嵌入式系统实验指导指导书完整版.docx
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嵌入式系统实验指导指导书完整版
嵌入式系统实验指导
王艳春英一劲松
实验一嵌入式微处理器系统的开发环境
一、实验环境
PC机一台
软件：
ADS1.2集成开发环境一套
二、实验目的
1.了解嵌入式系统及其特点；
2.熟悉嵌入式系统的开发环境和基本配置并能编写简单的汇编程序
三、实验容
1.嵌入式系统的开发环境、基本配置
2.使用汇编指令完成简单的加法实验
四、实验步骤
（1）在D:
\新建一个目录，目录名为experiment。
（2）点击WINDOWS操作系统的“开始|程序|ARMDeveloperSuitev1.2|CodeWarriorfor
ARMDeveloperSuite”启动MetrowerksCodeWarrior，或双击“ADS1.2”快捷方式启动。
启动ADS1.2如图1-1所示：
图1-1启动ADS1.2
（3）在CodeWarrior中新建一个工程的方法有两种，可以在工具栏中单击“New”按钮，
也可以在“File”菜单中选择“New…”菜单。
这样就会打开一个如图1-2所示的对话框。
选择【File】->【New…】，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程，名称为ADS，目录为D:
\experiment。
图1-2新建文件
在这个对话框中为用户提供了7种可选择的工程类型：
1）ARMExecutablImage：
用于由ARM指令的代码生成一个ELF格式的可执行映像文件；
2）ARMObjectLibrary：
用于由ARM指令的代码生成一个armar格式的目标文件库；
3）EmptyProject：
用于创建一个不包含任何库或源文件的工程；
4）MakefileImporterWizard：
用于将VisualC的nmake或GNUmake文件转入到CodeWarriorIDE工程文件；
5）ThumbARMExecutableImage：
用于由ARM指令和Thumb指令的混和代码生成一个可执行的ELF格式的映像文件；
6）ThumbExecutableimage：
用于由Thumb指令创建一个可执行的ELF格式的映像文件；
7）ThumbObjectLibrary：
用于由Thumb指令的代码生成一个armar格式的目标文件库。
（4）选择【File】->【New…】建立一个新的文件TEST1.S，设置直接添加到项目中。
输入如程序代码，并保存，此时在工程窗口中可以看到TEST1.S文件。
图1-3新建test1.s
（5）选择【Edit】->【Perferences…】，在Font选项设置字体是Fixedsys，Script是CHINESE。
图1-4设置字体
（6）选择【Edit】->【DebugRelSettings…】，在DebugRelSettings对话框的左边选择ARMLinker项，设置地址。
点击“DebugRelSettings…”图标按钮，即可进行工程的地址设置、输出文件设置、编
译选项等，如图1-5所示。
在“ARMLinker”对话框设置连接地址，在“LanguageSettings”中设置各编译器的编译选项。
对于简单的软件调试，可以不进行连接地址的设置，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行，编译连接输出窗口如图1-6所示。
同样，您可以在【Project】菜单中找到相应的命令。
图1-5连接器选项设置
图1-6output选项卡
OUTPUT选项卡：
该选项卡用来控制连接器进行连接操作的类型。
其中Linktype选项组中的单选按钮确定使用的连接方式。
这里选择Simple，连接器将根据连接器选项中指定的地址映射方式，生成简单的ELF格式的映像文件，所生成的映像文件中的地址映射关系比较简单.当选择Simple连接类型时，需要设置下列的连接器选项，如图1-5所示。
ROBase文本框中填入0x40000000。
地址0x40000000是开发板上SDRAM的真实地址，是由系统的硬件决定的；RWBase文本框中填入0x40003000指的是系统可读写存的地址。
也就是说，在0x40000000－0x40003000之间是只读区域，存放程序的代码段，从0x40003000开始是程序的数据段。
Layout选项卡：
该选项卡在连接方式位Simple时有效，它用来安排一些输入段在映像文件中的位置。
Placeatbeginningofimage选项组用于指定将某个输入段放置在它所在的运行时域的开头。
包含复位异常中断处理程序的输入段通常放置在运行时域的开头。
这里，在Object/Symbol文本框中指定目标文件的名称init.o，在Section文本框中指定输入段的名称init,从而确定了init.s源文件中的init输入段位指定的输入段。
如图1-7所示。
图1-7Layout选项卡中连接器选项
（6）选择【Project】->【Make】，或者按下快捷键F7，将编译整个工程。
如图1-8所示为工程窗口中的图标按钮,通过这些图标按钮,可以快速的进行工程设置,编译连接,启动调试等等.它们从左到右分别为
图1-8工程窗口中的图标按钮
A）DebugRelSettings…工程设置；
B）SynchronizeModificationDates同步修改日期；
C）Make编译连接；
D）Debug启动ADX进行调试；
E）Run启动ADX调试,并直接运行；
F）ProjectInspector工程检查,查看和配置工程中源文件的信息；
对于简单的软件调试,直接点击工程窗口的”Make”图标按钮,即可完成编译.编译连接输出窗口如图1-9所示。
图1-9编译连接输出窗口
（7）选择【Project】->【Debug】，或者按下快捷键F5。
IDE环境就会启动AXD调试软件，接着可以执行单步、全速运行调试。
图1-10AXD调试窗口
注意：
本实验使用软件仿真，所以要在AXD中选择【Options】->【ConfigureTarget…】菜单，然后在ChooseTarget窗口中选用ARMUL软件仿真。
图1-11目标环境选择
五思考题
1.工程模板有何作用？
2.如何强行重新编译工程的所有文件？
（提示：
选择【Project】->【RemoveObjectCode…】删除工程中的*.obj文件）
六参考程序
AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1
ENTRY;标识程序入口
CODE32;声明32位ARM指令
STARTMOVR0,#15;设置参数
MOVR1,#8
ADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1
BSTART
END
实验预作关键过程及结果图：
实验二汇编指令实验
一、实验环境
PC机一台
ADS1.2集成开发环境一套
二、实验目的
1.了解ADS1.2集成开发环境及ARMulator软件仿真方法；
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。
三、实验容
1.使用LDR/STR指令完成存储器的访问。
2.使用数据处理指令实现数据传送和算术和逻辑运算。
3.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）监视寄存器的值，打开存储器观察窗口（Memory）监视存储器的值。
根据以上要求完成该操作：
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……周而复此循环；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。
四、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）设置工程地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。
（4）编译工程，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。
图2-1Memory窗口显示格式
设置寄存器显示格式与之类似。
使用鼠标左键选择某一个寄存器，然后点击鼠标右键，Format项中选择显示格式Hex，Decimal等等。
如图2-2所示。
图2-2设置寄存器显示格式
（6）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。
图2-3调试程序窗口
六、思考题
1.LDR伪指令与LDR加载指令的功能和应用有何区别，举例说明？
2.LDR/STR指令的前索引偏移指令如何编写？
指令是怎样操作的？
3.在AXD调试时如何复位程序？
（提示：
选择【File】->【ReloadCurrentImage】重新加载映象文件）
七、参考程序
COUNTEQU0x40003100;定义一个变量，地址为0x40003100
AREAExample2,CODE,READONLY;声明代码段Example2
ENTRY;标识程序入口
CODE32;声明32位ARM指令
STARTLDRR1,=COUNT;R1<=COUNT
MOVR0,#0;R0<=0
STRR0,[R1];[R1]<=R0，即设置COUNT为0
LOOPLDRR1,=COUNT
LDRR0,[R1];R0<=[R1]
ADDR0,R0,#1;R0<=R0+1
CMPR0,#10;R0与10比较，影响条件码标志
MOVHSR0,#0;若R0大于等于10，则此指令执行，R0<=0
STRR0,[R1];[R1]<=R0，即保存COUNT
BLOOP
END
实验预作关键过程及结果图：
单步运行观看寄存器和存储器的变化：
具体指令讲解见指令手册。
实验三：
基于ADS的C语言程序实验
一、实验环境
PC机一台
ADS1.2集成开发环境一套
二、实验目的
通过实验了解使用ADS1.2编写C语言程序，并进行调试。
三、实验容
编写一个汇编程序文件Startup.S和一个C程序文件Test.c。
汇编程序的功能是初始化堆栈指针和初始化C程序的运行环境，然后调跳转到C程序运行，这就是一个简单的启动程序。
C程序使用加法运算来计算1+2+3+...+（N-1）+N的值（N>0）。
四、实验预习要求
（1）仔细阅读《ARM嵌入式系统基础教程》中第4章ARM指令系统的容。
（2）仔细阅读产品配套光盘附带文档《ADS集成开发环境及仿真器应用》或其他相关资料，了解ADS工程编辑和AXD调试的容。
（本实验使用软件仿真）
五、实验步骤
（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程ProgramC。
（2）建立源文件Startup.S和Test.c，编写实验程序，然后添加到工程中。
（3）设置工程地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为Ox40000000。
（4）设置位于开始位置的起始代码段，如图3-1,3-2所示。
图3-1设置位于开始位置的起始代码段
（1）
图3-2设置位于开始位置的起始代码段
（2）
（5）编译工程，选择Project—Debug，启动AXD进行软件仿真调试。
（6）在Startup．s的“BMain”处设置断点，然后全速动行程序。
（7）程序在断点处停止。
单步运行程序，判断程序是否跳转到C程序中运行。
（8）诜择Processorvlews—variables打开变量观察窗口，观察全局变量的值，然后单步／全速运行程序，判断程序的运算结果是否正确。
如图3-3所示。
图3-3ARM实验3的运行观察结果
六、思考题
（1）在实验参考程序中，Startup.s文件的作用是什么?
如果没有Startup.s文件，C程序运行会出错吗?
（2）实验程序中的Main（）函数名是否可以更改为其他名字？
（提示：
Main只是一个标号。
）
七、参考程序
;startupfile
IMPORT|Image$$RO$$Limit|
IMPORT|Image$$RW$$Base|
IMPORT|Image$$ZI$$Base|
IMPORT|Image$$ZI$$Limit|
IMPORTMAIN;declarethemain（）intheCProg
AREAstart,CODE,READONLY
ENTRY
CODE32
Reset
LDRSP,=0x40003f00
;initialtheCcase
LDRR0,=|Image$$RO$$Limit|
LDRR1,=|Image$$RW$$Base|
LDRR3,=|Image$$ZI$$Base|
CMPR0,R1
BEQLOOP1
LOOP0
CMPR1,R3
LDRCCR2,[R0],#4
STRCCR2,[R1],#4
BCCLOOP0
LOOP1
LDRR1,=|Image$$ZI$$Limit|
MOVR2,#0
LOOP2
CMPR3,R1
STRCCR2,[R3],#4
BCCLOOP2
BMAIN
END
//mainfile
#defineuint8unsignedchar
#defineuint32unsignedint
#defineN100
uint32sum;
voidMAIN（void）
{
uint32i;
sum=0;
for（i=0;i<=100;i++）
sum+=i;
while
（1）;
}
实验四：
C语言调用汇编程序实验
一、实验环境
PC机一台
ADS1.2集成开发环境一套
二、实验目的
掌握在C语言程序中调用汇编程序，了解ATPCS的基本规则。
三、实验容
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。
四、实验预习要求
（1）仔细阅读ARM公司的ATPCS的相关文档。
例如ATPCS.PDF。
（2）仔细阅读产品配套光盘附带文档《ADS集成开发环境及仿真器应用》或其他相关资料，了解ADS工程编辑和AXD调试的容。
（本实验使用软件仿真。
）
五、实验步骤
（1）启动ADS1.2，使用ARMExecutableImage工程模板建立一个工程ProgramCl。
（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）设置工程地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为Ox40000000。
（4）设置工程选项，位于开始位置的起始代码段设置为Startup.o的Start段。
图4-1设置开始位置的起始代码段
（5）编译工程，选择Project→Debug，启动AXD进行软件仿真调试。
（6）在Test.c文件中调用Add（）的代码处设置断点，然后全速运行程序。
（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，然后单步／全速运行程序，判断程序的运算结果是否正确。
如图4-2所示。
图4-2ARM实验4的运行观察结果
六、思考题
在实验参考程序中，如何以指针形式传递参数？
（即设汁“uint32Add（uint32*x，uint32*y）”函数。
）
七、参考程序
startup.s文件程序见实验3
//Test.c
#defineuint8unsignedchar
#defineuint32unsignedint
externuint32Add（uint32x,uint32y）;
uint32sum;
voidMain（void）
{
sum=Add（5,4）;
while
（1）;
}
;Add.s
EXPORTAdd
AREAAddc,CODE,READONLY
ENTRY
CODE32
Add
ADDR0,R0,R1
MOVPC,LR
END
源代码组织见图
源代码组织图
实验五ARM处理器工作模式实验
一、实验目的
1.掌握如何使用MRS/MSR指令实现ARM处理器工作模式的切换；
2.了解在各个工作模式下的寄存器。
二、实验环境
PC机一台
软件：
ADS1.2集成开发环境
三、实验容
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处理器在各种模式下寄存器的区别。
四、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TEST5.S，编写实验程序，然后添加到工程中。
（3）设置工程地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。
设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。
（4）编译工程，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。
五、思考题
1.在用户模式或系统模式下读取SPSR寄存器会有何结果？
2.在非特权模式下能否对CPSR寄存器设置？
能否读取CPSR寄存器的值？
3.在非特权模式下如何使能/禁止IRQ或FIO中断？
（提示：
可以先使用SWI指令切换到管理模式）
4.程序中能不能通过MSR指令直接修改CPSR中的T位来实现ARM状态/Thumb状态的切换？
六、参考程序
;定义堆栈的大小
USR_STACK_LEGTHEQU64
SVC_STACK_LEGTHEQU0
FIQ_STACK_LEGTHEQU16
IRQ_STACK_LEGTHEQU64
ABT_STACK_LEGTHEQU0
UND_STACK_LEGTHEQU0
AREAExample5,CODE,READONLY;声明代码段Example5
ENTRY;标识程序入口
CODE32;声明32位ARM指令
STARTMOVR0,#0
MOVR1,#1
MOVR2,#2
MOVR3,#3
MOVR4,#4
MOVR5,#5
MOVR6,#6
MOVR7,#7
MOVR8,#8
MOVR9,#9
MOVR10,#10
MOVR11,#11
MOVR12,#12
BLInitStack;初始化各模式下的堆栈指针
;打开IRQ中断（将CPSR寄存器的I位清零）
MRSR0,CPSR;R0<=CPSR
BICR0,R0,#0x80
MSRCPSR_cxsf,R0;CPSR<=R0
;切换到用户模式
MSRCPSR_c,#0xd0
MRSR0,CPSR
;切换到管理模式
MSRCPSR_c,#0xdf
MRSR0,CPSR
HALTBHALT
;名称：
InitStack
;功能：
堆栈初始化，即初始化各模式下的堆栈指针。
;入口参数：
无
;出口参数：
无
;说明：
在特权模式下调用此子程序，比如复位后的管理模式
InitStack
MOVR0,LR;R0<=LR，因为各种模式下R0是相同的
;设置管理模式堆栈
MSRCPSR_c,#0xd3
LDRSP,StackSvc
;设置中断模式堆栈
MSRCPSR_c,#0xd2
LDRSP,StackIrq
;设置快速中断模式堆栈
MSRCPSR_c,#0xd1
LDRSP,StackFiq
;设置中止模式堆栈
MSRCPSR_c,#0xd7
LDRSP,StackAbt
;设置未定义模式堆栈
MSRCPSR_c,#0xdb
LDRSP,StackUnd
;设置系统模式堆栈
MSRCPSR_c,#0xdf
LDRSP,StackUsr
MOVPC,R0
StackUsrDCDUsrStackSpace+（USR_STACK_LEGTH-1）*4
StackSvcDCDSvcStackSpace+（SVC_STACK_LEGTH-1）*4
StackIrqDCDIrqStackSpace+（IRQ_STACK_LE
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