ARM嵌入式微处理器课程实验指导书 v20.docx

ARM嵌入式微处理器课程实验指导书 v20.docx

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ARM嵌入式微处理器课程实验指导书v20

《ARM嵌入式微处理器》课程实验指导书

实验学时：

34

实验类型：

验证性

实验要求：

必修

适用对象：

计算机专业、物联网专业

1.实验一：

ADS1.2集成开发环境实验2学时

一、实验目的

了解ADS1.2集成开发环境的使用方法，为后面仿真实验做好基础准备。

二、实验内容

1.建立一个新的工程。

2.建立一个C源文件，并添加到工程中。

3.设置文本编辑器支持中文。

4.设置编译链接控制选项。

5.编译链接工程。

6.调试工程。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真的方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择【File】->【New…】，使用ARMExecutable

Image工程模板建立一个工程，工程名称为ADS，见图1.1。

图1.1建立ARM指令代码的工程

（2）选择【File】->【New…】建立一个新的文件TEST1.S，设置直接添加到项目中，见图1.2。

输入如程序清单1.1所示的代码，并保存，见图1.3。

图1.2新建文件TEST1.S

图1.3添加了TEST1.S的工程管理窗口

程序清单1.1TEST1.S文件代码

（3）由于ADS安装以后默认字体是CourierNew，对于中文支持不完善，因此建议修改字体。

选择【Edit】->【Perferences…】，可以看见以下对话框，如图1.4所示。

在Font选项设置字体是Fixedsys，Script是CHINESE。

由于Tab在不同文本编辑器解释不同，建议在TabInsertsSpaces前打勾，使Tab键插入的是多个空格。

图1.4字体和Tab设置

（4）选择【Edit】->【DebugRelSettings…】，在DebugRelSettings对话框的左边选择ARMLinker项，然后在Output页设置链接地址（见图1.5），在Options页设置调试入口地址（见图1.6）。

图1.5工程链接地址设置

图1.6工程调试入口地址设置

（5）选择【Project】->【Make】，将编译链接整个工程。

如果编译成功，见图1.7，Errors&Warnings对话框会报告编译错误为0，那么就可以对工程进行仿真。

图1.7编译错误和警告对话框

（6）选择【Project】->【Debug】,或者按下快捷键F5。

IDE环境就会启动AXD调试软件，见图1.8。

断点调试方法：

首先设置断点，只需要在第6行灰色区域双击鼠标即可，如果出现红色实心圆点，那么表示断点设置成功，然后选择【Execute】->【Go】全速运行，可以发现程序停止在第6行。

还有一种比较方便的调试方法就是RuntoCursor，单击鼠标第8行灰色区域，如果AXD将第8行高亮就表示设置成功，然后选择【Execute】->【RuntoCursor】运行到光标，可以发现程序停止在第8行。

通过断点调试可以观察ARM寄存器数值变化，具体的操作方法在后面的实验会具体介绍。

图1.8AXD调试窗口

2.实验二：

汇编指令实验12学时

一、实验目的

（1）了解ADS1.2集成开发环境及ARMulator软件仿真。

（2）掌握ARM7TDMI汇编指令的用法，并能编写简单的汇编程序。

（3）掌握指令的条件执行和使用LDR/STR指令完成存储器的访问。

二、实验内容

（1）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。

然后再次读取0x40003100上的数据，将数据加1，判断结果是否小于10……周而复此循环。

（2）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。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（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。

（6）编译链接工程，选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。

（7）打开寄存器窗口（ProcessorRegisters），选择Current项监视R0、R1的值。

打开存储器观察窗口（Memory）设置观察地址为0x40003100，显示方式Size为32Bit，监视0x40003100地址上的值。

说明：

在Memory窗口中点击鼠标右键，Size项中可以选择显示格式为8Bit、16Bit或32Bit，如图2.1所示。

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，调试时观察寄存器和0x40003100地址上的值。

运行结果见图2.2。

图2.1Memory窗口显示格式设置

图2.2程序运行结果

（8）实验参考程序

程序清单2.1汇编指令实验1参考程序

3.实验三：

C语言调用汇编实验2学时

一、实验目的

掌握在C语言程序中调用汇编程序，了解ATPCS基本规则。

二、实验内容

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。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（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Start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）选择【ProcessorViews】->【Variables】）打开变量观察窗口，观察全局变量的值，单步/全速运行程序，判断程序的运算结果是否正确。

（5）实验参考程序

C语言调用汇编程序实验的参考程序见程序清单3.1。

汇编加法函数代码见程序清单3.2。

程序清单3.1C语言调用汇编程序实验参考程序

程序清单3.2汇编加法函数代码

4.实验四：

ARM微控制器工作模式实验2学时

一、实验目的

（1）掌握如何使用MRS/MSR指令实现ARM微控制器工作模式的切换。

（2）了解在各个工作模式下的寄存器。

二、实验内容

（1）使用MRS/MSR指令切换工作模式，并初始化各种模式下堆栈指针。

（2）观察ARM微控制器在各种模式下寄存器的区别

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程MODE。

（2）建立汇编源文件TEST7.S，编写实验程序，然后添加到工程中。

（3）设置工程连接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。

设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。

（4）编译连接工程，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）单步运行程序，注意观察CPSR、SPSR、R13（SP）、R14（LR）、R15（PC）寄存器。

说明：

CPSR寄存器显示方式如图4.1所示。

显示分为两部分，一部分是各个标志位，另一部分是工作模式。

标志位NZCVQ为条件码标志N、Z、C、V、Q，显示为大写字母，表示该位为1；显示为小写字母，表示该位为0。

Q标志在ARM体系结构v5及以上版本的E变量中才有效。

标志位IFT为IRQ中断禁止位I、FIQ中断禁止位F、ARM微控制器状态位T，显示为大写字母，表示该位为1；显示为小写字母，表示该位为0。

T标志在ARM体系结构v4及以上版本的T变量中才有效。

工作模式指示ARM微控制器当前的工作模式，包括User（用户模式）、FIQ（FIQ中断模式）、IRQ（IRQ中断模式）、SVC（管理模式）、Abort（中止模式）、Undef（未定义模式）、SYS（系统模式）。

图4.1CPSR寄存器显示方式

（7）实验参考程序

ARM微控制器工作模式实验的参考程序见程序清单4.1。

程序清单4.1ARM微控制器工作模式实验参考程序

5.实验五：

GPIO输出控制实验2学时

一、实验目的

熟悉LPC2000系列ARM7微控制器的GPIO控制。

二、实验内容

使用GPIO口控制8个LED流水灯显示。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforMaigcARM2200工程模板建立一个工程LEDCon_C。

（2）在user组中的main.c中编写主程序代码。

（3）选用DebugInExram生成目标，然后编译连接工程。

（4）将MagicARM2200教学实验开发平台上跳线器JP23全部短接，JP15跳线全部断开，见图5.1。

（5）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。

（6）单步运行程序，通过LED1～LED8的显示判断输出是否正确。

全速运行程序，观察LED1～LED8的显示。

图5.1LED连接电路

（7）实验参考程序

GPIO输出控制实验2的参考程序见程序清单5.1。

程序清单5.1GPIO输出控制实验2参考程序

6.实验六：

存储器重映射实验2学时

一、实验目的

通过实验，熟悉LPC2000系列ARM7微控制器的存储器重映射机制。

二、实验内容

（1）设置MEMMAP=2，然后将0x40000000～0x4000003F地址上的存储单元全部写入0x55，同时观察0x00000000～0x0000003F地址上的数据；再写入0xAA，同时观察0x00000000～0x0000003F地址上的数据。

（2）设置MEMMAP=0，观察0x00000000～0x0000003F地址上的数据是否与0x7FFFE000～0x7FFFE03F地址上的数据是否一致。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforMaigcARM2200工程模板建立一个工程ReMap_c。

（2）在user组中的main.c中编写主程序代码。

（3）选用DebugInExram生成目标，然后编译连接工程。

（4）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。

（5）打开存储器观察窗口（Memory）设置观察地址为0x00000000，显示方式Size为8Bit，监视从0x00000000～0x0000003F的数据。

（6）单步运行程序，观察0x00000000～0x0000003F地址上的数据。

（7）当运行MEMMAP=0之后，观察0x00000000～0x0000003F地址上的数据是否与0x7FFFE000～0x7FFFE03F地址上的数据是否一致。

（8）实验参考程序

存储器重映射实验的参考程序见程序清单6.1。

程序清单6.1存储器重映射实验参考程序

7.实验七：

外部中断实验2学时

一、实验目的

（1）掌握向量中断控制器（VIC）的设置。

（2）掌握外部中断引脚功能设置及外部中断的工作模式设置。

（3）了解中断服务函数的编写。

二、实验内容

设置P0.20脚为EINT3功能，初始化为非向量中断，并设置为电平触发模式，然后等待外部中断。

中断服务程序将蜂鸣器控制输出信号取反，然后等待中断信号的撤消，最后清除中断标志并退出中断。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforMaigcARM2200工程模板建立一个工程VICDef_C。

（2）在user组中的main.c中编写主程序代码。

（3）选用DebugInExram生成目标，然后编译连接工程。

（4）将MagicARM2200教学实验开发平台上的跳线器JP9、JP22短接，JP20断开，见图7.1和图7.2。

图7.1蜂鸣器连接电路

图7.2按键连接电路

（5）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。

（6）在中断服务程序中设置断点，全速运行程序，使EINT3为低/高电平，即反复按下与释放KEY1。

（7）单步/全速运行程序，观察程序是否正确运行，蜂鸣器是否蜂鸣。

（8）实验参考程序

外部中断实验的参考程序见程序清单7.1。

程序清单7.1外部中断实验参考程序

8.实验八：

外部存储器接口实验2学时

一、实验目的

通过实验掌握外部存储器控制器（EMC）的设置及外部存储器接口的应用。

二、实验内容

使用外部存储器接口的Bank0连接一片16位总线接口的FLASH（SST39VF160），然后使用程序初始化EMC，接着对FLASH进行全片擦除，编写两字节数据，再读出来校验，若校验通过则蜂鸣器响一声，否则不断地蜂鸣报警。

三、实验原理、方法和手段

见图8.1根据硬件电路正确设置PINSEL2寄存器和BCFG0寄存器，然后向SST39VF160发送命令进行擦除、编程操作。

图8.1片外FLASH芯片连接电路

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforMaigcARM2200工程模板建立一个工程EMC_C。

（2）在user组中的main.c中编写主程序代码。

（3）在Startup.s文件中可以修改BCFG0寄存器的值，也可以使用模板默认设置。

（4）选用DebugInExram生成目标，然后编译连接工程。

（5）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。

（6）打开存储器观察窗口（Memory）设置观察地址为0x80000000，显示方式Size为16Bit，监视片外FLASH的数据。

（7）将MagicARM2200教学实验开发平台上跳线JP22短接，JP20全部断开。

（8）可以单步运行程序，观察片外FLASH的数据，观察err变量的值。

说明：

将鼠标移到err变量上，停留一定时间后即会显示该变量的当前值，移走鼠标则显示消隐。

（9）可以全速运行程序，若蜂鸣器响一声，表示FLASH擦除、编程操作成功。

若不断的蜂鸣报警，表示FLASH擦除或编程操作失败。

（10）实验参考程序

外部存储器接口实验的参考程序见程序清单8.1。

程序清单8.1外部存储器接口实验参考程序

9.实验九：

定时器实验2学时

一、实验目的

熟悉LPC2000系列ARM7微控制器的定时器0/1的基本设置及应用。

二、实验内容

使用定时器0实现1秒定时，控制蜂鸣器蜂鸣。

采用软件查询方式等待定时时间到达。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforMaigcARM2200工程模板建立一个工程TimeBeep_C。

（2）在user组中的main.c中编写主程序代码。

（3）选用DebugInExram生成目标，然后编译连接工程。

（4）将MagicARM2200教学实验开发平台上的JP22跳线短接，JP20跳线断开，见图9.1。

（5）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。

可以全速运行程序，蜂鸣器会响一秒，停一秒，然后再响一秒……依次循环。

（6）实验参考程序

定时器实验的参考程序见程序清单9.1。

程序清单9.1定时器实验参考程序

10.实验十：

UART实验2学时

一、实验目的

通过实验，掌握UART各个控制寄存器的设置，并能使用串口向PC机发送数据。

二、实验内容

使用UART0向PC机发送字符串“HelloWorld!

”。

UART0设置为通讯波特率115200，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集中授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImageforMaigcARM2200工程模板建立一个工程SendStr_C。

（2）在user组中的main.c中编写主程序代码。

（3）选用DebugInExram生成目标，然后编译连接工程。

（4）将MagicARM2200教学实验开发平台上的跳线JP30短接，JP28全部断开，见图10.1。

图10.1UART0的连接电路

（5）使用串口延长线把MagicARM2200教学实验开发平台的CZ4（UART0）与PC机的COM1连接。

PC机运行EasyARM软件，设置串口为COM1，波特率为115200，然后选择【设置】->【发送数据】，在弹出的发送数据窗口中点击“高级”即可打开接收窗口。

（6）选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。

（7）全速运行程序，PC机上的EasyARM软件会不断的显示“HelloWorld!

”。

如图10.2所示。

图10.2UART实验运行结果

（8）实验参考程序

UART实验的参考程序见程序清单10.1。

程序清单10.1UART实验参考程序

11.实验十一：

I2C接口实验2学时

一、实验目的

（1）掌握LPC2000系列ARM7微控制器的硬件I2C接口的使用；

（2）了解CAT1025JI-30的E2PROM的操作方法及注意事项。

二、实验内容

使用主模式I2C向CAT1025JI-30的E2PROM写入10字节数据，然后读出校验，若校验通过则蜂鸣器响一声，否则不断地蜂鸣报警。

三、实验原理、方法和手段

采用ADS1.2软件仿真和ADX软件调试方法。

四、实验环境、条件

1.硬件：

PC机一台

MagicARM2200教学实验开发平台一套

2.软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

五、实验组织运行要求

集成授课形式。

六、实验步骤

（1）启动ADS1.2，使用A