软件使用说明.docx

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软件使用说明

三、基础知识

1．LPC2106/2105/2104特性简介

（注：

只选择了部分与设计任务相关的内容介绍，详细资料参考嵌入式系统课程设计（学生）文件夹中的LPC2106使用手册。

）

●ARM7TDMI-S处理器；128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP和IAP功能。

Flash编程时间：

1ms可编程512字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms。

64/32/16K字节静态RAM（LPC2106/2105/2104）。

极小封装：

TQFP48（7×7mm2）。

●向量中断控制器控制中断；双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口。

具有I2C串行接口和SPI串行接口；两个定时器，分别具有4路捕获/比较通道；多达6路输出的PWM单元；实时时钟；看门狗定时器；通用I/O口；

●CPU操作频率可达60MHz；双电源：

CPU操作电压范围：

1.65V~1.95V（1.8V±8.3%），I/O电压范围：

3.0V~3.6V（3.3V±10%）；两个低功耗模式：

空闲和掉电；片内PLL允许CPU以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。

主要应用：

Internet网关；串行通信协议转换器；访问控制；工业控制；医疗设备等。

LPC2106/2105/2104包含一个支持仿真的ARM7TDMI-SCPU、与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB，ARMAMBA总线的兼容超集）。

LPC2106/2105/2104将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian）字节顺序。

2．LPC2106/2105/2104存储器重新映射和BOOTBLOCK

AHB外设分配了2M字节的地址范围，它位于4G字节ARM存储器空间的最顶端。

每个AHB外设都分配了16k字节的地址空间。

LPC2106/2105/2104的外设功能（中断控制器除外）都连接到VPB总线。

AHB到VPB的桥接将VPB总线与AHB总线相连。

VPB外设也分配了2M字节的地址范围，从3.5GB地址点开始。

每个VPB外设在VPB地址空间内都分配了16k字节地址空间。

3．引脚说明

LPC2106/2105/2104封装为TQFP48（7×7mm2），考虑到学生设计仿真硬件电路时，PROTEUS中的LPC2106是DIP形式，为避免学生混淆，下面以PROTEUS中DIP形式做管脚说明及使用介绍，其实管脚是完全一致的。

（1）电源和地

双电源：

3.3V（管脚40、17）提供给I/O，1.8V（管脚5）提供给ARM7处理器

地：

管脚43、31、19、7

（2）

（管脚6）复位，复位电路设计参见上图。

（3）RTC（26）K和DBGSEL（27），用作JTAG下载调试，如没有用到可以不接。

（4）XTAL1（11脚）和XTAL2（12脚）：

外接晶振。

（5）32个I/O口。

4．管脚配置为GPIO下的几个寄存器设置

⑴寄存器PINSEL0和PINSEL1的设置。

LPC2106的I/O口全都是3功能服用端口，也就是说即可用作普通输入输出端口，又用作第2或第3种功能。

设计人员可根据需要设置两个32位特殊功能寄存器PINSEL0和PINSEL1。

PINSEL0对应引脚P0.0～P0.15，PINSEL1对应引脚P0.16～P0.31。

都是寄存器中用两位来完成1根引脚的功能设置。

例如：

2GPIO方向寄存器设置

当管脚配置为GPIO模式时，可使用该寄存器控制管脚的方向。

任意管脚的方向位的设置必须与管脚功能一致。

⑶输出置1寄存器IOSET

当管脚配置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从管脚输出高电平。

写入1使对应管脚输出高电平。

写入0无效。

如果一个管脚被配置为输入或第二功能，写IOSET无效。

⑷输出清零寄存器IOCLR

当管脚配置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从管脚输出低电平。

写入1使对应管脚输出低电平。

写入0无效。

如果一个管脚被配置为输入或第二功能，写IOCLR无效。

如果指定输出管脚在GPIO输出置位寄存器（IOSET）和GPIO输出清零寄存器（IOCLR）中的对应位都置位，那么管脚的输出电平取决于后写入的寄存器的值。

例如：

IOSET=0x00000080

IOCLR=0x00000080

P0.7输出电平为低，因为写GPIO清零寄存器在写置位寄存器之后。

四、软件调试

软件调试步骤如下：

1.启动ADS1.2,选择Codewarrior…

2.新建工程项目,项目类型为ARMExecutableImage,并在Projectname下输入工程名

3.右键单击空白处，添加所需项目文档进工程，见下图，除main.c是用户自己编写的应用程序外，其余的文件都是LPC2106的启动代码，简单应用无需更改。

4.点击图标

，进行工程相关设置

⑴选ARMFORELF，用PROTEUS仿真必须选择。

⑵设置代码起始地址（0x00000000）与数据起始地址（0x40000000）

⑶设置程序入口地址

⑷设置输出文件类型及文件名，用PROTEUS仿真必须选择INTEL32bitHex文件类型，文件名可随意输入。

全部设置完后点OK退出并保存设置。

⑸联合编译，点图标

。

如无错误，会得到编译信息，并会发现生成了自己命名的HEX文件。

⑹将HEX文件加载在PROTEUS中的PC2106中运行。

观察程序执行结果是否达到预期目标。

五、十字路口交通灯控制源程序仿真效果图

设计任务二uC/OS-Ⅱ的移植与应用

一、设计目的：

1．了解嵌入式实时操作系统μC/OS-II可移植、可裁剪等性能特点，正确理解实时操作系统中任务、信号、消息、中断等基本概念以及μC/OS-II多任务管理的调度算法；

2．掌握μC/OS-II在ARM7上移植的方法；

3．能将μC/OS-II移植在LPC2106中，并根据具体要求创建用户任务，解决实际问题；

二、具体任务：

1．μC/OS-II移植在LPC2106中。

2．编写用户任务程序，完成实时温度的采集控制。

硬件电路见参考硬件电路图，图中用滑动变阻器代替温度传感器转换后的电压，用ADC0809完成A/D转换，并用数码管显示出来。

三、基础知识

1.嵌入式操作系统

随着计算机技术的迅速发展和芯片制造工艺的不断进步，嵌入式系统的应用日益广泛：

从民用的电视、手机等电路设备到军用的飞机、坦克等武器系统，到处都有嵌入式系统的身影。

在嵌入式系统的应用开发中，采和嵌入式实时操作系统（简称RTOS）能够支持多任务，使得程序开发更加容易，便于维护，同时能够提高系统的稳定性和可靠性。

这已逐渐成为嵌入式系统开发的一个发展方向。

嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件。

它是嵌入式系统（包括硬、软件系统）极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器Browser等。

嵌入式实时操作系统有很多，如VxWorks、PalmOS、WindowsCE等。

这些操作系统均属于商品化产品，价格昂贵且由于源泉代码不公开导致了诸如对设备的支持、应用软件的移植等一系列的问题；而开放源码的RTOS在成本和技术上有其特有的优势，在RTOS领域占有越来越重要的地位，例如μC/OS-II、uCLinux等。

2.μC/OS-II简介

μC/OS-II是专门为计算机的嵌入式应用设计的，是一个简单、高效的嵌入式实时操作系统内核，绝大部分代码是用C语言编写的。

CPU硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU上。

目前，它支持x86、ARM、PowerPC、MIPS等众多体系结构，并有上百个商业应用实例，其稳定性和可用性是经过实践验证的。

同时，它的源代码公开，可以从www.ucos-网站上获得全部源码以及其在各种体系结构平台上的移植范例。

最新的μC/OS-II2.0版以上的内核都具有可抢占的实时多任务调度功能，另外它还提供了许多系统服务，例如信号量、消息队列、邮箱、内存管理、时间函数等，这些功能可以根据不同的需求进行裁减。

可以说，uC/OS-II是一个具备现代操作系统特点的RTOS，同时它结构清晰、注解详尽，具有良好的可扩展性和可移植性，被广泛地应用于各种架构的微处理器上。

μC/OS具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性能等特点，最小内核可编译至2KB。

μC/OS-II已经移植到了几乎所有知名的CPU上。

3．μC/OS-II在ARM7上的移植

μC/OS-II的移植代码主要分为3部分，第1部分是与处理器无关的代码，这部分无需更改，直接添加（附在嵌入式系统课程设计（学生）->流水灯项目->SOURCE文件夹中）；第2部分是与应用相关的两个头文件OS_CONFIG.H、INCLUDES.H；第3部分是与处理器相关的代码，也是μC/OS-II移植的关键，主要由3个文件构成：

Os_cpu.h、Os_cpu_c.c、Os_cpu_c.s。

      ●Os_cpu.h：

该文件中主要定义了与处理器相关的数据类型，软件中断符号。

因为ucos不适用C语言中的short，int和long等数据类型，因为他们与处理器类型相关，隐含着不可移植性，因此需定义与处理器相关的数据类型，便于移植；而定义的软件中断符号是为了在发生软件中断时，根据定义的软件中断号，跳转到指定的软件中断服务程序。

（1）定义与编译器相关的数据类型：

为了保证可移植性，程序中没有直接使用C语言中的short，int及long等数据类型的定义，因为他们与处理器类型相关，隐含着不可移植性；而是自己定义了一套数据类型。

（2）选择开关中断的方式，同时定义软件中断符号。

  （3）定义栈的增长方向：

虽然ARM处理器核对于两种栈的增长方式（向上/向下）都支持，但GCC的C语言编译器仅支持一种方式，即从上往下增长，并且是满递减堆栈。

所以OS_STK_GROWTH的值为1，

    ●Os_cpu_c.c：

该文件主要进行任务堆栈的初始化（OS_STK*OSTaskStkInit）和软件中断服务程序（voidSWI_Exception）。

软件中断服务程序中主要是对os_cpu.h中除了00，01中断号的其余中断标志号进行处理。

在该文件要编写10个简单的C函数，但是只有一个函数是必要的，其余的必须声明，但不一定要包含任何代码，唯一需要编写的是OSTaskStkInit（）。

这个函数的功能主要是初始化任务的栈结构，在ARM体系结构下，任务堆栈空间由高至低依次将保存着pc、lr、r12、r11、r10、...r1、r0、CPSR、SPSR，因此在初始化任务堆栈空间时，应该与ARM体系结构中一样。

    ●Os_cpu_c.s：

该文件中包括软件中断标号入口处理SoftwareInterrupt，启动优先级最高的任务OSStartHighRdy，任务切换时的堆栈处理OSIntCtxSw和OSIntCtxSw_1。

当发生软件中断时，便跳到SoftwareInterrupt标号处，然后根据其中断号进行相应的处理OSStartHighRdy启动就绪态中任务优先级最高的任务。

OSIntCtxSw保存被中断任务的一些状态寄存器保存到该模式下的堆栈中，当优先级高的任务完成后，再从堆栈中返回。

而OSIntCtxSw_1是任务切换时，对新任务所做的堆栈处理。

4．μC/OS-II的多任务调度

μC/OS-Ⅱ以及绝大多数商业上销售的实时内核都是可剥夺型内核。

最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。

当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。

如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行。

5.根据应用，划分任务，编写程序。

对于本任务可划分为3个任务，第一个任务按键识别；第二个任务A/D转换；第三个任务数码管显示。

仿真效果如下图所示，按下启动键，ADC0808将通道0的电压值转换并在数码管上显示出来。