嵌入式系统及应用实验内容资料.docx

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嵌入式系统及应用实验内容资料

嵌入式系统及应用实验

嵌入式系统及应用实验以SmartARM2300工控开发平台及PC机为主要硬件设备。

SmartARM2300工控开发平台采用NXP公司生产的芯片LPC2378（ARM7TDMI-S核），具有JTAG调试等功能，除了本身的GPIO、TIMER、PWM、SPI、A/D、D/A功能外，还提供4个UART串口、IrDA接口、USBDevice接口、CAN总线、SD/MMC卡、MODEM接口、以太网接口等功能。

1．相关的硬件电路

⑴系统电源电路

图3.1系统电源电路

⑵键盘、蜂鸣器及LED电路

图3.27个独立按键电路

图3.3直流蜂鸣器电路

图3.4SPI驱动8个LED指示灯

⑶串行口接口电路

图3.5UART0＆UART2＆UART3串行口接口电路

⑷IrDA（红外）通讯接口电路

图3.6IrDA（红外）通讯接口电路

⑸JTAG调试接口、RST复位键及ISP选择电路

图3.7JTAG调试接口电路

图3.8RST复位键及ISP选择电路

2．跳线器说明

SmartARM2300工控开发平台跳线器说明如表3.1所列。

JP1跳线布局如图3-9所示。

图3.9JP1跳线布局

表3.1SmartARM2300跳线器一览表

跳线器

标号

I/O

功能说明

I/O复用情况

JP1

JP1-1

RXD3

P4.29

UART3接口，至SP3232E输入端，短接时有效

JP1-5的IR＿R，做UART3实验时，必须将JP1-5的IR＿R跳线断开

TXD3

P4.28

JP1-5的IR＿T，做UART3实验时，必须将JP1-5的IR＿T跳线断开

JP1-2

RXD0

P0.3

UART0接口，至SP3232E输入端，短接时有效

TXD0

P0.2

JP1-3

RXD2

P0.11

UART2接口，至SP3232E输入端，短接时有效

TXD2

P0.10

JP1-4

MDCD

P2.3

UART1接口，至SP3232E输入端，具有MODEM接口功能，短接时有效

MDSR

P2.4

MRXD

P2.1

JP24接口

MCTS

P2.2

MRI

P2.6

MDTR

P2.5

MTXD

P2.0

JP24接口

MRTS

P2.7

JP1-5

IR＿EN

P3.26

模式选择，短接时有效

IR＿R

P4.29

IrDA收发器数据输出，短接时有效

JP1-1的RXD3，做IrDA实验时，必须将JP1-1的RXD3跳线断开

IR＿T

P4.28

IrDA收发器数据输入，短接时有效

JP1-1的TXD3，做IrDA实验时，必须将JP1-1的TXD3跳线断开

JP1-6

4线，CAN控制器发送/接收线

JP1-7

9线，SD/MMC卡控制及数据线

JP1-8

KEY1

P0.6

独立按键1，短接时有效

KEY2

P0.7

独立按键2，短接时有效

KEY3

P0.8

独立按键3，短接时有效

KEY4

P0.9

独立按键4，短接时有效

KEY5

P0.10

独立按键5，短接时有效

KEY6

P0.11

独立按键6，短接时有效

KEY7

P0.25

独立按键7，短接时有效

JP1-9

BEEP

P1.27

蜂鸣器驱动输入，短接时有效

JP1-10

MOSI

P1.24

74HC595与SPI接口连接的跳线，短接时有效

/CS

P1.21

SCLK

P1.20

MISO

P1.23

JP4

V-TEST

P1.31

LPC2378片内A/D的AD0.5通道电压输入，短接时有效

JP5

ISP

P2.10

ISP功能使能，短接时有效

实验一ADS集成开发环境使用与仿真调试

一．实验目的

熟悉ADS集成开发环境与仿真调试的使用方法。

二．实验设备及器件

PC机一台

SmartARM2300工控开发平台一台

三．实验内容与实验步骤

ADS集成开发环境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成开发工具式，ADS（ARMDeveloperSuite）成熟版本为ADS1.2。

ADS1.2支持ARM10之前的所有ARM系列微控制器，支持软件调试及JTAG硬件仿真调试，支持汇编、C、C++源程序。

ADS1.2由代码生成工具、CodeWarriorIDE集成开发环境、AXD调试器、指令模拟器、ARM开发包和ARM应用库6个部分组成，用户一般直接操作的是CodeWarriorIDE集成开发环境和AXD调试器。

ADS1.2使用了CodeWarriorIDE集成开发环境，并集成了ARM汇编器、ARM的C/C++编译器、Thumb的C/C++编译器、ARM连接器，包含工程管理器、代码生成接口中、语法敏感编辑器、源文件和类浏览器等等。

AXD调试器为ARM扩展调试器（即ARMExtendedDebugger），包括ADW/ADU的所有特性，支持硬件仿真和软件仿真（ARMulator），AXD能够装载映像文件到目标内存，具有单步、全速和断点等调试功能，可以观察变量，寄存器和内存的数据等等。

1．工程的编辑

⑴建立工程

点击windows操作系统【开始】->【程序】->【ARMDeveloperSuitev1.2】->【CodeWarriorforARMDeveloperSuite】启动MetrowerksCodeWarrior，或者双击“CodeWarriorforARMDeveloperSuite”快捷方式启动。

启动ADS1.2IDE，如图3.10所示。

图3.10ADS1.2IDE界面

点击【File】菜单，选择【New...】即弹出New对话框，如图3.11所示。

图3.11New对话框

选择工程模块为ARM可执行映像（ARMExecutableImage），在其它场合也可能选ARMExecutaleImageforLPC2300，或Thumb可执行印象（ThumbExecutableImage），或Thumb，ARM交至映像（ThumbARMInterworkingImage）等，然后在【location】项选择工程存放路径（请建立自己的文件夹），并在【projectname】项输入工程名称（后缀名自动设置，为mcp），点击【确认】按钮即可建立相应工程（下文有时也把工程称为项目）。

在集成环境中会弹出工程窗口如图3.12所示，此时工程中还没有任何源文件。

图3.12集成环境中的工程窗口

系统自动为每个工程建立三个目标（默认的名称为DebugRel,Release,Debug），主要是方便同一个工程在调试应用不同场合对应不同目标（可在后续的设置中为每个目标建立不同的参数）；对简单应用可不考虑目标之间的区别，只对其中的一个默认目标（DebugRel）进行操作即可。

⑵建立文件

建立一个文本，以便输入用户程序，点击“NewTextFile”图标按钮，如图3.13所示。

图3.13“NewTextFile”图标按钮

然后在新建文件（untiled）中，根据需要完成的任务，编写合适的程序，程序编写结束后，点击“save”图标按钮将文件存盘（或从【File】菜单选择【save】，要求输入文件全名（汇编程序后缀名为.S；C语言程序后缀名为.C），如TEST1.S（汇编程序），TEST1.C（C语言程序）。

注意，请将文件保存到步骤⑴中建立的工程目录下，以便于管理和查找。

当然，也可以New对话框选着【File】页来建立源文件，如图3.11所示，或使用其他文本编辑器建立或编辑源文件。

⑶添加文件到工程

在工程窗口中【File】页空白处点击鼠标右键，弹出浮动菜单，如图3.14所示。

选着“addFlie...”即可弹出“Sslectfiletoadd...”对话框，如图3.15所示，选择相应工程需要的源文件（可按着Ctrl键一次选择多个文件），点击【打开】按钮；弹出“AddFiles”对话框,如图3.16所示,点击【OK】按钮,为工程中的三个目标均添加文件即可。

C语言中的头文件（.h）及汇编语言中的包含文件（.INC）编译系统会自动添加，但这些文件必须在相应的目录下，编译系统才能找到并确定。

另外，用户也可以在【Project】菜单中选择【AddFile...】来添加源文件，或使用New对话框选择【File】页来建立源文件时选择加入工程（即选中“AddtoProject”项）。

图3.14在工程窗口中添加源程序

图3.15Selectfilestoadd...对话框

图3.16Addfilestotargets窗口

⑷编辑连接工程

工程窗口中的图标按钮如图3.17所示，通过这些图标按钮，可以快速地可对目标DebugRel进行工程设置，编译连接，启动调试等等（在不同的菜单项上可以分别找到相应的菜单命令）。

6个图标按钮，它们从左至右分别为：

DebugRelSettings...工程设置，如地址设置，输出文件设置，编译选项灯，其中DebugRel为当前的生成目标（targetsystem）；

SynchronizeModificationDates同步修改日期，检查工程中每个文件的修改日期，若发现有更新（如使用其它编辑器编辑源文件），则在Touch栏标记“√”；

Make编译连接（快捷键为F7）；

Debug启动AXD进行调试（快捷键为F5）；

Run启动AXD进行调试，并直接运行程序；

ProjectInspector工程检查，查看和配置工程中源文件的信息。

图3.17工程窗口中的图标按钮

点击“DebugRelSettings...”图标按钮，即可对目标DebugRel进行工程的地址设置、输出文件设置、编辑选项等。

在“TargetSettings”对话框，将Post-linker选择为ARMformELF（ARM可执行格式），如图3.18所示。

图3.18DebugRelSettings窗口

在“ARMLinker”对话框设置连接地址，由汇编语言编写的软件，在Linktype单选项选择Simple，设置连接地址为0x40000000（LPC2300SRAM的地扯），如图3.19所示。

若由C语言编写的软件，在Linktype单选项选择Scattered，由分散加载文件设置连接地址，如实验三及实验三以后的程序。

图3.19连接地址设置窗口

其余DebugRelSettings采用默认设置即可，设置结束后直接点击工程窗口的“Make”图标按钮，即可完成编译连接。

若编译出错，会有相应的出错提示，双击出错提示行信息，编辑窗即会使用光标指出当前出错的源代码，编辑连接输出窗口如3.20图所示。

同样可在【Project】菜单中找到相应的命令。

图3.20编译连接输出窗口

Touch栏用于标记文件是否已编译，若打上“√”则表明对应文件需要重新编译，如图3.21所示，。

可以通过单击该栏位置来设置/取消符号“√”。

图3.21工程窗口中Make操作

重新编译之前，建议将原来生成的目标文件都删除，方法如下，点选“project”下拉菜单的“RemoveObjectcode”->“AllTargets”，如图3.22所示，删除了旧目标文件后，所有文件都被“touch”上了，此时可对整个工程进行重新编译。

图3.22删除旧的目标文件

⑸打开旧工程

点击【Flie】菜单，选择【Open】即弹出“打开”对话框，找到相应的工程文件（*.mcp），

单击【打开】即可。

在工程窗口的【files】页中，双击源程序的文件名即可打开该文件进行编辑。

2．工程的调试

⑴选择调试的方式

当工程编译连接通过后，在工程窗口中点击“Debug”图标按钮（或者使用快捷F5），

即可启动AXD（也可以通过【开始】菜单启动AXD）。

点击菜单【options】选择【ConfigureTarget...】，即弹出ChooseTarget窗口，如图3.23所示。

Target项中的前两项，分别为ADP（JTAG硬件仿真）和ARMUL（软件仿真），为ADS1.2自带；Target项中的第三项H-JTAG为EasyJTAG-H仿真器驱动，参见稍后的描述。

图3.23ChooseTarget窗口

选择仿真驱动程序后，点击【File】选择【LoadImage...】加载ELF格式的可执行文件，即*.axf文件。

（说明：

当工程编译连接通过后，在“工程名\工程名_Data\当前的生成目标”目录下就会生成一个*.axf调试文件。

比如工程TEST，当前的生成目标Debug，编译连接通过后，则在...\TEST\TEST_Data\Debug目录下生成TEST.axf文件。

）

⑵调试工具条

AXD运行调试工具条如图3.24所示，调试观察窗口工具条如图3.25所示，文件操作工具条如图3.26所示。

具有单步、全速和断点等调试功能，可以观察变量，寄存器和内存的数据等等。

图3.24运行调试工具条

图3.25调试观察窗口工具条

图3.26文件操作工具条

3．LPC2300系列ARM工具模板

在建立工程时，们已经接触了ADS1.2提供的几个标准工程模板。

使用各个模板建立的工程，它们的各项设置均有不同之处，方便生成不同的结构的代码，如ARM可执行映像（生成ARM指令的代码）或Thumb可执行映像（生成Thumb指令的代码），或Thumb、ARM交织映像（生成Tumb、ARM指令交织的代码）。

针对LPC2300系列ARM7微控制器，定义了2个工程模板，这些模板一般包含的设置信息有FLASH起始地址0x00000000、片内RAM起始地址0x40000000、编译连接选项及编译优化级别等等。

模板中包含了LPC2300系列ARM7微控制器的启动文件，包括Startup.S、target.c，模板还包含了LPC2300系列ARM7控制器的头文件（如：

LPC23xx.h）,分散加载描述文件（如：

mem_a.scf、mem_b.scf、mem_c.scf）等等。

⑴为AD1.2增加LPC2300专用工程模板

将“lpc2300projectmodule”目录下的所有文件和目录拷贝到“ADS1.2安装目录>\Stationery\”即可，这个步骤只需1次，以后就可以直接使用该工程模板。

⑵使用LPC2300专用工程模板建立工程

启动ADS1.2集成开发环境，点击【file】菜单，选择【New】即弹出New对话框，如图3.27所示。

由于事先增加了LPC2300专用模板和其他模板。

所以在工程模板栏中多出几项工程模板选项。

图3.27增加工程模板

LPC2300专用工程模板说明如下：

ARMExecutaleImageforLPC2300：

无操作系统，所有代码均编译成ARM指令的工程模板。

用户选择相应的工程模板建立一个工程，如图3.28所示为使用ARMExecutaleImageforLPC2300工程模板建立一个工程。

工程有3个生成目标：

DebuginRAM、DebugInFlash、RelInFLASH.工程模板已经将相应的编译参数设置好了，直接使用即可。

注意：

●工程模板的分散加载文件mem_a.scf、mem_b.scf、mem_c.scf、的堆栈和内存大小需要根据不同的芯片进行设置，LPC2366/68/78和LPC2364的大小不一样，用户可以打开这3个文件根据芯片型号进行相应修改；

●选用RellnFlash目标时，将会对LPC2300芯片进行加密，加密的芯片只能使用ISP进行芯片整片擦除后，才能恢复JTAG调试及ISP读/写操作。

图3.28使用LPC2300系列ARM专用工程模板建立的工程

4．EasyJTAG-H仿真的安装与应用

⑴EasyJTAG-H简介

EasyJTAG-H仿真器是一款新型的仿真器，目前，可以支持LPC2300系列ARM7微控制器和部分ARM9芯片，支持ADS1.2集成开发环境，支持单步、全速及断点等调试功能，支持下载程序到片内FLASH和特定型号的片外FLASH，采用ARM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口。

这款仿真器需要H-JATAG软件（调试代理）的支持。

⑵H-JTAG软件安装

在PC上运行安装文件H-JTAG.EXE，根据安装提示完成安装即可。

安装好的H-JTAG软件包含有H-JTAGServer（下文简称为H-JTAG）和H-Flasher，在桌面上有它们的快捷图标。

运行程序H-JTAG和H-Flasher后，用户任务栏中将出现3.29所示图标。

图3.29H-JTAG提示图标

将计算机并口与EasyJTAG-H仿真器相连，然后在将EasyJTAG-H仿真器的JTAG接口连接到开发板上左上方的CON5，注意不要连接到右下方的JPI3，否则会造成短路，然后给开发板上电。

⑶H-JTAG配置

H-JTAG设置较简单，只要进行以下两步操作，其他采用默认即可。

●单击任务栏的H提示图标，将看见H-JTAG的主窗口，如图3.30所示。

单击“放大器”图标按钮后，能看见调试代理搜索到ARM内核信息。

图3.30H-JTAG主窗口

●选择【Flasher】->【AotoDownload】选择自动下载，如图3.31所示（正常情况下，H-JTAG能检测并显示ARM内核信息）。

注意，在Flash中调试时必须选择“AutoDownload”,而在RAM中调试可以不选择。

图3.31打开自动下载功能

⑷H-Flasher配置

H-Flasher的配置，只需要选择正确的CPU型号，然后验证（Check）通过即可。

●单击任务栏的H-Flasher提示图标，确认目标板的CPU型号后，打开H-Flasher的FlashSelection选项，选择正确的CPU型号即可。

如：

开发板上的CPU型号为NXP公司的LPC2378，操作如图3.32所示。

图3.32选择Flash类型

●验证调试代理配置是否正确，打开H-Flasher的Programming选项单击Check按钮，如图3.33所示。

如果正常，可以看到所使用的Flash芯片的型号，单击Check按钮时，H-Flasher就会启用当前新的配置值。

到此配置完成。

图3.33Flash编程选项

⑸EasyJTAG-H仿真器的使用

●将计算机并口与EasyJTAG-H仿真器相连，再将EasyJTAG-H仿真器的JTAG接口连接到开发板上左上方的CON5，并给开发板上电。

然后打开H-JTAG软件，单击放大镜图标按钮，如果正常就能检测到芯片内核信息。

然后可以最小化或关闭H-JTAG和H-FLASH窗口（注意：

不能使用exit菜单关闭）。

●选择windoes系统的【开始】->【程序】->【ARMdevelopersuitev1.2】->【AXDdebugger】启动AXD软件。

再AXD软件中，打开【Options】->【ConfigureTarget...】，弹出choosetarget对话框，单击ADD添加仿真器的驱动程序，在添加文件窗口选择如D:

\ProgarmFiles\H-JTAG.dll，如图3.34所示，接着单击“打开”即可（若已经安装，此步省略）。

图3.34为AXD添加H-JTAG驱动

●添加完H-JTAG驱动后选择该驱动程序，如图3.35所示，然后单击OK。

图3.35ChooseTarget窗口

●关闭AXD窗口，以后调试就直接在ADS中打开一个工程，编译链接通过后，单击Debug或按下“F5”即可启动AXD调试软件，进行JTAG仿真调试，AXD典型界面如图3.36所示。

图3.36AXD调试界面

注意：

如果工程文件的路径中存在中文，进行AXD调试环境可能会出现错误。

因此，建议工程路径中不要包含中文（包含标点符号）。

⑹EasyJTAG-H常见问题

●在进行AXD仿真调试前，需要打开H-JTAG检测芯片内核。

同时要正确配置H-Flasher，否则无法进入AXD正常调试。

●如果目标板没有上电，或者JTAG仿真器没有连接好，H-JTAG会出现错误，如图3.37所示，调试时将SmartARM2300工控开发平台的ISP（JP5）跳线短接上，这样可避免片内程序自动脱机运行。

图3.37H-JTAG连接错误

●如在ADS启动AXD仿真器调试时出现如图3.38所示的错误，单击“确定”按钮，然后会弹出LoadSession对话框，如图3.39所示。

图3.38启动仿真时出错

图3.39LoadSession窗口

●此时不必选择Session文件，直接单击“取消”，然后进入到AXD调试界面。

点选“Option”->“ConfigureInterface”，如图3.40所示。

图3.40点选配置窗口

●在“Actiononclose/restart”项，将“Saveandloaddefaultsessi”前面的“√”去掉，如图3.41所示。

图3.41去掉保存sessi

●点击“确定”，关闭AXD，在ADS工程窗口中点击“Debug”进入AXD调试环境，会弹出如图3.42所示对话框，选择“H-JTAG”并点击确定。

成功连接目标板后，就进入了AXD进行仿真调试。

图3.42选择“H-JTAG”

四．实验要求

熟练掌握ADS1.2集成开发环境的工程建立、编辑与调试功能。

了解相关的SmartARM2300工控开发平台硬件结构。

五．实验参考程序

参考实验二相关程序（使用ARMExecutableImage模板建立工程，“ARMLinker”设置连接地址为0x40000000）；

或参考实验三中的GPIO输出实验程序（使用ARMExecutaleImageforLPC2300模板建立工程，“ARMLinker”连接地址由分散加载文件自动设置）。

实验二LPC2300开发过程及程序下载实验

一．实验目的

熟悉LPC2300开发过程及程序下载。

二．实验设备及器件

PC机一台

SmartARM2300工控开发平台一台

三．实验内容及步骤

⑴将计算机并口与EasyJTAG-H仿真器相连，EasyJTAG-H仿真器的JTAG接口连接到SmartARM2300工控开发平台上左上方的CON5，启动H-JTAG和H-FLASH软件，选择NXPLPC2378器件，并最小化窗口。

⑵启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程，如图3.43所示。

图3.43工程模板窗口

⑶编写一个汇编语言文件，控制蜂鸣器每隔一定时间鸣叫一次，并将文件添加到工程。

⑷将SmartARM2300工控开发平台的JP1上的P1.27和BEEP连接，参见图3.3直流蜂鸣器电路。

⑸在工程窗口进行工程设置，在“TargetSettings”对话框，将Post-linker选