口地址imag

11、e entry point 為0x40000000。（4）設置工程鏈接選項，位于開始位置的起始代碼段設置為startup.o的start段。（5）編譯鏈接工程，選擇【project】->【debug】，啟動axd 進行軟件仿真調試。（6）在test.c文件中的調用add()的代碼處設置斷點，然后全速動行程序。（7）程序在斷點處停止。使用setp in 單步運行程序，觀察程序是否轉到匯編程序add.s。（8）選擇【processor views】->【variables】)打開變量觀察窗口，觀察全局變量的值，單步/全速運行程序，判斷程序的運算結果是否正確。6 實驗參考程序c 語言調用

12、匯編程序實驗的參考程序見程序清單3.1。匯編加法函數(shù)代碼見程序清單3.2。程序清單3.1 c語言調用匯編程序實驗參考程序程序清單3.2 匯編加法函數(shù)代碼實驗四 外部中斷與gpio輸出控制實驗1 實驗目的（1）掌握向量中斷控制器(vic)的設置。（2）掌握外部中斷引腳功能設置及外部中斷的工作模式設置。（3）了解中斷服務函數(shù)的編寫。2 實驗設備硬件：pc 機 一臺，magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺一套軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境3 實驗內容設置 p0.20 腳為eint3 功能，初始化為非向量中斷，并設置為電平觸發(fā)模式，然后等待外部中斷

13、。中斷服務程序將蜂鳴器控制輸出信號取反，然后等待中斷信號的撤消，最后清除中斷標志并退出中斷。4 實驗預習要求仔細閱讀參考文獻1第5.4.6 節(jié)外部中斷輸入的說明，第5.8 節(jié)向量中斷控制器的說明。5 實驗步驟（1）啟動ads 1.2，使用arm executable image for magicarm2200 工程模板建立一個工程vicdef_c。（2）在user 組中的main.c 中編寫主程序代碼。（3）選用debuginexram 生成目標，然后編譯鏈接工程。（4）短接magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺上的蜂鳴器跳線jp7，獨立按鍵jp11。斷開cf 卡跳線jp13、gpi

14、o 接口j17，ps2 跳線jp4。（5）選擇【project】->【debug】，啟動axd 進行jtag 仿真調試。（6）在中斷服務程序中設置斷點，全速運行程序，使eint3 為低/高電平，即反復按下與釋放key1。（7）單步/全速運行程序，觀察程序是否正確運行，蜂鳴器是否蜂鳴。6 實驗參考程序外部中斷實驗的參考程序見程序清單 4.1。程序清單 4.1 外部中斷實驗參考程序實驗五 pwm輸出實驗1 實驗目的掌握 pwm 功能，實現(xiàn)數(shù)模轉換。2 實驗設備硬件：pc 機 一臺，magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺一套軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads 1.2

15、 集成開發(fā)環(huán)境3 實驗內容程序通過改變 pwm 占空比，使pwmdac 端口輸出步進升高的直流電壓。4 實驗預習要求（1）仔細閱讀參考文獻1第5.15 節(jié)脈寬調制器（pwm）的說明。（2）仔細閱讀本書第1 章的內容，了解magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺的硬件結構，注意pwmdac 部分的電路。5 實驗步驟（1）啟動ads 1.2，使用arm executable image for magicarm2200 工程模板建立一個工程pwmdac_c。（2）在user 組中的main.c 中編寫主程序代碼。（3）選用debuginexram 生成目標，然后編譯鏈接工程。（4）測量pwm

16、dac 測試圓孔的電壓。（5）選擇【project】->【debug】，啟動axd 進行jtag 仿真調試。（6）全速運行程序，用示波器或萬用表測量電壓。圖 5.1 pwm連接電路6 實驗參考程序數(shù)模轉換實驗的參考程序見程序清單 5.1。程序清單 5.1 數(shù)模轉換實驗參考程序實驗六 定時器實驗1 實驗目的熟悉 lpc2000系列arm7微控制器的定時器0/1 的基本設置及應用。2 實驗設備硬件：pc 機 一臺，magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺一套軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境3 實驗內容使用定時器 0 實現(xiàn)1 秒定時，控制蜂鳴器

17、蜂鳴。采用軟件查詢方式等待定時時間到達。4 實驗預習要求仔細閱讀參考文獻1第5.14 節(jié)定時器0 和定時器1 的說明。5 實驗步驟（1）啟動ads 1.2，使用arm executable image for magicarm2200 工程模板建立一個工程timebeep_c。（2）在user組中的main.c 中編寫主程序代碼。（3）選用debuginexram生成目標，然后編譯鏈接工程。（4）見圖2.16，短接magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺上的蜂鳴器跳線jp7。斷開cf 卡跳線jp13、gpio 接口j17。（5）選擇【project】->【debug】，啟動axd

18、進行jtag 仿真調試?？梢匀龠\行程序，蜂鳴器會響一秒，停一秒，然后再響一秒依次循環(huán)。6 實驗參考程序定時器實驗的參考程序見程序清單6.1。程序清單 6.1 定時器實驗參考程序實驗七 µc/os-移植實驗1 實驗目的(1) 掌握將c/os-ii 操作系統(tǒng)移植到arm7 處理器的方法。(2) 了解c/os-ii 操作系統(tǒng)的基本原理和移植條件。2 實驗設備硬件：pc 機 一臺，magicarm2200-s 教學實驗開發(fā)平臺一套軟件：windows98/xp/2000 系統(tǒng)，ads 1.2 集成開發(fā)環(huán)境，c/os-ii 操作系統(tǒng)(v2.52)3 實驗內容學習移植 c/os-ii 操作系統(tǒng)

19、到arm7 處理器，然后編寫一個簡單的多任務應用程序，實現(xiàn)led 流水燈控制。4 實驗預習要求(1) 仔細閱讀參考文獻4，了解c/os-ii 的組成和移植相關的文件內容。(2) 仔細閱讀參考文獻1第35 章和第7 章的內容，了解arm7 體系結構及其匯編編程，了解lpc2000 系列arm7 微控制器的硬件結構(如向量中斷控制器和定時器等)和c/os-ii 移植的相關說明。5 實驗原理(1) c/os-ii 概述c/os-ii 是一個完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式實時多任務內核。c/os-ii是用ansi c 語言編寫，包含一小部分匯編代碼，使之可以供不同架構的微處理器使用。c/os-

20、ii 可以管理64 個任務，具有信號量、互斥信號量、事件標志組、消息郵箱、消息隊列、任務管理、時間管理和內存塊管理等系統(tǒng)功能。c/os-ii 軟件體系結構如圖7.1 所示，由圖可以看出，c/os-ii 包括以下3 個部分：c/os-ii 核心代碼：包括10 個c 程序文件和1 個頭文件，主要實現(xiàn)了系統(tǒng)調度、任務管理、內存管理、信號量、消息郵箱和消息隊列等系統(tǒng)功能。此部分的代碼與處理器無關。c/os-ii 配置代碼：包括2 個頭文件，用于裁剪和配置c/os-ii。此部分的代碼與用戶實際應用相關。c/os-ii 移植代碼：包括1 個匯編文件、1 個c 程序文件和1 個頭文件，這是移植c/os-ii

21、 所需要的代碼。此部分的代碼與處理器相關。說明：移植代碼的文件名不是固定的，但為了保持 c/os-ii 系統(tǒng)的一致性，文件名一般也不要改變(即os_cpu.h、os_cpu_a.asm 和os_cpu_c.c)。圖 7.1 c/os-ii 軟件體系結構(2) c/os-ii 移植條件移植 c/os-ii 之前需要注意，目標處理器必須滿足以下幾點要求：處理器的 c 編譯器能產(chǎn)生可重入型代碼；處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷(通常為10100hz)；用 c 語言就可以開/關中斷；處理器能夠支持一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲硬件堆棧(可能是幾千字節(jié))；處理器有將堆棧指針以及其它 cpu 寄存器的內容讀出，并保

22、存到堆?；騼却嬷腥サ闹噶?。lpc2000 系列arm7 微控制器可以滿足第2、4 和5 點要求，使用ads 1.2 的c 編譯器可以滿足第1、3 點要求。(3) c/os-ii 移植步驟1) os_cpu.h 的移植在 os_cpu.h 文件中定義與處理器相關(實際上是與編譯器相關)的數(shù)據(jù)類型，如boolean、int8u、int8s 等等。根據(jù)ads 1.2 編譯器的特性，定義代碼可參考程序清單7.1。程序清單 7.1 os_cpu.h與編譯器相關的數(shù)據(jù)類型在 os_cpu.h 文件中定義與處理器相關的宏，主要是進入臨界區(qū)的os_enter_critical 和退臨界區(qū)的os_exit_cr

23、itical，定義代碼可參考程序清單7.2。如程序清單7.2所列，將os_enter_critical()和os_exit_critical()定義為軟件中斷函數(shù)，所以還要編寫相應的軟件中斷處理代碼(可以在os_cpu_c.c 文件中編寫)實現(xiàn)開/關中斷。同樣定義 os_task_sw()為軟件中斷函數(shù)，并編寫有相應的軟件中斷處理代碼(調用osintctxsw 函數(shù))實現(xiàn)任務切換。程序清單 7.2 os_cpu.h與處理器相關的宏2) os_cpu_c.c 的移植在 os_cpu_c.c 文件中，需要編寫以下10 個簡單的c 函數(shù)：ostaskstkinit()；ostaskcreatehoo

24、k()；ostaskdelhook()；ostaskswhook()；ostaskidlehook()；ostaskstathook()；ostasktickhook()；osinithookbegin()；osinithookend()；ostcbinithook()。其中，9 個系統(tǒng)hook 函數(shù)可以為空函數(shù)，也可以根據(jù)用戶自己的需要編寫相應的操作代碼。任務棧結構初始化函數(shù)ostaskstkinit，必須根據(jù)移植時統(tǒng)一定義的任務堆棧結構進行初始化，代碼參考程序清單7.3。程序清單 7.3 os_cpu_c.c函數(shù)ostaskstkinit3) os_cpu_a.s 的移植由于 ads1.2

25、 編譯器默認匯編文件后綴名為“s”，所以移植代碼os_cpu_a.asm 改名為os_cpu_a.s。在 os_cpu_a.s 文件中，需要編寫以下4 個簡單的匯編語言函數(shù)：osstarthighrdy()；osctxsw()；osintctxsw()；ostickisr()。其中，函數(shù) osctxsw 不是必須的，但必須要定義好函數(shù)os_task_sw(在os_cpu.h中聲明)，以實現(xiàn)任務級任務切換。在 isr(中斷服務程序)中切換任務時會調用osintctxsw 函數(shù)，代碼參考程序清單7.4。程序清單 7.4 os_cpu_a.s函數(shù)osintctxsw啟動 c/os-ii 是通過調用o

26、sstart()實現(xiàn)，osstart()最終調用函數(shù)osstarthighrdy()運行多任務啟動前優(yōu)先級最高的任務。osstarthighrdy()函數(shù)的代碼參考程序清單7.5。說明：在os_cpu_c.c 文件已定義osstarthighrdy()，此函數(shù)直接調用_osstarthighrdy()。程序清單 7.5 os_cpu_a.s函數(shù)osstarthighrdy函數(shù) ostickisr 為系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷函數(shù)，這需要使用到處理器的定時器和定時中斷。為了達到集中地初始化硬件(定時器、中斷和i/o 等)的目的，此函數(shù)可以在用戶工程的啟動代碼文件中實現(xiàn)，參考程序清單7.6。說明：系統(tǒng)時鐘節(jié)

27、拍中斷函數(shù)的名稱并不是固定的，也并不一定要在 os_cpu_a.s 文件中實現(xiàn)。程序清單 7.6 系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷服務程序6 實驗步驟(1) 連接easyjtag 仿真器和magicarm2200-s，然后安裝easyjtag 仿真器的驅動程序(若已經(jīng)安裝過，此步省略)。(2) 為ads1.2 增加lpc2200(for magicarm2200)專用工程模板(若已增加過，此步省略)。(3) 建立一個項目目錄ucos-ii，添加c/os 2.52 源代碼和移植代碼(移植代碼在產(chǎn)品配套光盤上可以找到，其目錄名為arm)。將移植的pc 服務代碼arm_pc 復制到項目目錄ucos-ii 下。(4)

28、 將c/os 2.52 源代碼source(目錄)復制到項目目錄，此時ucos-ii 目錄的結構如圖7.2 所示。c/os 2.52 源代碼可以從參考文獻4的附帶光盤上獲得。說明：source 子目錄下存放c/os 2.52 源代碼，arm 子目錄存放移植代碼，arm_pc子目錄存放移植的pc 服務代碼(可通過串口向pc 機發(fā)送顯示信息)。圖 7.2 c/os-ii 目錄的結構(5) 啟動ads 1.2，使用arm executable image for ucosii(for magicarm2200)工程模板建立一個工程leddisp，工程存儲在ucos-ii 目錄下。(6) 打開工程窗口user 組中的main.c 文件，編寫實驗程序并保存。(7) 根據(jù)程序設計來更改os_cfg.h 文件，配置c/os-ii 操作系統(tǒng)。(對于本實驗，c/os-ii的配置使用模板默認設置即可)(8) 選用debuginexram 生成目