嵌入式实验开发环境熟悉实验.docx

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嵌入式实验开发环境熟悉实验

实验一：

嵌入式实验开发环境熟悉实验

一实验目的

●了解本课程使用的嵌入式开发平台UP-NetARM2410-S的基本组成、配置

●熟悉ADS1.2开发环境

●学会ARM仿真器的使用

●使用ADS编译、下载、调试并跟踪一段已有的程序

●了解嵌入式开发的基本思想和过程。

二实验内容

本次实验要求自己配置好实验环境；然后使用ADS集成开发环境，新建一个简单的工程文件，并编译这个工程文件。

学习ARM仿真器的使用和开发环境的设置。

下载已经编译好的文件到嵌入式控制器中运行。

学会在程序中设置断点，观察系统内存和变量，为调试应用程序打下基础。

三实验设备及工具

●硬件：

ARM嵌入式开发平台、PC机Pentium100以上、用于ARM920T的JTAG仿真器、串口线。

●软件：

PC机操作系统Win2000或WinXP、ARMADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。

四基础知识

1嵌入式开发平台

硬件平台是基于ARM体系结构，由北京博创兴业科技有限公司开发的UP-NetARM3000和UP-NetARM2410-S实验仪器。

UP-NetARM3000的CPU为ARM7TDMI内核的三星S3C44B0X01芯片，由于没有MMU（内存管理单元）只能运行uClinux，UP-NetARM2410-S的CPU为ARM920T内核的三星S3c2410芯片，由于有MMU可以运行标准的ARM-LINUX内核，本实验室配备的实验开发平台就是UP-NetARM2410-S。

现对实验平台做个简要介绍，其硬件配置资源如表1所示：

表1UP-NetARM2410-S的硬件配置

配置名称

型号

说明

CPU

ARM920T结构芯片三星S3c2410X

工作频率203MHz

FLASH

SAMSUNGK9F1208

64MNAND

SDRAM

HY57V561620AT－H

32M×2=64M

EtherNet网卡

AX88796

两片，10/100M自适应

LCD

LQ080V3DG01

8寸16bitTFT

触摸屏

SX-080-W4R-FB

FM7843驱动

LED

ZLG7290

四个共阴极LED

USB接口

4个HOST/1个DEVICE

由AT43301构成USBHUB

UART/IrDA

2个RS232，1个RS485，1个IrDA

从处理器的UART2引出

AD

由S3C2410芯片引出

3个电位器控制输入

AUDIO

IIS总线，UDA1341芯片

44.1KHz音频

扩展卡插槽

168PinEXPORT

总线直接扩展

GPS_GPRS扩展板

SIMCOM的SIM100-E模块

支持双道语音通信

IDE/CF卡插座

笔记本硬盘，CF卡

PCMCIA和SD卡插座

PCMCIA型号为DWL-650

PS2

PC键盘和鼠标

由ATMEGA8单片机控制

IC卡座

AT24CXX系列

由ATMEGA8单片机控制

DC/STEP电机

DC由PWM控制，STEP由74HC573控制

CANBUS

由MCP2510和TJA1050构成

DoubleDA

MAX504

两个10位DAC端口

调试接口

JTAG

14针、20针

UP-NetARM2410-S实验开发平台的外观图如图1所示：

图1UP-NetARM2410-S

该实验平台的各模块功能如图2所示：

图2UP-NetARM2410-S

与微机连接示意图：

图3UP-NetARM2410-S的连接示意图

该硬件平台的基本架构如图4所示：

图4UP-NetARM2410-S的架构示意图

（1）核心板

●CPU:

ARM920T结构芯片，工作频率202MHz，SAMSUNG公司的S3c2410X

●FLASH:

64MNAND型，SAMSUNG的K9F1208

●RAM：

64MBSDRAM，HY57V561620AT－H

●200管脚精密插座

图5UP-NetARM2410-S的核心板

S3c2410芯片介绍：

S3c2410X芯片集成了大量的功能单元，包括：

1）．内部1.8V，存储器3.3V，外部IO3.3V，16KB数据CACH，16KB指令CACH，MMU；

2）．内置外部存储器控制器（SDRAM控制和芯片选择逻辑）；

3）．LCD控制器（最高4K色STN和256K彩色TFT），一个LCD专用DMA；

4）．4路带外部请求线的DMA；

5）．三个通用异步串行端口（IrDA1.0,16-ByteTxFIFO,and16-ByteRxFIFO）,2通道SPI；

6）．一个多主IIC总线，一个IIS总线控制器；

7）．SD主接口版本1.0和多媒体卡协议版本2.11兼容；

8）．2个USBHOST，一个USBDEVICE（VER1.1）；

9）．4个PWM定时器和一个内部定时器；

10）．看门狗定时器；

11）．117个通用IO；

12）．24个外部中断；

13）．电源控制模式：

标准、慢速、休眠、掉电；

14）．8通道10位ADC和触摸屏接口；

15）．带日历功能的实时时钟；

16）．芯片内置PLL；

17）．设计用于手持设备和通用嵌入式系统；

18）．16／32位RISC体系结构，使用ARM920TCPU核的强大指令集；

19）．ARM带MMU的先进的体系结构支持WINCE、EPOC32、LINUX；

20）．指令缓存（cache）、数据缓存、写缓冲和物理地址TAGRAM，减小了对主存储器带宽和性能的影响；

21）．ARM920TCPU核支持ARM调试的体系结构；

22）．内部先进的位控制器总线（AMBA2.0,AHB/APB）.

图6S3c2410X芯片

芯片封装如下图所示：

图7FBGA封装

（2）主板

●USB口:

包括一个USBDevice接口和4个USBHost接口。

前者直接来自处理器,后者是处理器的Host接口经过由AT43301构成的USBHUB电路扩展出来的4个Host接口；

●jtag调试口：

20针标准口，14针简易口；

●AUDIO:

44.1KHz音频,采用UDA1341芯片构成，可放音和录音,通过IIS总线连接到处理器,具有功放电路驱动喇叭，板载MIC和音频IO插座；

●2410-S平台上通过一片ATMEGA8单片机作为控制器，驱动PS2接口、IC卡接口和板载KEYPAD。

ATMEGA8单片机通过IIC总线和ARM处理器连接；

●LED：

四个共阴极LED，由通过IIC总线扩展连接的ZLG7290控制;

●AD:

3个电位器控制输入，8个通道经过跳线设置可全部作为外部模拟电压输入,由S3C2410芯片管脚引出；

●DC/STEP电机：

直流电机信号来自PWM输出，步进电机信号来自EXIO扩展，EXIO扩展电路由74HC573构成，分配专用地址段，和IDE接口在同一BANK;

●IDE/CF卡插座：

类似于计算机主板上一个IDE接口上的主从两个IDE设备一样，IDE接口直接出自扩展总线，由软件完成驱动控制;

●SD卡插座：

直接来自s3c2410的SD控制器；

●CAN总线：

由控制器MCP2510和驱动器TJA1050构成，SPI总线接口；

●DA电路：

由两片MAX504组成，提供两路10bit数模转换输出，也是SPI总线接口；

●串口：

包括两个RS232接口，处理器的UART0和UART1经过MAX3232芯片电压转换后用DB9插座输出；

●168Pin的扩展插座：

该插座和计算机的内存条插座规格一致，用户可以据此设计合适的扩展板。

扩展槽上包含扩展总线的所有信号，可复用的系统资源以及开发平台尚未使用的空置资源。

●以太网卡：

包括两个相同的网卡电路，芯片型号AX88796，10M/100M自适应。

●LCD：

8寸16bitTFT，640X480分辨率，型号是LQ080V3DG01.S3C2410处理器内含LCD控制器，这使得LCD部分的电路非常简单，LCD控制器的信号线经过驱动电路后即可连接LCD模块；

●触摸屏：

采用ADS7843完成AD转换，通过SPI总线和处理器接口。

同样为了兼容性，平台上设计了多个触摸屏接插位置，并保留了依靠2410CPUAD单元的另一套触摸屏接口方案。

（3）显示装置

●LCD：

8寸16bitTFT，640X480分辨率，型号是LQ080V3DG01.S3C2410处理器内含LCD控制器，这使得LCD部分的电路非常简单，LCD控制器的信号线经过驱动电路后即可连接LCD模块；

●触摸屏：

采用ADS7843完成AD转换，通过SPI总线和处理器接口。

同样为了兼容性，平台上设计了多个触摸屏接插位置，并保留了依靠2410CPUAD单元的另一套触摸屏接口方案。

2嵌入式系统开发流程

图8嵌入式系统开发框架

五实验过程

1超级终端的建立

思考：

建立超级终端的目的是什么？

（1）、运行Windows系统下的超级终端（HyperTerminal）应用程序，新建一个通信终端（请见图9）。

如图10所示，如果要求输入区号、电话号码等信息请随意输入；出现如图11所示对话框时，为所建超级终端取名为arm（也可以选择其它的名字），可以为其选一个图标，单击“确定”按钮。

请大家注意：

在windowsxp操作系统下，当初次建立超级终端的时候，会出现如下对话框：

图9可能的选择

图10创建超级终端

图11创建超级终端

（2）、在接下来的对话框中选择ARM开发平台实际连接的PC机串口（如COM1）如图12所示，按确定后出现如图13所示的属性对话框，设置通信的格式和协议。

这里波特率为115200，数据位8，无奇偶校验，停止位1，无数据流控制。

按确定完成设置。

图12创建超级终端

图13创建超级终端

（3）、完成新建超级终端的设置以后，可以选择超级终端文件菜单中的保存，将当前设置保存为一个特定超级终端到桌面上，以备后用。

用串口线将PC机串口和平台UART0正确连接后，就可以在超级终端上看到程序输出的信息了

2JTAG安装过程

JTAG（JointTestActionGroup;联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。

现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。

标准的JTAG接口是4线：

TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。

JTAG最初是用来对芯片进行测试的，基本原理是在器件内部定义一个TAP（TestAccessPort;测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。

JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。

现在，JTAG接口还常用于实现ISP（In-SystemProgrammable;在线编程），对FLASH等器件进行编程。

JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程实现再装到板上因此而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。

JTAG接口可对PSD芯片内部的所有部件进行编程.在本实验将要利用JTAG多加载引导程序vivi进行烧写，所以必须安装其驱动。

具体步骤如下：

图14创建超级终端

（1）连接电源，将5V电源线的连到UP-NETARM2410-S的电源接口;连接串口线，一端连接PC的串口，另一端连接到UP-NETARM2410-S的串口（上面的）；

（2）把并口线插到pc机的并口，并把并口与JTAG相连，JTAG与开发板的14针JTAG口相连，打开2410－S电源.

（3）把整个GIVEIO目录拷贝到C:

\WINDOWS下，并把该目录下的giveio.sys文件拷贝到c:

/windows/system32/drivers下。

（4）在控制面板里，选添加硬件>下一步>选－是我已经连接了此硬件>下一步>选中－添加新的硬件设备>下一步>选中安装我手动从列表选择的硬件>下一步>选择－显示所有设备>选择－从磁盘安装-浏览，指定驱动为C:

\WINDOWS\GIVEIO\giveio.inf文件，点击确定，安装好驱动。

3利用JTAG烧写vivi

Bootloader（引导装载器）是用于初始化目标板硬件，给嵌入式操作系统提供板上硬件资源信息，并进一步装载、引导嵌入式操作系统运行的固件。

简单地说，bootloader就是在操作系统内核运行前运行地一段小程序。

通过这段小程序，我们可以初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用。

在嵌入式系统开发过程中，Bootloader的编写往往是设计的主要难点。

目前，Bootloader的开发通常都是基于一些开源的Bootloader（如vivi、U－Boot、Blob、ARMBoot、RedBoot等）而设计，它们在设计思路上有许多相通之处。

vivi是当前比较流行的，专门针对ARM9处理器而设计的一款Bootloader，它操作简便，同时提供了完备的命令体系。

vivi是由韩国Mizi公司开发的一种Bootloader，适合于ARM9处理器，支持S3C2410x处理器，其源代码可以在网站下载。

和所有的Bootloader一样，vivi有两种工作模式，即启动加载模式和下载模式。

当vivi处于下载模式时，它为用户提供一个命令行接口，通过该接口能使用vivi提供的一些命令集。

下面利用JTAG烧写vivi的具体步骤（同时见图13－图：

在d盘新建一目录bootloader，把sjf2410-s和要烧写的vivi拷贝到该目录下，在程序－附件－msdos下，进入该目录，运行sjf2410-s命令如下：

sjf2410-s/f:

vivi。

在此后出现的三次要求输入参数，第一次是让选择Flash，选0；第二次是选择jtag对flash的两种功能，也选0；第三次是让选择起始地址，选0;此后就等待大约3－5分钟的烧写时间，当VIVI烧写完毕后选择参数2，退出烧写。

图15烧写vivi

图16烧写vivi

图17烧写vivi

4映象文件（image）下载

（1）关闭2410－S电源，拔出JTAG；打开超级终端，先按住PC机“Space”键，然后启动2410－S电源，进入vivi>

图18image下载

（2）按照以下命令重新分区：

vivi>bonpart0128k192k1216k4288k:

m64704k（64Mflash1208）

图19image下载

回车后，超级终端会出现如下分区信息，并检查是否有坏的块。

图20image下载

（3）耐心等待片刻，等检查完flash内是否有坏块后，会在超级终端出现提示符，如下图所示。

图21image下载

（4）在提示符号下输入：

partsave,回车保存好分区.

图22image下载

（5）在vivi>后键入loadflashvivix回车，点击超级终端“传送”下拉菜单，选择”发送文件”，把引导程序vivi下载到vivi分区，保证系统掉电后还能再引导。

图23image下载

图24image下载

图25image下载

（6）在vivi>后键入loadflashucosx然后回车。

图26image下载

（7）然后打开超级终端上方的“传送”菜单并选择发送文件，如图27所示，点击浏览按键，查找并进入到编译生成的映象文件夹下，打开system.bin.然后在发送文件对话框中的协议栏选择Xmodem，最后选择发送。

图27image下载

（8）发送结束后，映象文件即下载到flash中，然后，如图28键入bootucos命令再回车即可运行该镜像image程序。

（请大家观察LCD或者听歌）

图28image下载

（9）摁键盘“Space”键，然后摁一下2410-s上的复位按钮，重新启动，按照（6）、（7）的方法下载另外一个image文件执行。

（10）关掉2410-s的电源，摁键盘“Space”键，然后开2410-s的电源，看vivi能否启动？

问题思考：

①、重作3和4（4中略去（5）步），看会出现什么情况？

这是为什么呢？

②、作3和4中的

（1），然后键入：

help，并回车，了解bootloader程序vivi的命令。

以理解本实验操作意义。

③、本实验用的image文件是什么呢？

它是怎么产生的呢？

5额外实验

（1）把实验用的ARM程序“Exp11绘图的API函数”放在D盘，打开该目录，观察其有哪些文件夹和文件。

其中，Exp11为工程文件。

图29image生成

（2）如果PC机安装了ARM集成开发环境ADS1.2，那么双击工程文Exp11就会打开该工程（Project）,如图30所示。

其中生成目标Release生成的映象文件不包括调试信息；生成目标Debug生成的映象文件包括了所有的调试信息。

点击菜单“Project”下的“make”选项，便生成了工程项目

图30image生成

图31image生成

（3）在文件夹Exp11_data下的Release和Debug目录就可以分别找到包含调试信息和包含调试信息的映像文件system.bin。

大家可以尝试把映像文件通过超级终端下载到目标机上执行。

图32image生成

图33image生成

图34image生成

六进一步阅读

具体ADS1.2的用法请参考在线帮助文档与《ARM体系结构与编程》第13章。

由于我们实验箱用的是S3C2410芯片，请大家查阅其Datasheet了解这款具体芯片的组成。