嵌入式系统概论实验报告.docx
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嵌入式系统概论实验报告
实验报告
2013至2014学年第1学期
课程名称：
嵌入式系统概论
院别：
数学与计算机学院
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
海深
实验一ADS1.2开发环境
一、实验目的
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、预备知识
C语言的基础知识、程序调试的基础知识和方法。
四、实验设备及工具（包括软件调试工具）
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。
五、实验步骤
1、建立工程
（1）运行ADS1.2集成开发环境（CodeWarriorforARMDeveloperSuite）。
选择File｜New…菜单，在对话框中选择Project，如图1B-1所示，新建一个工程文件。
图中示例的工程名为Exp6.mcp。
点set…按钮可为该工程选择路径如图2-1所示，选中CreatFolder选项后将以图2-1中的ProjectName或图2-2中的文件名为名创建目录，这样可以将所有与该工程相关的文件放到该工程目录下，便于管理工程。
在图2-1中工程模板列表中的2410ARMExecutableImage是专为本嵌入式开发板设置的工程模板，后文有具体说明。
在此也可选择ARMExecutableImage通用模板。
图2-1新建工程
图2-2保存工程
（2）在新建的工程中，如图2-3所示，选择Debug版本，使用Edit|DebugSettings菜单对Debug版本进行参数设置。
图2-3选择版本
（3）在DebugSettings对话框中选择TargetSettings项，如图2-4所示。
在Post-linker一栏中选择ARMfromELF。
图2-4TargetSettings
（4）在DebugSettings对话框中选择ARMLinker项，如图2-5。
在Output选项卡的Simpleimage框中设置连接的Read-Only（只读）和Read-Write（读写）地址。
地址0x30008000是开发板上SDRAM的真实地址，是由系统的硬件决定的；0x30200000指的是系统可读写的内存地址。
也就是说，在30008000∼0x30200000之间是只读区域，存放程序的代码段，在0x30200000开始是程序的数据段。
图2-5设置连接地址范围
图2-5所示的设置只是一种简单设置，如果程序需要用到标准C库函数的话需要按图2-6进行连接地址的设置。
标准C中如果使用malloc及其相关的函数，需要使用系统的堆（Heap）空间，可以通过scatter文件来描述系统HEAP段的位置。
针对2410-S开发板，把程序的入口定位在0x30008000，并定义scatter文件为scat_ram.scf。
在图2-6中选择LinkType为Scattered，输入scatter文件名scat_ram.scf；然后切换到Options选项卡在ImageEntryPoint框中输入0x30008000。
也可以在图2-6的CommandLine框中直接输入-entry0x30008000-scatterscat_ram.scf进行上述设置。
图2-6通过scatter文件设置连接地址
提示：
1）程序移植到ADS后，程序最开始首先执行用汇编写的初始化代码——包括中断向量和堆栈的初始化。
在该段代码中使用IMPORT__main;注意main前面是两个下划线B__main进行系统内部的标准C函数初始化，然后调用用户在C中定义的main（）函数（注意：
两个main都是小写），并且在嵌入式应用中用户C的main函数中不能有参数（intmain（void））。
2）不能有系统定义的软中断，在汇编中可以使用IMPORT__use_no_semihosting_swi来检测，在C中使用#pragmaimport（__use_no_semihosting_swi）//ensurenofunctionsthatusesemihosting
3）scatter文件内容如下，创建了一个RAM_LOAD的程序和数据的装载区域，起始地址0x30008000。
RAM_LOAD0x30008000
{RAM_EXEC＋0
{
startup.o（init,+First）*（+RO）
}
L0PAGETABLE0x30200000UNINIT;about2MByteoffsetSDRAM
{
pagetable.o（+ZI）
}
STACKS+0x100000UNINIT;64KByteunderL0pagetable
{
stack.o（+ZI）
}
RAM+0
{
*（+RW,+ZI）
}
HEAP+0UNINIT
{
heap.o（+ZI）
}
EXCEPTION_EXEC0OVERLAY;exceptionregion
{
exception.o（+RO）
}
}
4）定义retarget.c函数，重新定位标准C库中stdio的一些相关函数。
主要有：
struct__FILE{inthandle;/*Addwhateveryouneedhere*/};FILE__stdout;//文件的定义
intfputc（intch,FILE*f）//fputc函数
intferror（FILE*f）//ferror函数
void_sys_exit（intreturn_code）//系统退出函数
int__raise（intsignal,intargument）
__value_in_regsstruct__initial_stackheap
__user_initial_stackheap（unsignedR0,unsignedSP,unsignedR2,unsignedSL）//用户的堆空间和栈空间函数
具体定义，可以参考init/retarget.c
（5）在第（4）步中如果不选择简单的连接地址设置，则需按图2-7所示设置C编译器。
在DebugSettings对话框中选择ARMCCompiler项，在ATPCS选项卡中选择ARM/Thumpinterwork，或者在命令行中添加-apcs/interwork。
图2-7设置ARMCCompiler
（6）在第四步中如果选择简单的地址连接设置，在DebugSettings对话框中选择ARMLinker项，如图2-8。
在Layout选项卡的Placeatbeginningofimage框中设置程序的入口模块。
指定在生成的代码中，程序是从startup.s开始运行的。
Object设为startup.o，section设为init。
图2-8设置入口模块
（7）在DebugSettings对话框中选择ARMfromELF项，如图2-9。
在Outputfilename框中设置输出文件名为system.bin，这就是要下载到开发板的嵌入式应用程序文件。
图2-9设置输出文件名
（8）回到如图2-10所示的工程窗口中，选择Release版本，使用Edit|ReleaseSettings菜单对Release版本进行参数设置。
（9）参照第（3）、（4）、（5）、（6）、（7）步在ReleaseSettings对话框中设置Release版本的Post-linker、连接地址范围、入口模块和输出文件。
（10）回到如图2-3所示的工程窗口中，选择Targets选项卡，如图2-10所示。
选中DebugRel版本，按Del键将其删除。
DebugRel子树是一个折衷版本，通常用不到，所以在这里删除。
图2-10删除DebugRel版本
（11）设置完成后，可以将该新建的空工程文件作为模板保存以便以后使用。
将工程文件名改为2410ARMExecutable.mcp。
然后在ADS1.2软件安装目录下的Stationery目录下新建名为2410ARMExecutableImage的模板目录，再将刚设置完的2410ARMExecutable.mcp工程模板文件存放到该目录下即可。
这样以后新建工程的时候如图2-1所示就能看到以2410ARMExecutableImage为名字的模板了。
提示：
1）建议用户直接将光盘Template/ADS下的2410ARMExecutableImage子目录直接拷贝到ADS1.2安装目录下的Stationery目录中，这样也能在图1B-1所示的新建工程对话框中看到这个模板，其中具有已经设置好的针对本开发板的参数。
注意ARMLinkerLinktype设置为Scattered，请参阅第（4）步内容。
2）如果用户原来已安装了ARMSDT软件的话，再安装ADS1.2后可能导致ARMSDT不能正常使用，需要用户更改系统环境变量：
ARMINC设置为%ARMSDTPATH%\INCLUDE，ARMLIB设置%ARMSDTPATH%\LIB，其中%ARMSDTPATH%指ARMSDT的安装目录。
（12）新建工程后，可以执行菜单Project|AddFiles把和工程相关的所有文件即除inti的所有文件加入到工程中。
ADS1.2不能自动按文件类别对这些文件进行分类，需要的话用户可以执行菜单Project|CreateGroup创建文件组，然后分别将不同类的文件加入到不同的组，以方便管理。
如图2-11所示。
更为简单的办法是，在新建工程时ADS创建了和工程同名的目录，在该目录下按类别创建子目录并存放工程文件。
选中所有目录拖动到任务栏上的ADS任务条上，不要松开鼠标当ADS窗口恢复后再拖动到工程文件窗口，松开鼠标。
这样ADS将以子目录名建立同名文件组并以此对文件分类。
图2-11加入工程文件
（13）编译并双击图2-11中的Main.c打开该文件，可以查看Main（）函数的内容，这时也可运行程序。
图2-11的例程是ARM的串口实验。
读者可以查看其他源文件的内容以对系统运行有所了解。
可以发现ADS的文本编辑器已经有了很大的改善，文本按语法分颜色显示，读者可以根据喜好在Edit菜单下的Preferences窗口中进行设置。
并可以很好的支持中文注释。
指导教师成绩
实验二ARM的串行口实验
一、实验目的
１．掌握ARM的串行口工作原理。
２．学习编程实现ARM的UART通讯。
３．掌握CPU利用串口通讯的方法。
二、实验内容
学习串行通讯原理，了解串行通讯控制器，阅读ARM芯片文档，掌握ARM的UART相关寄存器的功能，熟悉ARM系统硬件的UART相关接口。
编程实现ARM和计算机实现串行通讯：
ARM监视串行口，将接收到的字符再发送给串口（计算机与开发板是通过超级终端通讯的），即按PC键盘通过超级终端发送数据，开发板将接收到的数据再返送给PC，在超级终端上显示。
三、预备知识
1、用ARMADS1.2集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。
2、ARM应用程序的框架结构。
3、了解串行总线
四、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。
五、实验原理及说明
1．异步串行I／O
异步串行方式是将传输数据的每个字符一位接一位（例如先低位、后高位）地传送。
数据的各不同位可以分时使用同一传输通道，因此串行I／O可以减少信号连线，最少用一对线即可进行。
接收方对于同一根线上一连串的数字信号，首先要分割成位，再按位组成字符。
为了恢复发送的信息，双方必须协调工作。
在微型计算机中大量使用异步串行I／O方式，双方使用各自的时钟信号，而且允许时钟频率有一定误差，因此实现较容易。
但是由于每个字符都要独立确定起始和结束（即每个字符都要重新同步），字符和字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此效率较低。
图3-1串行通信字符格式
图3-1给出异步串行通信中一个字符的传送格式。
开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。
传送开始时首先发一个“０”作为起始位，然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。
每个字符的数据位长可以约定为5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII编码。
后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个。
也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。
最后是表示停止位的“1”信号，这个停止位可以约定持续1位、1.5位或2位的时间宽度。
至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。
经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。
每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。
微机异步串行通信中，常用的波特率为50，95，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600等。
接收方按约定的格式接收数据，并进行检查，可以查出以下三种错误：
1）奇偶错：
在约定奇偶检查的情况下，接收到的字符奇偶状态和约定不符。
2）帧格式错：
一个字符从起始位到停止位的总位数不对。
3）溢出错：
若先接收的字符尚未被微机读取，后面的字符又传送过来，则产生溢出错。
每一种错误都会给出相应的出错信息，提示用户处理。
２．串行接口的物理层标准
通用的串行I／O接口有许多种，现仅就最常见的两种标准作简单介绍。
1）EIARS—232C
这是美国电子工业协会推荐的一种标准（ElectronicindustriesAssociationRecoil-mendedStandard）。
它在一种25针接插件（DB—25）上定义了串行通信的有关信号。
这个标准后来被世界各国所接受并使用到计算机的I／O接口中。
⑴信号连线
在实际异步串行通信中，并不要求用全部的RS—232C信号，许多PC／XT兼容机仅用15针接插件（DB—15）来引出其异步串行I／O信号，而PC中更是大量采用9针接插件（DB—9）来担当此任，因此这里也不打算就RS—232C的全部信号作详细解释。
图3-2给出两台微机利用RS—232C接口通信的联线（无MODEM），我们按DB—25的引脚号标注各个信号。
下面对图3-2中几个主要信号作简要说明。
保护地通信线两端所接设备的金属外壳通过此线相联。
当通信电缆使用屏蔽线时，常利用其外皮金属屏蔽网来实现。
由于各设备往往已通过电源线接通保护地，因此，通信线中不必重复接此地线（图中用虚线表示）。
例如使用9针插头（DB—9）的异步串行I／O接口就没有引出保护地信号。
TXD／RXD是一对数据线，TXD称发送数据输出，RXD称接收数据输入。
当两台微机以全双工方式直接通信（无MODEM方式）时，双方的这两根线应交叉联接（扭接）。
信号地所有的信号都要通过信号地线构成耦合回路。
通信线有以上三条（TXD、RXD和信号地）就能工作了。
其余信号主要用于双方设备通信过程中的联络（握手信号），而且有些信号仅用于和MODEM的联络。
若采取微型机对微型机直接通信，且双方可直接对异步串行通信电路芯片编程，若设置成不要任何联络信号，则其它线都可不接。
有时在通信线的同一端将相关信号短接以“自握手”方式满足联络要求。
这就是如图3-2（a）所示的情况。
图3-2实用RS-232C连线
RTS／CTS请求发送值号RTS是发送器输出的准备好信号。
接收方准备好后送回清除发送信号CTS后，发送数据开始进行，在同一端将这两个信号短接就意味着只要发送器准备好即可发送。
DCD载波检测（又称接收线路信号检测）。
本意是MODEM检测到线路中的载波信号后，通知终端准备接收数据的信号，在没有接MODEM的情况下，也可以和RTS、CTS短接。
相对于MODEM而言，微型机和终端机一样被称为数据终端DTE（DataTerminalEquipment）而MODEM被称为数据通信装置DCE（DataCommunicationsEquipment），DTE和DCE之间的连接不能像图3-2中有“扭接”现象，而应该是按接插件芯号，同名端对应相接。
此处介绍的RS—232C的信号名称及信号流向都是对DTE而言的。
DTR／DSR数据终端准备好时发DTR信号，在收到数据通信装置装备好DSR信号后，方可通信。
图3-2（a）中将这一对信号以“自握手”方式短接。
R1原意是在MODEM接收到电话交换机有效的拨号时，使RI有效，通知数据终端准备传送。
在无MODEM时也可和DTR相接。
图3-2（b）给出了无MODEM情况下，DTE对DTE异步串行通信线路的完整连接，它不仅适用于微型机和微型机之间的通信，还适用于微型机和异步串行外部设备（如终端机、绘图仪、数字化仪等）的连接。
⑵信号电平规定
RS—232C规定了双极性的信号逻辑电平：
-3V到-25V之间的电平表示逻辑“1”。
+3V到+25V之间的电平表示逻辑“0”。
因此这是一套负逻辑定义。
以上标准称为EIA电平。
PC／XT系列使用的信号电平是-12V和+12V，符合EIA标准，但在计算机内部流动的信号都是TTL电平，因此这中间需要用电平转换电路。
常用芯片MCl488或SN75150将TTL电平转换为EIA电平，MCl489或SN75154将EIA电平转换为TTL电平。
PC／XT系列以这种方式进行串行通信时，在波特率不高于9600的情况下，理论上通信线的长度限制纽为15米。
2）20mA电流环
20mA电流环并没有形成一套完整的标准，主要是将数字信号的表示方法不使用电子的高低，而改用20mA电流的有无：
“1”信号在环路中产生20mA电流；“0”信号无电流产生。
当然也需要有电路来实现TTL电平和20mA电流之间的转换。
图3-3是PC／XT微机中使用的一种20mA电流环接口。
当发送方SOUT＝1时，便有20mA电流灌入接收方的光耦合器，于是光耦合器导通，使SIN＝1。
反之当发送方SOUT＝0时环路电流为零，接收方光耦合器截止，SIN＝0。
显然，当要求双工方式通信时，双方都应各有收发电路，通信联线至少要4根。
由于通信双方利用光耦合器实现电气上隔离，而且信号又是双端回路方式，故有很强的抗干扰性，可以传送远至1千米的距离。
图3-320mA电流环接口
“0”、“1”信号的表示方法不同外，其他方面（如字符的传输格式）常借用RS—232C标准。
因此PC／XT微机中的异步串行信道接口往往将这两种标准做在一起，实际通过跨接线从二者中择一使用。
ARM自带三个UART端口，每个UART通道都有16字节的FIFO（先入先出寄存器）用于接受和发送。
用系统时钟最大波特率可达230.4K，如果用外部时钟（UCLK）UART可以以更高的波特率运行。
S3C2410XUART包括可编程波特率，红外发送/接收，插入一个或两个停止位，5字节，6字节，7字节，或8字节数据宽度和奇偶校验。
其特点是：
-----基于DMA或者中断操作的RxD0，TxD0，RxD1，TxD1，RxD2，TxD2。
-----包括IrDA1.0和16字节FIFO的UART通道0，1，2。
-----包括nRTS0，nCTS0，nRTS1和nCTS1的UART通道。
-----支持握手方式的接收/发送
与UART有关的寄存器主要有以下几个：
（1）UART线控制寄存器包括ULCON0，ULCON1和ULCON2，主要用来选择每帧数据位数、停止位数，奇偶校验模式及是否使用红外模式，如表3-1，3-2所示。
表3-1UART寄存器设置
Register
Address
R/W
Description
Reset
Value
ULCON0
0x50000000
R/W
UARTchannel0linecontrolregister
0x00
ULCON1
0x50004000
R/W
UARTchannel1linecontrolregister
0x00
ULCON2
0x50008000
R/W
UARTchannel2linecontrolregister
0x00
表3-2UART寄存器位描述
ULCONn
Bit
Description
Initial
State
Reserved
[7]
0
Infra-Red
Mode
[6]
DeterminewhetherornottousetheInfra-Redmode.0=
Normalmodeoperation1=Infra-RedTx/Rxmode
0
ParityMode
[5:
3]
Specifythetypeofparitygenerationandcheckingduring
UARTtransmitandreceiveoperation.0xx=Noparity100
=Oddparity101=Evenparity110=Parityforced/checked
as1111=Parityforced/checkedas0
000
Numberof
StopBit
[2]
Specifyhowmanystopbitsaretobeusedforend-of-frame
signal.0=Onestopbitperframe1=Twostopbitperframe
0
WordLength
[1:
0]
Indicatethenumberofdatabitstobetransmittedor
receivedperframe.00=5-bits01=6-bits10=7-bits11
=8-bits
00
（2）UART控制寄存器包括UCON0,UCON1andUCON2，主要用来选择时钟，接收和发送中断类型（即电平还是脉冲触发类型），接收超时使能，接收错误状态中断使能，回环模式，发送接收模式等。
如表3-3，3-4所示
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