嵌入式系统与应用实验指导08.docx
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嵌入式系统与应用实验指导08
《嵌入式系统原理及应用》
实验指导书
适用专业:
电气、测控等
课程代码:
8413841
总学时:
48总学分:
3
编写单位:
电气信息学院
编写人:
王平
审核人:
审批人:
批准时间:
年月日
目录
实验一ADS1.2集成开发环境练习4
实验二汇编调用实验与Bootloader下载11
实验三、μC/OS-II移植实验14
实验四、步进电机控制实验17
实验一ADS1.2集成开发环境练习
一、实验目的和任务
了解ADS1.2集成开发环境的使用方法。
建立一个新的工程；建立一个汇编源文件，并添加到工程中；设置文本编辑器支持中文；设置编译链接控制选项；编译链接工程；调试工程。
二、实验设备
装有ADS1.2集成开发环境的PC机
三、实验步骤
1．ADS环境练习。
（1）在D:
\新建一个目录，目录名为experiment。
（2）启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择【File】->【New…】，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程，名称为ADS，目录为D:
\experiment。
（3）选择【File】->【New…】建立一个新的文件TEST1.S，设置直接添加到项目中。
输入如程序代码，并保存，此时在工程窗口中可以看到TEST1.S文件。
（4）选择【Edit】->【Perferences…】，在Font选项设置字体是Fixedsys，Script是CHINESE。
（5）选择【Edit】->【DebugRelSettings…】，在DebugRelSettings对话框的左边选择ARMLinker项，设置链接地址。
（6）选择【Project】->【Make】，或者按下快捷键F7，将编译链接整个工程。
（7）选择【Project】->【Debug】，或者按下快捷键F5。
IDE环境就会启动AXD调试软件，接着可以执行单步、全速运行调试。
注意：
本实验使用软件仿真，所以要在AXD中选择【Options】->【ConfigureTarget…】菜单，然后在ChooseTarget窗口中选用ARMUL软件仿真。
2．ADS1.2操作实例一：
汇编指令实验
使用LDR指令读取0x40003100上的数据，将数据加1，若结果小于10则使用STR指令把结果写回原地址，若结果大于等于10，则把0写回原地址……周而复此循环；
使用ADS1.2软件仿真，单步、全速运行程序，设置断点，打开寄存器窗口（ProcessorRegisters）监视R0、R1的值，打开存储器观察窗口（Memory）监视0x40003100上的值。
（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程Instruction1。
（2）建立汇编源文件TEST2.S，编写实验程序，然后添加到工程中。
（3）设置工程链接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。
（4）编译链接工程，选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。
（5）打开寄存器窗口（ProcessorRegisters），选择Current项监视各寄存器的值。
（6）打开存储器观察窗口（Memory）设置观察地址为0x40003100。
（7）单步运行程序，可以设置/取消断点，或者全速运行程序，停止程序运行，调试时观察寄存器和0x40003100地址上的值。
参考程序：
3．ADS1.2操作实例二：
C语言程序实验
编写一个汇编程序文件Startup.S和一个C程序文件Test.c。
汇编程序的功能是初始化堆栈指针和初始化C程序的运行环境，然后调跳转到C程序运行，这就是一个简单的启动程序。
C程序使用加法运算来计算1+2+3+...+（N-1）+N的值（N>0）。
（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程ProgramC。
（2）建立源文件Startup.S和Test.c，编写实验程序，然后添加到工程中。
（3）设置工程链接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。
（4）设置位于开始位置的起始代码段为Startup.o的代码段。
（5）编译链接工程，选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。
（6）在Startup.S的跳转到C程序入口的代码处设置断点，然后全速动行程序。
（7）程序在断点处停止。
单步运行程序，判断程序是否跳转到C程序中运行。
参考程序：
汇编启动代码：
Startup.s
C语言实验参考程序：
Test.c
四、实验结果与分析
1．ADS中如何实现程序由汇编到C语言的跳转？
2．如何在AXD中观察存储器的内容，如何实现对寄存器的监视？
3．本实验的汇编程序中使用了哪几种寻址方式？
实验二汇编调用实验与Bootloader下载
一、实验目的和任务
学习掌握在C程序调用汇编子程序的方法，本实验实现由C程序调用利用汇编语言实现两个整数的加法运算。
实现将Bootloader下载到SST39VF1601。
二、实验原理
在C程序调用汇编子程序，
三、实验仪器设备
装有ADS的PC机，ARM2410教学实验系统，EasyJTAG-H仿真器。
四、实验步骤
1．在C程序调用汇编子程序，实现两个整数的加法运算。
汇编子程序的原型为：
uint32Add（uint32x,uint32y），其中uint32已定义为unsignedint。
（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程ProgramC1。
（2）建立源文件Startup.S、Add.S和Test.c，编写实验程序，然后添加到工程中。
（3）设置工程链接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。
（4）设置工程链接选项，位于开始位置的起始代码段设置为Startup.o的代码段。
（5）编译链接工程，选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。
（6）在Test.c文件中的调用Add（）的代码处设置断点，然后全速动行程序。
（7）程序在断点处停止。
使用SetpIn单步运行程序，观察程序是否转到汇编程序Add.S。
（8）单步/全速运行程序，判断程序的运算结果是否正确。
程序清单：
C语言调用汇编程序实验参考程序：
Test.c
#defineuint8unsignedchar
#defineuint32unsignedint
externuint32Add（uint32x,uint32y）;
uint32sum;
//调用汇编程序Add实现加法运算
voidMain（void）
{sum=Add（555,168）;
while
（1）;
}
汇编加法函数代码:
Add.S
;加法函数，原型为uint32Add（uint32x,uint32y）。
EXPORTAdd
AREAAddC,CODE,READONLY;声明代码段AddC
ENTRY;标识程序入口
CODE32;声明32位ARM指令
AddADDR0,R0,R1;输入参数x为R0，y为R1
MOVPC,LR;返回值为R0
END
2．下载Bootloader
使用EasyJTAG-H将ZLG/BOOT下载到SST39VF1601中。
需要ADS1.2软件、基于ADS的WR_NORFLASH.mcp工程、H-JTAG软件和EasyJTAG-H仿真器。
跳线设置：
断开BOOT-SEL跳线JP8，短接蜂鸣器跳线JP9。
将EasyJTAG-H和实验箱相连，运行H-JTAG，打开WR_NORFLASH.mcp工程，打开StartUP.s，文件，将下面的代码添加进文件中“ResetInit”函数相应位置。
ResetInit
BLInitStack;初始化堆栈
BLTargetBusInit;总线系统初始化（函数中不允许堆栈操作）
BLTargetResetInit;针对目标板的系统初始化
MRCp15,0,R1,c1,c0,0;（MMU设置，异步总线模式）读控制寄存器
ORRR1,R1,#0xC0000000;当HDIVN=1时操作有效
MRCp15,0,R1,c1,c0,0
B__main;跳转到c语言入口
B.;如果main返回，则死循环
;/*包含要烧写的bin文件*/
EXPORTFLASH_FUNCTION
EXPORTFLASH_FUNCTION_END
FLASH_FUNCTION
INCBINflash.bin
FLASH_FUNCTION_END
选择DebugRel生成目标，进入AXD调试环境。
在语句while
（1）处设置断点，然后全速运行程序，或者将光标放置在while
（1）处后运行到此处。
程序停止后，如果蜂鸣器鸣叫一声则表示已经正确将ZLG/BOOT下载到SST39VF1601中，然后后将实验箱断电即可；如果蜂鸣器连续鸣叫则表示下载出错，需要重新下载。
下载完毕，将EasyJTAG-H拔掉，以便启动系统。
2启动ZLG/BOOT
设置串口终端（115200-8-N-1，无流控制）。
将PC串口和实验箱右侧的UART0相连，然后启动实验箱，将会得到如图所示的ZLG/BOOT启动界面。
五、实验结果与分析
1．如何实现在C程序中调用汇编？
2．下载Bootloader有哪些步骤？
实验三、μC/OS-II移植实验
一、实验目的和任务
掌握将μC/OS-II操作系统移植到ARM9处理器的方法。
了解μC/OS-II操作系统的基本原理和移植条件。
学习移植μC/OS-II操作系统到ARM9处理器，然后编写一个简单的多任务应用程序，实现LED流水灯控制。
二、实验设备
装有ADS1.2集成开发环境的PC机、MagicARM2410教学实验开发平台
三、实验原理
●μC/OS-II概述
μC/OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核。
µC/OS-II是用ANSIC语言编写，包含一小部分汇编代码，使之可以供不同架构的微处理器使用。
µC/OS-II可以管理64个任务，具有信号量、互斥信号量、事件标志组、消息邮箱、消息队列、任务管理、时间管理和内存块管理等系统功能。
●μC/OS-II软件体系结构
如图3.1所示，由图可以看出，μC/OS-II包括以下3个部分：
（1）μC/OS-II核心代码：
包括10个C程序文件和1个头文件，主要实现了系统调度、任务管理、内存管理、信号量、消息邮箱和消息队列等系统功能。
此部分的代码与处理器无关。
（2）μC/OS-II配置代码：
包括2个头文件，用于裁剪和配置μC/OS-II。
此部分的代码与用户实际应用相关。
（3）μC/OS-II移植代码：
包括1个汇编文件、1个C程序文件和1个头文件，这是移植
μC/OS-II所需要的代码。
此部分的代码与处理器相关。
●μC/OS-II移植条件
移植μC/OS-II之前需要注意，目标处理器必须满足以下几点要求：
（1）处理器的C编译器能产生可重入型代码；
（2）处理器支持中断，并且能产生定时中断；
（3）用C语言就可以开/关中断；
（4）处理器有将堆栈指针以及其它CPU寄存器的内容读出，并保存到堆栈或内存中去的指令。
S3C2410A微控制器可以满足第2、4和5点要求，使用ADS1.2的C编译器可以满足第1、3点要求。
●μC/OS-II移植步骤：
（1）OS_CPU.H的移植
在OS_CPU.H文件中定义与处理器相关（实际上是与编译器相关）的数据类型，如BOOLEAN、INT8U、INT8S等等。
在OS_CPU.H文件中定义与处理器相关的宏，主要是进入临界区的OS_ENTER_CRITICAL和退出临界区的OS_EXIT_CRITICAL，所以还要编写相应的软件中断处理代码（可以在OS_CPU_C.C文件中编写）实现开/关中断。
同样定义OS_TASK_SW（）为软件中断函数，并编写有相应的软件中断处理代码（调用OSIntCtxSw函数）实现任务切换。
（2）OS_CPU_C.C的移植
在OS_CPU_C.C文件中，需要编写以下10个简单的C函数：
OSTaskStkInit（）；OSTaskCreateHook（）；OSTaskDelHook（）；OSTaskSwHook（）；OSTaskIdleHook（）；OSTaskStatHook（）；OSTaskTickHook（）；
OSInitHookBegin（）；OSInitHookEnd（）；OSTCBInitHook（）。
其中，9个系统Hook函数可以为空函数，也可以根据用户自己的需要编写相应的操作代码。
任务栈结构初始化函数OSTaskStkInit，必须根据移植时统一定义的任务堆栈结构进行初始化。
（3）OS_CPU_A.S的移植
由于ADS1.2编译器默认汇编文件后缀名为“S”，所以移植代码OS_CPU_A.ASM改名为OS_CPU_A.S。
在OS_CPU_A.S文件中，需要编写以下4个简单的汇编语言函数：
OSStartHighRdy（）；OSCtxSw（）；OSIntCtxSw（）；OSTickISR（）。
其中，函数OSCtxSw不是必须的，但必须要定义好函数OS_TASK_SW（在OS_CPU.H中声明），以实现任务级任务切换。
（3）OS_CPU_A.S的移植
在ISR中切换任务时会调用OSIntCtxSw函数。
启动µC/OS-II是通过调用OSStart（）实现，OSStart（）最终调用函数OSStartHighRdy（）运行多任务启动前优先级最高的任务。
函数OSTickISR为系统时钟节拍中断函数，这需要使用到处理器的定时器和定时中断。
为了达到集中地初始化硬件（定时器、中断和I/O等）的目的，此函数可以在用户工程的起动代码文件中实现。
四、实验步骤
（1）为ADS1.2增加DeviceARM2410专用工程模板（若已增加过，此步省略）。
（2）连接EasyJTAG-H仿真器和MagicARM2410实验箱，然后安装EasyJTAG-H仿真器（若已经安装过，此步省略），短接蜂鸣器跳线JP9。
（3）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforDeviceARM2410（uCOSII）工程模板建立一个工程Demo_uCOSII。
（本范例在ADS文件夹中操作）
（4）在ADS文件夹中新建arm、Arm_Pc、SOURCE文件夹。
将μC/OS2.52源代码添加到SOURCE文件夹，将移植代码添加到arm文件夹，将移植的PC服务代码添加到Arm_Pc文件夹。
（移植代码、μC/OS2.52源代码可以从实验附件获得）
（5）在src组中的main.c中编写主程序代码。
（6）根据程序设计来更改Os_cfg.h文件，配置μC/OS-II操作系统。
（对于本实验，μC/OS-II的配置使用模板默认设置即可）
（7）选用DebugRel生成目标，然后编译链接工程。
（8）将MagicARM2410实验箱上的蜂鸣器跳线JP9短接，将启动方式选择跳线JP8短接，然后按RST键复位系统。
（9）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。
（10）全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止（因为main函数起始处默认设置有断点）。
（11）单击ContextVariable图标按钮（或者选择【ProcessorViews】->【Variables】）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。
（12）可以单步运行程序，可以设置/取消断点，或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器及LED1～LED4的控制是否正确。
五、实验结果与分析
1．移植μC/OS-II需要编写哪些函数？
2．移植μC/OS-II需要哪些条件？
实验四、步进电机控制实验
一、实验目的和任务
了解步进电机的控制原理，掌握电机转动控制和调速方法。
通过4个GPIO输出有序的矩形脉冲，控制ULN2003驱动四相步进电机实现正转，调速的功能；控制的方法采用双四拍（AB―BC―CD―DA―AB）；
二、实验设备
装有ADS1.2集成开发环境的PC机、MagicARM2410教学实验开发平台
三、实验原理
步进电机是一种将电脉转换为角位移的数据控制电机，即给它一个脉冲信号，它就按设定的方向转动一个固定的角度。
用户可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而实现准确的定位操作；另外，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
当然，对于步进电机各相绕组（即内部线圈）的控制脉冲要有一定的顺序，否则电机无法正常旋转；
MagicARM2410实验箱上的步进电机为四相步进电机，电机步距角为18度。
S3C2410A的GPIO驱动能力有限，必须通过ULN2003达林顿集成驱动芯片驱动步进电机，在步进电机和驱动电路之间连接了电阻，防止控制紊乱造成电机的损坏；
四、实验步骤
（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforDeviceARM2410工程模板建立一个工程StepMoto。
（2）在工程src组中的main.c中编写实验代码。
（3）选用DebugRel生成目标，然后编译链接工程。
（4）将MagicARM2410实验箱上的步进电机控制电路的电源跳线JP5短接，将步进电机控制口跳线JP6短接。
（5）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。
（6）全速运行程序，观察步进电机转动方向及速度。
（7）改变控制步序延时参数，观察步进电机转动的速度。
程序清单：
main.c
/****************************************
--------------FileInfo-------------------------------------------------------------------------------
**FileName:
main.c
**Description:
MagicARM2410实验箱的基础实验---步进电机控制实验。
**使用GPIO控制步进电机转动，采用双四拍控制方式。
**----------------------------------------------------------------------------------------------------
********************************************************************************************************/
#include"config.h"
//步进电机控制口线及操作宏函数定义
#defineMOTOA（1<<5）/*GPC5*/
#defineMOTOB（1<<6）/*GPC6*/
#defineMOTOC（1<<7）/*GPC7*/
#defineMOTOD（1<<0）/*GPC0*/
#defineGPIOSET（PIN）rGPCDAT=rGPCDAT|PIN/*设置PIN输出1，PIN为MOTOA--MOTOD*/
#defineGPIOCLR（PIN）rGPCDAT=rGPCDAT&（~PIN）/*设置PIN输出0，PIN为MOTOA--MOTOD*/
/*********************************************************************************************************
**Functionname:
DelayNS
**Descriptions:
长软件延时。
**延时时间与系统时钟有关。
**Input:
dly延时参数，值越大，延时越久
**Output:
无
********************************************************************************************************/
voidDelayNS（uint32dly）
{
uint32i;
for（;dly>0;dly--）
for（i=0;i<50000;i++）;
}
/*********************************************************************************************************
**Functionname:
MOTO_Mode2（）
**Descriptions:
步进电机双四拍程序。
**时序控制为AB--BC--CD--DA--AB，共控制运转4圈（电机步距角为18度）。
**Input:
dly每一步的延时控制。
值越大，延时越久
**Output:
无
********************************************************************************************************/
voidMOTO_Mode2（uint8dly）
{
uint32i;
for（i=0;i<20;i++）
{
//AB相有效
GPIOSET（MOTOA）;
GPIOSET（MOTOB）;
DelayNS（dly）;
GPIOCLR（MOTOA）;
GPIOCLR（MOTOB）;
//BC相有效
GPIOSET（MOTOB）;
GPIOSET（MOTOC）;
DelayNS（dly）;
GPIOCLR（MOTOB）;
GPIOCLR（MOTOC）;
//CD相有效
GPIOSET（MOTOC）;
GPIOSET（MOTOD）;
DelayNS（dly
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