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嵌入式系统实验内容

嵌入式系统

实验讲义

物理与电子工程学院

2011.3

目录

实验一ADS环境及超级终端使用4

实验二Linux开发环境的建立（ARM9）15

实验三键盘输入及数码管显示驱动24

实验四定时器中断和驱动程序实验31

实验五Linux下LED设备实验38

实验六Linux下按键实验44

实验七嵌入式WEB服务器实验49

实验八基于ARM的多通道仪表数据采集实验54

实验九　基于Web的远程控制设计57

附录：

嵌入式系统设计性实验要求62

实验一ADS环境及超级终端使用

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嵌入式开发板、ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。

软件：

ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序。

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1B-2所示，选中CreatFolder选项后将以图1B-1中的ProjectName或图1B-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。

选择ARMExecutableImage通用模板。

图1B－1新建工程

图1B-2保存工程

（2）在新建的工程中，如图1B-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1B-3选择版本

（3）在DebugSettings对话框中选择TargetSettings项，如图1B-4所示。

在Post-linker一栏中选择ARMfromELF。

图1B-4TargetSettings

（4）在DebugSettings对话框中选择ARMLinker项，如图1B-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0x0c080000是开发板上SDRAM的真实地址，是由系统的硬件决定的；0x0c200000指的是系统可读写的内存地址。

也就是说，在0x0c080000∼0xC1fffff之间是只读区域，存放程序的代码段，在0xC200000开始是程序的数据段。

图1B-5设置连接地址范围

图1B-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1B-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44B0开发板，把程序的入口定位在0xc080000，并定义scatter文件为scat_ram.scf。

在图1B-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0xc080000。

也可以在图1B-6的CommandLine框中直接输入-entry0xc080000-scatterscat_ram.scf进行上述设置。

图1B-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——包括中断向量和内存空间的初始化。

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0xc080000。

RAM_LOAD0xc080000{RAM_EXEC0xc080000

{

44binit.o（init,+First）

*（+RO）

}

RAM0x0c200000

{

*（+RW,+ZI）

}

HEAP+0UNINIT

{

heap.o（+ZI）

}

STACKS0xc7ff000UNINIT

{

stack.o（+ZI）

}

ISR_STARTADDRESS0xc7fff00;SDRAMbottom{isr_address.o（+ZI）

}}在图1B-7中说明了这个装载区域的划分。

图1B-7程序和数据装载区域的划分

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void_ttywrch（intch）__value_in_regsstruct__initial_stackheap__user_initial_stackheap（unsignedR0,unsigned

SP,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1B-8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1B-8设置ARMCCompiler

（6）在DebugSettings对话框中选择ARMLinker项，如图1B-9。

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44binit.s开始运行的。

Object设为44binit.o，section设为init。

图1B-9设置入口模块

（7）在DebugSettings对话框中选择ARMfromELF项，如图1B-10。

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1B-10设置输出文件名

（8）回到如图1B-3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1B-3所示的工程窗口中，选择Targets选项卡，如图1B-11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1B-11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44B0ARMExecutable.mcp。

然后在ADS1.2软件安装目录下的Stationery目录下新建名为44B0ARMExecutableImage的模板目录，再将刚设置完的44B0ARMExecutable.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1B-1所示就能看到以44B0ARMExecutableImage为名字的模板了。

（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1B-12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1B-12加入工程文件

（13）双击图1B-12中的Main.c打开该文件，可以看到Main（）函数的内容：

intmain（void）

{ARMTargetInit（）;//开发版初始化

LCD_Init（）;LCD_ChangeMode（DspTxtMode）;//转换LCD显示模式为文本显示模式LCD_Cls（）;//文本模式下清屏命令LCD_printf（"Helloworld!

\n"）;//向液晶屏输出Uart_Printf（"\nHelloworld!

\n"）;//向串口输出while

（1）;

}

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。

2）进行程序的在线仿真、调试

（1）回到图1B-12所示的工程窗口选中Debug版本，执行菜单Project|Make对工程进行编译连接。

在出现的错误/警告窗口中选择某错误/警告信息，ADS会自动打开相应源文件并用箭头指向出错的文本行。

如果某个源文件被修改，重新编译时ADS会自动同步各文件的日期信息。

（2）在ADS中执行菜单Project|Debug启动ADS1.2的调试工具AXD。

（3）在AXD中执行菜单Options|ConfigureTarget对AXD进行设置。

如图1B-13所示。

选择ADP即远程调试，点Configure按钮进一步设置具体参数，如图1B-14所示。

图1B-13设置AXD参数

（4）在图1B-14中点Select按钮选择远程连接为ARMethernetdriver，点Configure按钮输入仿真器的IP地址。

如果用户使用的是并行口仿真器，请输入127.0.0.1即可。

图1B-14设置远程连接

（5）等待程序装载完毕以后，通过Execute|Go菜单以及Execute|Stop（或者工具栏中

的相应按钮）运行或暂停程序。

程序暂停后在窗口中将显示出程序暂停的位置。

（6）通过Execute|Step菜单（或者工具栏中的相应按钮）可以单步运行程序。

也可以使用StepIn、StepOut菜单命令进入或者跳出函数的调用。

RunToCursor命令运行到光标位置。

（7）程序停止后可以通过ProcessorViews|Sources菜单查看源文件，并可在适当位置按F9设置端点。

（8）使用在ProcessorView菜单下的Registers、Variables和Memory命令可以查看工作寄存器或者内存变量。

读者可以逐一地尝试，为以后调试程序打下基础。

注意：

在进行调试时在ADS中必须选择当前工程的Debug版本，如果选择Release版本则无法正常调试程序。

但在调试通过后就必须选择Release版本进行编译连接并将生产的system.bin文件复制到开发板的Flash中。

将开发板上的Flash激活并使Windows认其为一个U盘的操作在下节中描述。

实验一B：

超级终端设置及BIOS功能使用

1、运行Windows系统下的超级终端（HyperTerminal）应用程序，如图1C-1所示新建一个通信终端，取名为arm。

单击“确定”按钮。

图1C-1创建超级终端

2、选择终端的连接的串口（如串行口1），如图1C-2所示，设置通信的格式和协议。

这里波特率为115200，无数据流控制。

图1C-2设置串行口

3、完成超级终端设置以后，可以保存为一个特定终端到桌面上，以备后用。

用串口线将PC机和平台UART0正确连接后，就可以在终端上看到程序输出的信息了，比如本实验的“Helloworld！

。

4、启动开发板，按住开发板上键盘的任意按键，使开发板进入BIOS设置状态。

如图1C-3所示。

图1C-3系统的BIOS设置程序

5、该画面上提示了该BIOS的版本等信息。

ShellMenu是平台的检测菜单，每个条目的最左边字母是该功能的快捷键，按PC机键盘相应键将执行对应功能。

注意操作时保持超级终端处于激活状态，并且PC机键盘为小写。

6、读者可以试着用一下每个测试功能，其中：

.l：

测试LCD的文本和图形显示。

.o：

格式化开发平台的16MFLASH，其中的文件将丢失，需要重新拷贝。

.n：

设置平台网卡的IP地址，子网掩码等，下有子菜单。

u：

激活平台的USB连接，开发平台可以被PC机认为一个U盘，从而可以方便的将字库，应用程序等文件从PC机拷贝到平台的FLASH中。

e和k：

测试平台上由ZLG7289构成的LED显示和键盘电路。

s：

测试平台触摸屏，触摸屏有动作时终端上会显示动作类型和坐标。

h：

设置触摸屏的坐标基准点，也就是校屏功能。

需要按提示点击触摸屏的3个位置并保存结果。

a和d：

测试平台的AD和DA电路，终端显示AD0－AD3的数值，而DA需要用电压表测量平台DA输出端子。

.t：

设置平台RTC时间参数，该时间由平台电池保证持续计时。

请按提示输入时间。

.i：

测试平台的音频电路，可以听到一段从平台扬声器发出的音乐。

.m：

测试平台的电机，需要打开电机开关，按提示分别测试步进电机或直流电机。

.c：

测试平台的CAN控制器。

.b：

引导FLASH中的应用程序。

该功能将推出BIOS状态，把控制交给应用程序。

7、按PC键盘的u键（要使超级终端处于活动状态），这时超级终端上会显示如图1C-4

所示的信息。

图1C-4进入U盘状态

8、这时，在“我的电脑”中可以发现多了一个“可移动磁盘”，这就是开发板的海量存储器16M非线性Flash。

开发板就像一个U盘，可以通过“我的电脑”进行操作。

把上两节内容中生成的system.bin文件通过USB下载到嵌入式开发板中，复位系统，运行并检查输出结果。

提示：

system.bin文件是系统通过BIOS引导以后，装入内存中运行的默认文件名。

所以上文中对工程的设置都使用该文件名作为编译最终文件。

SDT环境中，system.bin文件产生在工程路径下的Debug和Release目录下；ADS环境中，该文件产生在工程路径下的ProjectName_Data\Debug和Release目录下。

建议将Release下的system.bin文件拷贝的到U盘。

实验二Linux开发环境的建立（ARM9）

一、实验目的

熟悉Linux开发环境，学会基于S3C2410的Linux开发环境的配置和使用。

使用Linux的arm-linux-gcc-3.4.6编译，使用基于nfs方式的下载调试，了解嵌入式开发的基本过程。

二、实验内容

本次实验使用RedhatLinux9.0操作系统环境,安装ARM-Linux的开发库及编译器。

创建一个新目录，并在其中编写hello.c和Makefile文件。

学习在Linux下的编程和编译过程，以及ARM9开发板的使用和开发环境的设置。

下载已经编译好的文件到目标开发板上运行。

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，Linux的基本操作。

四、实验设备及工具（包括软件调试工具）

硬件：

up-Star认证考试实践板、PC机Pentium500以上,硬盘10G以上。

软件：

PC机操作系统REDHATLINUX9.0＋MINICOM＋ARM-LINUX开发环境

五、实验步骤

1.嵌入式Linux开发环境的建立

利用ＶＭ打开Linux虚拟机。

已将所有开发软件包安装到/up-Star2410目录下，同时自动配置编译环境，建立合适的符号连接。

注意：

安装完成后看一下主编译器arm-linux-gcc-3.4.6是否在/up-Star2410/arm-linux-tools/gcc-3.4.6-glibc-2.3.6/arm-linux/bin，如果不是这个路径，请使用vi修改/root/.bash_profile文件中PATH变量为PATH=$PATH:

$HOME/bin:

/up-Star2410/arm-linux-tools/gcc-3.4.6-glibc-2.3.6/arm-linux/bin，存盘后执行：

source/root/.bash_profile，则以后arm-linux-gcc-3.4.6会自动搜索到，可以在终端上输入armv，然后按tab键，会自动显示arm-linux-gcc-3.4.6。

配置网络，包括配置IP地址、NFS服务、防火墙等。

（１）配置IP地址

主要是要安装好以太网卡，对于一般常见的RTL8139网卡，REDHAT9.0可以自动识别并自动安装好，完全不要用户参与，因此建议使用该网卡。

然后配置宿主机IP为192.168.1.28（IP地址完全跟根据需要配置，无需跟实验指导书中配置相同）。

如果是在有多台计算机使用的局域网环境使用此开发设备，IP地址可以根据具体情况设置。

双击设备eth0的蓝色区域，进入以太网设置界面，如图1.4.5和图1.4.6。

其中的IP根据自己的需要设置，但要保证是跟PC主机处于同一网段。

图1.4.5

图1.4.6

对于REDHAT9.0，它默认的是打开了防火墙，因此对于外来的IP访问它全部拒绝，这样其它网络设备根本无法访问它，即无法用NFSmount它，许多网络功能都将无法使用。

因此网络安装完毕后，应立即关闭防火墙。

操作如下：

点击红帽子开始菜单，选择安全级别设置，选中无防火墙，如图1.4.7。

图1.4.7

在系统设置菜单中选择服务器设置菜单，再选中服务菜单，将iptables服务的勾去掉,并确保nfs选项选中。

（２）Sabam服务器配置（实验时可以不配置）

如图选择Samba，打开。

如图1.4.8。

1.4.8

点击添加

图1.4.9

按照下图配置，注意点击“浏览”选择要共享的目录。

“描述”要填写与PC主机同一网段的IP。

如图1.4.10和1.4.11。

图1.4.10

图1.4.11

配置好网络和smb服务器，在windows的“开始”中点击“运行”输入\\192.168.1.234（注意IP为您虚拟机的IP）。

（３）nfs服务器配置

打开nfs服务，选项位于刚才samba选项下，如图1.4.12。

图1.4.12

点击“浏览”选择共享的目录，然后按照如下配置，如图1.4.13、1.4.14和1.4.15。

图1.4.13图1.4.14

图1.4.15

配置完网络、smb服务器和nfs服务器后需要对各项服务重新启动指令如下：

网络：

/etc/init.d/networdrestart

smb服务：

/etc/init.d/smbrestart

nfs服务：

/etc/init.d/nfsrestart

（４）配置MINICOM

在linux操作系统下建立终端,在终端的命令行提示符后输入minicom，类似Windows中的超级终端的功能，只是在Liunx下使用。

此处不详述，可以参见UP-Star2410三剑客（ARM9）实验指导.pdf。

2、建立工作目录

请在/home/phy建立一个个人的目录（自己的学号）。

启动终端界面后进入自己的目录，建立工作目录：

[root@zxtsmile]#mkdirhello

[root@zxtsmile]#cdhello

3、编写程序源代码

在Linux下的文本编辑器有许多，常用的是vim和Xwindow界面下的gedit等，我们在开发过程中推荐使用vim，用户需要学习vim的操作方法，请参考相关书籍中的关于vim的操作指南。

Kdevelope、anjuta软件的界面与vc6.0类似，使用它们对于熟悉windows环境下开发的用户更容易上手。

实际的hello.c源代码较简单，如下：

＃include

main（）

{

printf（“helloworld\n”）;

}

我们可以是用下面的命令来编写hello.c的源代码，进入hello目录使用vi命令来编辑代码：

[root@zxthello]#vihello.c

按“i”或者“a”进入编辑模式，将上面的代码录入进去，完成后按Esc键进入命令状态，再用命令“：

wq”保存并退出。

这样我们便在当前目录下建立了一个名为hello.c的文件。

（关于vi指令请参照附录）

4、编写Makefile

要使上面的hello.c程序能够运行，我们必须要编写一个Makefile文件，Makefile文件定义了一系列的规则，它指明了哪些文件需要编译，哪些文件需要先编译，哪些文件需要重新编译等等更为复杂的命令。

使用它带来的好处就是自动编译，你只需要敲一个“make”命令整个工程就可以实现自动编译，当然我们本次实验只有一个文件，它还