ARM嵌入式系统实验报告1.docx

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ARM嵌入式系统实验报告1

郑州航空工业管理学院

嵌入式系统实验报告

2013–2014第2学期

赵成，张克新

院　　系：

　电子通信工程系

姓　　名：

　　　周振宇　　　

专　　业：

　　物联网工程　　

学　　号：

　　121309140

电子通信工程系

2014年3月制

实验一　ARM体系结构与编程方法

一、实验目的

　　了解ARM9S3C2410A嵌入式微处理器芯片的体系结构，熟悉ARM微处理器的工作模式、指令状态、寄存器组及异常中断的概念，掌握ARM指令系统，能在ADS1.2IDE中进行ARM汇编语言程序设计。

二、实验内容

1．ADS1.2IDE的安装、环境配置及工程项目的建立；

2．ARM汇编语言程序设计（参考附录A）：

（1）两个寄存器值相加；

（2）LDR、STR指令操作；

（3）使用多寄存器传送指令进行数据复制；

（4）使用查表法实现程序跳转；

（5）使用BX指令切换处理器状态；

（6）微处理器工作模式切换；

三、预备知识

　　了解ARM嵌入式微处理器芯片的体系结构及指令体系；熟悉汇编语言及可编程微处理器的程序设计方法。

四、实验设备

1.硬件环境配置

计算机：

Intel（R）Pentium（R）及以上；

内存：

1GB及以上；

实验设备：

UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台，J-LinkV8仿真器；

2.软件环境配置

操作系统：

MicrosoftWindowsXPProfessionalServicePack2；

集成开发环境：

ARMDeveloperSuite（ADS）1.2。

五、实验分析

1．安装的ADS1.2IDE中包括CodeWarrior和AXDDubugger两个软件组件。

在ADS1.2中建立ARMExecutableImage（ARM可执行映像）类型的工程，工程目标配置为Debug；接着，还需要对工程进行目标设置、语言设置及链接器设置；最后，配置仿真环境为ARMUL仿真方式。

2．写出ARM汇编语言的最简程序结构，然后在代码段中实现两个寄存器值的加法运算，给出运算部分相应指令的注释。

;文件名：

111307326.s

AREAXTF,CODE,READONLY

ENTRY

CODE32

SARTMOVR1,#1

MOVR2,#2

ADDR0,R1,R2

HALTBHALT

END

声明代码段XTF

标识程序入口

声明32位ARM指令

设置参数

R0<---R1+R2

死循环

结束程序段

3．列写出使用LDR、STR指令的汇编程序，并在关键语句后面给出相应的注释。

AREAXTF,CODE,READONLY;声明代码段XTF

ENTRY;标示程序入口

CODE32;声明32位ARM指令

STARTLDRR0,=1;加载数据

LDRR1,=2

LDRR3,=ADDR_1;载符号地址

ADDR2,R0,R1;R2<---R0+R1

STRR2,[R3];R2--->[R3]

;数据空间定义

AREAData_1,DATA,ALIGN=2

ADDR_1DCD0

END;结束

4．“使用多寄存器传送指令进行数据复制”汇编程序分析。

LDRR0,=SrcData;执行后，R0的值是标号SrcData的地址

LDRR1,=DstData;执行后，R1的值是标号DstDatad的地址

LDMIAR0,{R2-R9};LDMIA中的指令后缀IA表示IncreaseAfter,即 每次传送后地址加4，[R0]-->R2,[R0+4]-->R3,…,[R0+28]-->R9

STMIAR1,{R2-R9};执行后，程序实现的功能是[R1]<--R2,[R1+4]<--R3,

…,[R1+28]<--R9

5．在“使用查表法实现程序跳转”的汇编程序中，指令LDRPC,[PC,R2]采用的是什么寻址方式？

作为基址的寄存器PC的值是多少？

作为指令指针的PC又指向哪条指令？

这个指令与流水线执行的关系是什么？

（选做）

答：

1）基址加变址寻址；2）PC<----[PC+R2],即PC中存放的是当前PC值加上寄存器R2中的内容形成的有效地址中的操作数；3）对于ARM指令集,PC总是只想当前指令的下两条指令，即PC的值为当前指令的地址值加上8个字节（每条指令占4个字节）。

6．通过运行及观察“使用BX指令切换处理器状态”汇编程序实验，回答ARM指令与Thumb指令之间是如何实现状态切换的？

AXDDebugger调试环境中的哪个寄存器指示了ARM微处理器当前的指令状态？

同时，在程序中添加从Thumb指令切换到ARM指令的代码。

（选做）

答：

1）BX指令使用寄存器作为参数，当32位操作数寄存器的第0位的值为1时，执行BX指令后，ARM处理器从16位半字节对齐ARM指令状态切换到32位字对齐Thumb指令状态；当32位操作数寄存器的第0位为0时，ARM处理器从Thumb指令状态切换到32位ARM指令状态。

2）CPSR的value值为nzcvqIFt_SVC时为ARM32指令状态；为nzcvqIFT_SVC时为Thumb16指令状态

3）AREAXTF,CODE,READONLY;声明代码段XTF

ENTRY;标识程序入口

CODE32;声明32位ARM指令

SARTMOVR1,#1;设置参数

MOVR2,#2

ADDR0,R1,R2;R0<---R1+R2

;HALTBHALT

LDRR3,=Into_Thumb+1;将Into_Thumb地址值加1，再赋给R3

;产生跳转地址并且设置最低位

BXR3;地址值位0为1，将进入THUMB状态

;BranchExchange进入Thumb状态

CODE16;Thumb状态下的子函数，16位对齐

Into_Thumb

MOVR5,#3

MOVR6,#4

ADDR4,R5,R6

LDRR3,=Bach_to_ARM;将Back_to_ARM地址值赋给R3

;产生字对齐的跳转地址，最低位被清除，即bit0为0

BXR3

;BranchExchange返回到ARM状态，此时运行在ARM指令集环境里

CODE32;ARM状态下的子函数

Bach_to_ARM

MOVR8,#3

MOVR9,#4

ADDR7,R8,R9

END

7．观察“微处理器工作模式切换”程序的运行，按顺序写出ARM工作模式切换过程中依次出现的工作模式，同时，通过观察回答ARM微处理器是否能从用户模式切换到特权模式？

（选做）

答：

1）Usr（用户）Sys（系统）Fiq（快中断）Svc（管理）Abt（终止）Irq（中断）Und（未定义）

2）用户模式不能直接切换到其他处理模式（特权模式），特权模式可以自由切换到其他处理器模式。

程序：

AREAWork_mode_switch,CODE,READONLY;

ENTRY;入口

CODE32

;**************************************************

;now_in_svc_mode

;ARM处理器默认工作在SVC模式M=10011

;切换原理：

CPSR最低8位I、F、T、M位用作控制位，当异常出现时改变控位。

;其中，中断标志位I、F；指令状态标志T；工作模式位M[4:

0]

;通过软件控制模式位M即可控制ARM工作状态。

;************************************************

;into_Sys_mod

;系统模式下可运行具有特权的操作系统任务，与用户模式类似，但可以直接切换到其他模式。

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清除R0的后5位

ORRR0,R0,#0x1F;设定R0的最后5位为11111

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到系统模式

MOVR13,#1;对系统模式下的R13赋值（R0-R14）

;into_Fiq_mode

;用于高速数据传输或通道处理，Fiq异常响应时进入此模式

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清楚R0的后5位

ORRR0,R0,#0x11;设定R0的最后5位为10001

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到快中断模式

MOVR13,#2;对快中断模式下的R13赋值（R8-R14）

;into_Svc_mode

;操作系统使用的保护模式，系统复位和软件中断响应时进入此模式

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清楚R0的后5位

ORRR0,R0,#0x13;设定R0的最后5位为10011

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到管理模式

MOVR13,#3;对快管理模式下的特有缓冲器R13赋值（R13-R14）

;into_Abt_mode

;可用于虚拟存储及存储保护，当数据或指令预取终止时进入该模式

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清楚R0的后5位

ORRR0,R0,#0x17;设定R0的最后5位为10111

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到数据访问终止模式

MOVR13,#4;对快数据访问终止模式下的特有缓冲器R13赋值（R13-R14）

;into_Irq_mode

;用于通用的中断处理，Irq异常时进入此模式

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清楚R0的后5位

ORRR0,R0,#0x12;设定R0的最后5位为10010

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到外部中断模式

MOVR13,#5;对快外部中断模式下的特有缓冲器R13赋值（R13-R14）

;into_Und_mod

;可用于支持硬件协处理器的软件仿真，当未定义的指令执行时进入该模式

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清楚R0的后5位

ORRR0,R0,#0x1b;设定R0的最后5位为11011

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到未定义模式

MOVR13,#6;对未定义模式下的特有缓冲器R13赋值（R13-R14）

;into_Usr_mod

;正常程序工作模式，不能直接切换到其他模式，功能最弱。

MRSR0,CPSR;复制CPSR到R0

BICR0,R0,#0x1F;清楚R0的后5位

ORRR0,R0,#0x10;设定R0的最后5位为10000

MSRCPSR_c,R0;把R0装在到CPSR，切换到用户模式

MOVR13,#7;对未定义模式下的特有缓冲器R13赋值（R13-R14）

HALTBHALT

END

六、遇到的问题及解决方法

在ADS中编写汇编程序如下：

MAKE时提示下面的错误：

检查源程序，发现第一行AREA是关键字，且最后两行注释用的分号是中文状态输入，修改程序如下：

（徐腾飞）

实验二　VMWARE虚拟机与Linux环境的建立

一、实验目的

　　熟悉嵌入式系统开发环境的建立，掌握VMWARE-Linux环境的安装步骤；能够配置Samba服务、设置VMWARE虚拟机共享功能，学会Windows系统环境与Linux系统环境共享资源的基本方法。

二、实验内容

1．在Windows系统环境中安装VMWARE7.0虚拟机软件；

2．在VMWARE7.0虚拟机中安装LinuxRHELAS4操作系统；

3．设置VMWARE虚拟机提供的共享功能；

4．在Linux系统中建立Samba服务；

三、预备知识

　　了解VMWARE、VirtualBox、VirtualPC等虚拟机软件的相关知识；了解Linux操作系统的安装方法及基本操作方法。

四、实验设备

1.硬件环境配置

计算机：

Intel（R）Pentium（R）及以上

内存：

1GB及以上

实验设备：

UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台，J-LinkV8仿真器

2.软件环境配置

操作系统：

MicrosoftWindowsXPProfessionalServicePack2

虚拟机：

VMwareWorkStation7

Linux系统：

RedHatEnterpriseLinuxAS4（2.6.9-5.EL）

五、实验分析

1．查看实验设备中配备的PC机，将下列硬件型号填写正确：

●CPU型号：

AMDA4-3305MAPUwithRedeon（tm）HDGraphics

●内存大小：

6G

●硬盘空间：

500G

根据实验的实际操作，将下列软件版本号填写正确：

●VMWARE：

7.0.0build-203739

●Linux系统：

Redhat.Enterprise.Linux.Advanced.Server.4

●Windows系统：

Windows7Ultimate,64-bit6.1.7601,ServicePack1

2．在VMWARE软件中安装RHEL4虚拟机时，出现网络连接方式的设置界面，如下图，提供了四个选项：

桥接（bridgednetworking）、NAT（NetworkAddressTranslation）、host-only及无需连接。

应该选择哪种方式？

并解释其他方式的特点。

图设置网络连接方式

答：

选择NAT方式。

桥接：

将虚拟机视为与物理机在网络中处于同一地位的独立主机，可以实现虚拟机与主机，虚拟机与互联网的相互通信。

但主机与互联网的连接中断后，虚拟机与主机无法正常通信。

NAT：

虚拟机与主机中的虚拟网卡VMnet8同网段，以VMnet8作为网关，通过物理机访问外网。

可以实现主机与虚拟机相互通信，虚拟机单相访问外网。

Host-only：

虚拟机与VMnet1同网段。

可以与主机相互通信，但不能与外网相互访问。

3．根据在Linux系统中的实际操作方法，按实验步骤简要说明Samba服务的设置与测试过程。

答：

设置步骤：

先在Applications>SystemSettings>SecurityLeval内关闭Linux中的防火墙；然后在Applications>SystemSettings>SeverSettings>Smaba内添加共享文件路径，并设置共享文件属性；再接着Applications>SystemTools>NetworkDeviceControl>Configuren内设置etho的IP地址为192.168.1.160与VMnet8、物理机本地网络连接IP在同一网段；设置虚拟及连接方式为NAT。

测试：

物理机内打开“运行”窗口，输入\\192.168.1.160，弹出共享文件对话框，说明配置成功。

4．参考教材中的实践指导部分，在Linux系统环境中安装VMWARETools软件，观察安装过程中的交互提示。

安装成功后，系统给出了什么提示信息？

怎样从VMWARE的VM菜单中设置Windows-Linux共享功能？

答：

1）安装成功后出现“Enjoy”提示。

2）VM>Setting…>Options>SharedFolders>Add…>Next,选择物理机中的共享文件路径，确定，设置Alwaysenabled,点击OK。

六、遇到的问题及解决办法

答：

问题：

设置好本地静态IP地址后，能正常登陆QQ聊天工具，但无法用浏览器通过域名与互联网通信

解决方法：

仔细检查本地物理机连接配置，发现没有设置DNS服务器，正确设置DNS服务器后问题解决

实验三　LinuxRHELAS4开发基础

一、实验目的

熟悉Linux操作系统开发环境，掌握Linux操作系统中的基本操作命令；掌握Vi编辑器的使用；掌握GCC工具的使用；掌握make及Makefile文件的使用。

掌握建立嵌入式交叉编译环境的方法。

二、实验内容

1.在Linux操作系统中执行常用的文件命令、目录命令、多用户命令与安全性命令以及其它常用命令；

2.使用Vi编辑器建立一个hello.c源文件，并存放在指定目录中；

3.使用GCC工具编译hello.c源文件，并在计算机上执行得到的hello可执行程序；

4.使用Vi编辑器建立一个Makefile文件，存放在指定目录中。

使用make命令重新编译hello.c源文件；

5.建立嵌入式交叉编译环境；

6.使用嵌入式交叉编译工具重新编译hello.c源文件，并使用readelf命令查看得到的hello可执行程序的文件头信息；

三、预备知识

　　了解Linux操作系统的基本操作方法；了解嵌入式系统基本的开发方法。

四、实验设备

1.硬件环境配置

计算机：

Intel（R）Pentium（R）及以上

内存：

1GB及以上

实验设备：

UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台，J-LinkV8仿真器

2.软件环境配置

操作系统：

MicrosoftWindowsXPProfessionalServicePack2

虚拟机：

VMwareWorkStation7

Linux系统：

RedHatEnterpriseLinuxAS4（2.6.9-5.EL）

五、实验步骤

1．Shell指令练习

打开Terminal窗口，使用su指令切换到root用户，使用echo指令在屏幕上显示“Experiment1onmyARMCoursefromdztx,zzia.\nNow,GoGoGo!

”。

使用pwd指令查看当前路径，使用cd指令切换到/home目录下，再使用ls指令浏览该目录，使用mkdir指令在当前路径下建立zcnet目录及zzia目录，随即使用rmdir指令删除zzia目录。

将当前路径下的readme.txt使用cp指令复制到/home/zcnet目录中，然后，使用cd指令切换进入/home/zcnet目录中，使用ls指令查看readme.txt是否存在。

使用mv指令将readme.txt重命名为demo.txt，再使用cat指令查看，然后，使用rm指令将demo.txt删除。

使用who指令、finger指令查看当前用户的登陆信息，使用time指令、date指令显示系统的时间、日期。

将上面指令练习中用到的指令进行分类。

文件命令：

mkdir、rmdir、cp、cat、rm、mv

目录命令：

pwd、cd、ls、

多用户命令与安全性命令：

su、who、finger、

其它常用命令：

time、date

2．使用VI编辑器编写hello.c源代码，并存放在/home/zcnet目录中。

然后，使用GCC编译hello.c源代码，并在计算机上运行得到的相应可执行程序。

hello.c源代码

用到的相关操作指令

#include

intmain（）

{

printf（"Hello,thisisatest!

\n"）;

}

#cd/home/zcnet

#vihello.c

#gcc–ohellohello.c

#./hello

#readelf

#

3．使用VI编辑器编写编译上述hello.c的Makefile源代码，并存放在/home/zcnet目录中。

然后，使用make指令编译hello.c源代码，并在计算机上运行得到的相应可执行程序。

Makefile源代码

用到的相关操作指令

OBJS=hello.o

CC=gcc

CFLAGS=-Wall-O-g

NAME=hello

${NAME}:

${OBJS}

${CC}-o$@$^

clean:

rm-f*.o

#cd/home/zcnet

#vihello.c

#viMakefile

#make–fMakefile

#./hello

#readelf

4．用Shell指令依次列出实验中嵌入式交叉编译环境的建立步骤，并写出测试安装效果的指令。

使用嵌入式交叉编译工具重新编译hello.c源文件，并使用readelf命令查看得到的hello可执行程序的文件头信息。

使用chmod指令设置hello为可执行程序，在PC机上再次运行hello程序，观察执行情况，并给出相关的分析。

答：

1）

定义变量并解压：

[root@localhosthome]#arm=arm-linux-tools-20061213.tar.gz

[root@localhosthome]#tarxzvf$arm

配置环境变量并查看：

[root@localhosthome]#exportPATH=$PATH:

/home/sur/local/bin

[root@localhosthome]#echo$PATH

测试安装效果：

[root@localhosthome]#armv=arm-linux-gcc

[root@localhosthome]#$armv-v

2）

#cd/home/zcnet

#arm-linux-gcc–ohello–chello.c

#readelf

3）

执行命令：

#chmoda+xhello

#

#./hello

执行结果：

bash:

./hello:

cannotexecutebinaryfile

分析：

相同代码使用不同编译工具编译结果不同，适用的运行平台也不同。

arm-linux-gcc编译的结果适用于ARM平台。

故该编译结果不能在计算机上运行。

六、遇到的问题及