上理工嵌入式答卷

..研究生課程試題**注：考題全部寫在框內(nèi)，不要超出邊界。內(nèi)容一律用黑色墨水書寫或計算機打印，以便復(fù)印。201/201學(xué)年第1學(xué)期考試課程嵌入式系統(tǒng)學(xué)號姓名得分一：固件及軟件描述題（20分）1.1、閱讀STM32啟動代碼，閱讀STM（10X）固件標準，描述其主要觀點。1.2、描述MDK軟件使用基本步驟。二：程序設(shè)計題（無操作系統(tǒng)）（20分）2.1、根據(jù)固件建立工程，以流水燈為例說明固件建立工程和程序設(shè)計的方法（可自行設(shè)計硬件并結(jié)合該硬件進行闡述）2.2、以按鍵中斷實現(xiàn)燈的閃爍為例，描述設(shè)計其實現(xiàn)原理和主要程序設(shè)計含流程圖。（可自行設(shè)計硬件并結(jié)合該硬件進行闡述）三.操作系統(tǒng)題（30分）3.1、闡述裸μc/osII操作系統(tǒng)的基本原理（10分）。3.2、如何在實現(xiàn)裸μc/osII系統(tǒng)的移植STM32（編譯系統(tǒng)選MDK）（10分）。3.3、在μc/osII系統(tǒng)中，中斷實現(xiàn)的基本原理，并以按鍵中斷實現(xiàn)燈的閃爍為例，闡述程序設(shè)計的基本方法。（需結(jié)合硬件）（10分）四．復(fù)雜工程題（30分）4.1電子相框(或XXX)設(shè)計，根據(jù)自己的想法，闡述你心目中電子相框(或XXX)的功能及技術(shù)指標，并完成如下工程。1）硬件電路設(shè)計（可以用PROTEL軟件繪制）2）軟件設(shè)計。一：固件及軟件描述題（20分）1.1、閱讀STM32啟動代碼，閱讀STM（10X）固件標準，描述其主要觀點。答：在嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)過程中，由于C語言編程，所以很少涉及到硬件底層寄存器的執(zhí)行過程，一般都會直接在main函數(shù)里開始寫代碼，似乎main成了程序運行的起點。但是，當MCU上電后，怎么找到main函數(shù)往往被忽略了，這就是啟動代碼的作用，因為系統(tǒng)是無法直接從硬件找到main函數(shù)的入口地址的，啟動代碼是用來初始化電路以及用來為高級語言寫軟件作好運行前準備的一小段匯編語言，是任何處理器上電復(fù)位時的程序運行入口點。當剛上電的過程中，PC機會對系統(tǒng)的一個運行頻率進行鎖定在一個固定的值，這個設(shè)計頻率的過程就是在匯編源代碼中進行的，也就是在啟動代碼中進行的，也就是設(shè)置時鐘頻率。時鐘頻率設(shè)置好了后，程序就開始運行，注意，程序是在存中運行的。這個時候，就需要把一些源文件從flash里面copy到存中，又要對它們進行初始化讀寫，這又有頻率的設(shè)置。這些都是初始化。初始化完成后，我們又要設(shè)置一些堆棧，要跳到C語言的main函數(shù)里面運行。這就需要堆棧。對普通的ARMCPU有這樣一個要求：在絕對地址為零的地方要放置一個異常向量表，但并不是所有的ARMCPU都留有這個一個空間，這就需要用到映射的功能。我們可以將其它地方的一些空間映射到絕對地址里面。當發(fā)生異常時，ARM核來讀取異常中斷表的時候，它會使用映射之后的那個表，這個就可以接著往下執(zhí)行，否則在絕對地址零的地方找不到任何信息，程序就會死掉。這些運行的環(huán)境全部建立好后，程序就會跳轉(zhuǎn)到我們的main函數(shù)里面?？傊?，啟動代碼，就是對最小系統(tǒng)的初始化。包括晶振，CPU頻率，向量表等。STM32標準固件庫，是一個固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。該函數(shù)庫還包括每一個外設(shè)的驅(qū)動描述和應(yīng)用實例，為開發(fā)者訪問底層硬件提供了一個中間API，通過使用固件函數(shù)庫，無需深入掌握底層硬件細節(jié)，開發(fā)者就可以輕松應(yīng)用每一個外設(shè)。每個外設(shè)驅(qū)動都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。STM32固件庫其實就是一個函數(shù)庫，它把程序模塊話，封裝起來了，開發(fā)者不需要寫具體的程序代碼，只需要調(diào)用即可。1.2、描述MDK軟件使用基本步驟。答：MDK軟件的使用主要包括兩個方面：MDK軟件的安裝及其操作。keil軟件的安裝。首先從www.embedinfo./下載到最新的keilMDK,下載完畢之后雙擊開始安裝，可以看到一個歡迎界面：點擊Next，勾選安裝協(xié)議，下一步，選擇安裝路徑，填寫用戶信息：點擊Next就進入實質(zhì)的安裝過程了，然后等一會:很快安裝完畢，看到2個可選項：保存當前uVision的設(shè)置。載入以下選擇的工程實例，默認即可。點擊Next，來到最后一個安裝界面：點擊Finish,KeilMDK就完成安裝了。（2）操作。在剛才解壓“stm32f10x_fw_archivev2.0(May2009)”得到的文件夾里按照路徑\stm32f10x_fw_archivev2.0(May2009)\Archive，找到um0427.rar并將其解壓。在第1步解壓到的um0427文件夾里按路徑“\um0427\FWLib\project\RVMDK”找到文件：“cortexm3_macro.s”和“stm32f10x_vector.s”，并將其復(fù)制到前面所新建的“STM32_FW\boot”文件夾中。此二者為STM32在MDK環(huán)境下的啟動的文件，是每一個STM32工程所必需的。在“\um0427\FWLib\project”中找到文件：“stm32f10x_it”和“stm32f10x_it”，并將其復(fù)制到“STM32_FW\interrupt”中。此二者包含了STM32在MDK下的中斷服務(wù)入口函數(shù)。將“\um0427\FWLib\library”中的“inc”文件夾和“src”文件夾復(fù)制到“STM32_FW\library”中。此二文件夾為STM32的固件函數(shù)庫文件，一般情況下這兩個文件夾里的文件都不推薦改動，可以設(shè)置只讀屬性。最后請新建一個名字為“main.c”文件，放入“STM32_FW\src”中。執(zhí)行完以上操作后，應(yīng)該得到如下結(jié)構(gòu)：STM32_FW\boot：“cortexm3_macro.s”和“stm32f10x_vector.s”文件；STM32_FW\interrupt：“stm32f10x_it”和“stm32f10x_it”文件；STM32_FW\src：“main.c”文件；STM32_FW\library：“inc”文件夾和“src”文件夾；

二：程序設(shè)計題（無操作系統(tǒng)）（20分）2.1、根據(jù)固件建立工程，以流水燈為例說明固件建立工程和程序設(shè)計的方法（可自行設(shè)計硬件并結(jié)合該硬件進行闡述）答：1，首先下載并解壓v3.5庫函數(shù).2，先建一個文件夾取名LED,我們在LED文件夾里建立庫函數(shù)的工程。在LED文件夾下建立四個文件夾。3，將庫函數(shù)的里的文件STMv3.5\librarise\CMSIS\CM3\CoreSupport里的文件STMv3.5\librarise\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x里的文件STMv3.5\librarise\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm里的文件放入文件夾startup文件夾里面。4，將庫函數(shù)librarise\STM32F10_StdPeriph_Driver里的兩個文件夾：復(fù)制到建立的lib文件夾里。5，在user文件夾里添加main.c文件，main.c文件里只寫有如下代碼即可：此外，將庫函數(shù)里的\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template文件夾里的：也復(fù)制到新建的user文件夾里面6，Keil新建工程Ptoject\NewuVisionProject取名LED放在LED文件夾里面：選擇芯片型號：這里選擇STM32F103RB點擊OK后工程提示如下，選擇否（因為我們建立的是庫函數(shù)操作的工程，以上步驟中已經(jīng)復(fù)制到文件夾里）。點擊出現(xiàn)設(shè)置如下：點擊TargetOptions，設(shè)置如下：其中和十分重要。最后將設(shè)置輸出的HEX文件到output文件夾：如下圖為最后設(shè)置完成的效果，編譯之后沒有問題：流水燈程序設(shè)計方法如下：首先我們來分析硬件電路，如下圖所示：其中PWR為系統(tǒng)電源指示燈，為藍色。LED0和LED1分別接在PB5和PE5上，為了方便判斷DS0為紅色的LED，DS1為綠色的LED。由部的LED連線可知，要想發(fā)光二極管亮，就必須送入低電平，送入高電平則發(fā)光二極管熄滅，鑒于此原理，得出流水燈的程序流程圖，如下所示：端口初始化端口初始化PB5送低電平PB5送低電平PB5送高電平PB5送高電平延時延時PE5送低電平PE5送低電平PE5送高電平PE5送高電平延時延時流水燈程序流程圖注：程序代碼見附件—LED流水燈程序2.2、以按鍵中斷實現(xiàn)燈的閃爍為例，描述設(shè)計其實現(xiàn)原理和主要程序設(shè)計含流程圖。（可自行設(shè)計硬件并結(jié)合該硬件進行闡述）答：在STM32中有中斷這一概念，所謂中斷，就是CPU正在工作時，突然來了一個優(yōu)先級更高的中斷源，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫時停止當前程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而處理新情況的程序和執(zhí)行過程。即在程序運行過程中，系統(tǒng)出現(xiàn)了一個必須由CPU立即處理的情況，此時CPU暫時中止程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而處理這個新的情況的過程就叫做中斷。3個按鍵中斷，控制3個LED，當有按鍵按下時，觸發(fā)中斷，系統(tǒng)響應(yīng)中斷，進入中斷服務(wù)子程序（控制LED燈），等處理完了之后系統(tǒng)又回到發(fā)生中斷之前系統(tǒng)正在進行的任務(wù)。首先編寫main函數(shù)，主函數(shù)里包括常規(guī)的系統(tǒng)時鐘配置、NIVC配置、GPIO配置、設(shè)置中斷觸發(fā)線、配置按鈕中斷觸發(fā)方式、RCC配置。然后編寫子函數(shù)。在NVIC子函數(shù)中需要分配中斷向量表，設(shè)置中斷優(yōu)先級。程序設(shè)計流程圖如下圖所示：初始化初始化延時等待按鍵按下？N延時等待按鍵按下？中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序LED亮滅LED亮滅注：程序代碼見附件—按鍵中斷三.操作系統(tǒng)題（30分）3.1、闡述裸μc/osII操作系統(tǒng)的基本原理（10分）。答：操作系統(tǒng)是裸機上的第一層軟件，它是計算機系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件，是硬件的第一層封裝與抽象，在計算機系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，所有其它系統(tǒng)的軟件與應(yīng)用軟件都依賴于操作系統(tǒng)的支持與服務(wù)。除提供編程和接口外，操作系統(tǒng)還承擔著任務(wù)管理、事件管理、消息管理、CPU管理、存管理、I/O管理等核心功能。μC/OS-II是一種基于優(yōu)先級的搶占式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，包含了實時核、任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)間通信同步（信號量，，消息

隊列）和存管理等功能。它可以使各個任務(wù)獨立工作，互不干涉，很容易實現(xiàn)準時而且無誤執(zhí)行，使實時應(yīng)用程序的設(shè)計和擴展變得容易，使應(yīng)用程序的設(shè)計過程大為減化。

μC/OS-II介紹

μC/OS-II是一個完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式實時多任務(wù)核。μC/OS-II絕大部分的代碼是用ANSI的C語言編寫的，包含一小部分匯編代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，從8位到64位，μC/OS-II已在超過40種不同架構(gòu)上的微處理器上運行。μC/OS-II核結(jié)構(gòu)

多任務(wù)系統(tǒng)中，核負責(zé)管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配CPU時間，并且負責(zé)任務(wù)之間的通訊。核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。μC/OS-II可以管理多達64個任務(wù)。由于它的作者占用和保留了8個任務(wù)，所以留給用戶應(yīng)用程序最多可有56個任務(wù)。賦予各個任務(wù)的優(yōu)先級必須是不相同的。μC/OS-II為每個任務(wù)設(shè)置獨立的堆?？臻g，可以快速實現(xiàn)任務(wù)切換。μC/OS-II近似地每時每刻總是讓優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)處于運行狀態(tài)，為了保證這一點，它在調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)、中斷結(jié)束、定時中斷結(jié)束時總是執(zhí)行調(diào)度算法，μC/OS-II通過事先計算好數(shù)據(jù)簡化了運算量，通過精心設(shè)計就緒表結(jié)構(gòu)使得延時可預(yù)知。3.2、如何在實現(xiàn)裸μc/osII系統(tǒng)的移植STM32（編譯系統(tǒng)選MDK）（10分）。答：下面以LED實驗為例，來說明如何在實現(xiàn)裸μc/osII系統(tǒng)的移植STM32。1，用Keil軟件打開LED工程，LED的工程文件如下所示：這是開發(fā)裸機單片機程序時寫的工程文件結(jié)構(gòu)。2，搭建uc/osII工程文件結(jié)構(gòu)。把LED工程所在的文件夾先改名為：STM32+UCOS+LED。在USER文件夾下新建includes.h頭文件。按照uc/osII文件結(jié)構(gòu)圖，在工程的目錄下建立BSP文件夾、APP文件夾和uCOS-II文件夾。BSP文件夾存放外設(shè)硬件驅(qū)動程序APP文件夾存放應(yīng)用軟件程序uCOS_II文件夾uc/osII的相關(guān)代碼把USER文件夾下的led.h和led.c文件剪切到BSP文件夾里。在BSP文件夾里新建BSP.c和BSP.h文件。在APP文件夾下建立app.c和app.h、app_cfg.h文件。拷貝uc/os-II附件里的····\Software\EvalBoards\ST\STM32F103RB\IAR\OS-Probe-LCD\os_cfg.h到此目錄。把uC/OS-II源代碼附件里的Software\uCOS-II下的Source文件夾復(fù)制到工程里剛才新建的uCOS-II文件夾里。把··\Software\uCOS-II\Ports\arm-cortex-m3\Generic\IAR下的文件復(fù)制到工程uCOS-II文件夾中新建的Ports文件夾里。復(fù)制后，選中全部文件，右鍵—屬性—去除只讀屬性—確定。打開工程文件，會發(fā)現(xiàn)提示錯誤，忽略它，直接點擊確定。出錯的原因是我們修改了led.c和led.h的路徑，所以需要手動刪除原來的led.c：建立BSP、APP和uCOS-II下兩個文件夾，一共四個文件夾的組并添加相應(yīng)的文件夾：也要添加這四個文件件的編譯路徑：即includepath設(shè)置為：...\CMSIS;...\FWlib\inc;...\USER;...\APP;...\BSP;...\uCOS-II\Source至此，完成全部工程的設(shè)置，現(xiàn)在開始移植修改代碼。配置cu/os-IIi)我們需要對os_cfg.h做如下修改:首先禁用信號量、互斥信號量、、隊列、信號量集、定時器、存管理，關(guān)閉調(diào)試模式：其次，禁用多重事件控制：修改os_cpu.h將以上三個文件注釋掉即可。修改os_cpu_c.c把OS_CPU_SysTickHandler(),OS_CPU_SysTickInit()及注釋掉（前面加#if0，后面加#endif就能注釋掉）修改os_cpu_a.asm將下面的PUBIC改為EXPORT，即：改為：下面的這個也要改：改為：修改os_dbg.c將里面的一條語句：#defineOS_COMPLIER_OPT_root該為：#defineOS_COMPLIER_OPT//_root修改startup_stm32f10x_hd.s至此修改uc/os-II代碼就結(jié)束了，接下來就是編寫我們自己的代碼。編寫includes.h(保存全部頭文件的文件）編寫B(tài)SP：BSP.c文件代碼：BSP.h頭文件：編寫stm32f10x_it.c需要在stm32f10x_it.c添加SysTick中斷的處理代碼：voidSysTickHandler(void){OsintEnter();OStimeTick();OSIntExit();}9）創(chuàng)建任務(wù)編寫app_cfg.h用來設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級和棧的大小編寫app.c這個是創(chuàng)建LED顯示任務(wù)編寫app.h頭文件編寫main()函數(shù)，這樣就移植成功了。3.3、在μc/osII系統(tǒng)中，中斷實現(xiàn)的基本原理，并以按鍵中斷實現(xiàn)燈的閃爍為例，闡述程序設(shè)計的基本方法。（需結(jié)合硬件）（10分）

答：1，首先，進行系統(tǒng)移植（1）以Keil為開發(fā)軟件，為uc/os-II操作系統(tǒng)建立一個目錄，將操作系統(tǒng)核代碼復(fù)制到一個目錄下，最好是該目錄的下一個子目錄。（2）在該目錄下創(chuàng)建工程。加入uc/os-II核文件到這個工程,搭建工程文件，詳細步參考題3.2.（3）配置μc/osII，修改部分代碼，如os_cfg.h、os_cpu.h、os_cpu_c.c、os_cpu_a.asm、os_dbg.c、startup_stm32f10x_hd.s等。2，分析并搭建硬件電路本實驗過三個按鍵按下控制三個LED燈的亮暗情況，通過KEY-UP控制蜂鳴器，由電路的連線可以看出，當按鍵按下后要使燈亮則必須送高電平，3，了解并熟悉STM32的每個I/O口都可以作為中斷輸入，要把I/O口作為外部中斷輸入，有以下幾個步驟：初始化I/O口為輸入。開啟I/O口復(fù)用時鐘，設(shè)置I/O口與中斷線的映射關(guān)系。STM32的I/O口與中斷線的對應(yīng)關(guān)系需要配置外部中斷配置寄存器EXTICR，因此要先開啟復(fù)用時鐘，然后配置I/O口與中斷線的對應(yīng)關(guān)系，才能把外部中斷與中斷線連接起來。開啟與該I/O口相對的線上中斷/事件，設(shè)置觸發(fā)條件，本實驗設(shè)置成下降沿觸發(fā)。設(shè)置中斷分組（NVIC）并使能中斷。對于STM32的中斷來說，只有配置了NVIC的設(shè)置并開啟才能被執(zhí)行，否則不會執(zhí)行到中斷服務(wù)函數(shù)中去。編寫中斷服務(wù)程序。即編寫有按鍵按下時LED燈就亮的中斷服務(wù)程序，一共有三個。4，編寫主函數(shù)。包括延時函數(shù)初始化、設(shè)置NVIC中斷分組2：兩位搶占優(yōu)先級，兩位響應(yīng)優(yōu)先級、串口初始化、LED初始化、蜂鳴器端口初始化、按鍵連接初始化、外部中斷初始化、點亮LED、延時。5，編譯，下載到硬件運行，查看結(jié)果和進行修改，直到成功。

四．復(fù)雜工程題（30分）4.1電子相框(或XXX)設(shè)計，根據(jù)自己的想法，闡述你心目中電子相框(或XXX)的功能及技術(shù)指標，并完成如下工程。1）硬件電路設(shè)計（可以用PROTEL軟件繪制）2）軟件設(shè)計。答：1）見附件主程序設(shè)計：先對STM32及其外設(shè)進行初始化，再對界面進行初始化，接著根據(jù)功能選擇而分別進入幻燈片模式或時間模式。按鍵具體功能如下：按鍵KEY0：播放下一圖片；按鍵KEY1：播放上一圖片；按鍵KEY2：切換幻燈片模式與日期時間模式；按鍵RESET：系統(tǒng)復(fù)位。流程圖：程序：intmain(void){ u8key; //返回檢測按鍵值u8t=0; //此值用于是否進行RTC的秒更新判斷FileInfoStruct*FileInfo; u16pic_cnt=0;//當前目錄下圖片文件的個數(shù)u16index=0;//當前選擇的文件編號 u16time=0;//控制時間的變量 Stm32_Clock_Init(9);//系統(tǒng)時鐘設(shè)置delay_init(72); //延時初始化uart_init(72,9600);//串口1初始化 LCD_Init(); //初始化液晶 KEY_Init(); //按鍵初始化LED_Init();//LED初始化SPI_Flash_Init();//SPIFLASH使能RTC_Init(); //RTC初次可配置時間//EXTIX_Init(); //外部中斷初始化if(Font_Init())//字庫不存在,則更新字庫{ POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(60,50,"MiniSTM32"); LCD_ShowString(60,70,"FontERROR"); while(1); }POINT_COLOR=RED;Show_Str(60,50,"CDUT",16,0); Show_Str(40,70,"數(shù)碼相框",16,0);POINT_COLOR=DARKBLUE; Show_Str(70,90,"儀器儀表",16,0); Show_Str(90,110,"志強",16,0);Show_Str(60,130,"201611",16,0);Show_Str(50,150,"welcome",16,0);POINT_COLOR=RED;SD_Init();while(FAT_Init())//FAT錯誤{Show_Str(60,170,"文件系統(tǒng)錯誤!",16,0); if(SD_Init()){Show_Str(60,190,"SD卡初始化失敗!",16,0);//SD卡初始化失敗 Show_Str(60,210,"請檢查SD卡是否插入？",16,0);}delay_ms(500);LCD_Fill(60,170,240,230,WHITE);//清除顯示 delay_ms(500);LED0=!LED0; //紅燈DS0指示運行有誤 }while(SysInfoGet(1))//得到圖片文件夾{Show_Str(60,170,"圖片文件夾未找到!",16,0);Show_Str(0,190,"請在SD卡創(chuàng)建“PICTURE”文件夾!",16,0);delay_ms(500);FAT_Init();SD_Init();LED0=!LED0;