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1、嵌入式系统设计实 验 指 导 书电子工程系2010年3月哈尔滨目 录实验一 ADS 1.2集成开发环境实验1实验二 汇编指令实验6实验三 C语言调用汇编实验9实验四 外部中断与GPIO输出控制实验11实验五 PWM输出实验14实验六 定时器实验17实验七 C/OS-移植实验19实验八 基于C/OS-的键盘与数码管显示实验29实验一 ADS 1.2集成开发环境实验一、实验目的1. 了解ADS 1.2 集成开发环境的使用方法二、实验仪器设备、材料1. 硬件：PC 机 一台2. 软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS集成开发环境三、实验内容1. 建立一个新的工程。2. 建立一个C 源
2、文件，并添加到工程中。3. 设置文本编辑器支持中文。4. 设置编译链接控制选项。5. 编译链接工程。6. 调试工程。四、实验步骤（1）启动ADS1.2 IDE 集成开发环境，选择【File】-【New】，使用ARM ExecutableImage 工程模板建立一个工程，工程名称为ADS，见图1.1。图1.1 建立ARM 指令代码的工程（2）选择【File】-【New】建立一个新的文件TEST1.S，设置直接添加到项目中，见图1.2。输入如程序清单1.1 所示的代码，并保存，见图1.3。图1.2 新建文件TEST1.S图1.3 添加了TEST1.S 的工程管理窗口程序清单1.1 TEST1.S
3、文件代码（3）由于ADS 安装以后默认字体是Courier New，对于中文支持不完善，因此建议修改字体。选择【Edit】-【Perferences】，可以看见以下对话框，如图1.4所示。在Font 选项设置字体是Fixedsys，Script 是CHINESE_GB2312 。由于Tab 在不同文本编辑器解释不同，建议在Tab Inserts Spaces 前打勾，使Tab 键插入的是多个空格。图1.4 字体和Tab 设置（4）选择【Edit】-【DebugRel Settings】，在DebugRel Settings 对话框的左边选择ARM Linker 项，然后在Output 页设置链
4、接地址(见图1.5)，在Options 页设置调试入口地址(见图1.6)。图1.5 工程链接地址设置图1.6 工程调试入口地址设置（5）选择【Project】-【Make】，将编译链接整个工程。如果编译成功，见图1.7，Errors & Warnings 对话框会报告编译错误为0，那么就可以对工程进行仿真。图1.7 编译错误和警告对话框（6）选择【Project】-【Debug】, 或者按下快捷键F5。IDE 环境就会启动AXD 调试软件，见图1.8。断点调试方法：首先设置断点，只需要在第6 行灰色区域双击鼠标即可，如果出现红色实心圆点，那么表示断点设置成功，然后选择【Execute】-【Go
5、】全速运行，可以发现程序停止在第6 行。还有一种比较方便的调试方法就是Run to Cursor，单击鼠标第8 行灰色区域，如果AXD 将第8 行高亮就表示设置成功，然后选择【Execute】-【Run to Cursor】运行到光标，可以发现程序停止在第8 行。通过断点调试可以观察ARM 寄存器数值变化，具体的操作方法在后面的实验会具体介绍。图1.8 AXD调试窗口实验二 汇编指令实验1 实验目的（1）了解ADS 1.2 集成开发环境及ARMulator 软件仿真。（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
6、的访问。2 实验设备硬件：PC 机 一台软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境3 实验内容（1）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。然后再次读取0x40003100 上的数据，将数据加1，判断结果是否小于10周而复此循环。（2）使用ADS 1.2 软件仿真，单步、全速运行程序，设置断点，打开寄存器窗口(Processor Registers)监视R0、R1 的值，打开存储器观察窗口(Memory) 监视0x40003100 上的值。4 实验预
7、习要求（1）仔细阅读参考文献1第4 章ARM 指令系统的内容。（2）仔细阅读产品光盘附带文档ADS 集成开发环境及仿真器应用或其它相关资料，了解ADS 工程编辑和AXD 调试的内容 (本实验使用软件仿真) 。5 实验步骤（1）启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image 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）设置工程链接地址RO Base 为0x40000000，RW Base 为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point 为0x40000000。（6）编译链接工
8、程，选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行软件仿真调试。（7）打开寄存器窗口(Processor Registers)，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。说明：在Memory 窗口中点击鼠标右键，Size 项中可以选择显示格式为8Bit、16Bit 或32Bit，如图2.1 所示。可以单步运行程序，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。运行结果见图2.2。图 2
9、.1 Memory 窗口显示格式设置图 2.2 程序运行结果6 实验参考程序程序清单 2.1 汇编指令实验参考程序实验三 C语言调用汇编实验1 实验目的掌握在 C 语言程序中调用汇编程序，了解ATPCS 基本规则。2 实验设备硬件：PC 机 一台软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境3 实验内容在 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：uint32 Add(uint32 x, uint32 y)，其中uint32 已定义为unsigned int。4 实验预习要求（1）仔细阅读ARM 公司的ATPCS 的相关文档，比如ATPC
10、S.PDF。（2）仔细阅读产品光盘附带文档ADS 集成开发环境及仿真器应用或其它相关资料，了解ADS 工程编辑和AXD 调试的内容。(本实验使用软件仿真)5 实验步骤（1）启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image 工程模板建立一个工程ProgramC1。（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）设置工程链接地址RO Base 为0x40000000，RW Base 为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point 为0x40000000。（4）设置工程链接选项，位于开始位置的起始代码段
11、设置为Startup.o的Start段。（5）编译链接工程，选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行软件仿真调试。（6）在Test.c文件中的调用Add()的代码处设置断点，然后全速动行程序。（7）程序在断点处停止。使用Setp In 单步运行程序，观察程序是否转到汇编程序Add.S。（8）选择【Processor Views】-【Variables】)打开变量观察窗口，观察全局变量的值，单步/全速运行程序，判断程序的运算结果是否正确。6 实验参考程序C 语言调用汇编程序实验的参考程序见程序清单3.1。汇编加法函数代码见程序清单3.2。程序清单3.1 C语言调用汇编程序实验参考
12、程序程序清单3.2 汇编加法函数代码实验四 外部中断与GPIO输出控制实验1 实验目的（1）掌握向量中断控制器(VIC)的设置。（2）掌握外部中断引脚功能设置及外部中断的工作模式设置。（3）了解中断服务函数的编写。2 实验设备硬件：PC 机 一台，MagicARM2200-S 教学实验开发平台一套软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境3 实验内容设置 P0.20 脚为EINT3 功能，初始化为非向量中断，并设置为电平触发模式，然后等待外部中断。中断服务程序将蜂鸣器控制输出信号取反，然后等待中断信号的撤消，最后清除中断标志并退出中断。4 实验预习要求仔细阅读
13、参考文献1第5.4.6 节外部中断输入的说明，第5.8 节向量中断控制器的说明。5 实验步骤（1）启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for MagicARM2200 工程模板建立一个工程VICDef_C。（2）在user 组中的main.c 中编写主程序代码。（3）选用DebugInExram 生成目标，然后编译链接工程。（4）短接MagicARM2200-S 教学实验开发平台上的蜂鸣器跳线JP7，独立按键JP11。断开CF 卡跳线JP13、GPIO 接口J17，PS2 跳线JP4。（5）选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试
14、。（6）在中断服务程序中设置断点，全速运行程序，使EINT3 为低/高电平，即反复按下与释放KEY1。（7）单步/全速运行程序，观察程序是否正确运行，蜂鸣器是否蜂鸣。6 实验参考程序外部中断实验的参考程序见程序清单 4.1。程序清单 4.1 外部中断实验参考程序实验五 PWM输出实验1 实验目的掌握 PWM 功能，实现数模转换。2 实验设备硬件：PC 机 一台，MagicARM2200-S 教学实验开发平台一套软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境3 实验内容程序通过改变 PWM 占空比，使PWMDAC 端口输出步进升高的直流电压。4 实验预习要求（1）仔
15、细阅读参考文献1第5.15 节脉宽调制器（PWM）的说明。（2）仔细阅读本书第1 章的内容，了解MagicARM2200-S 教学实验开发平台的硬件结构，注意PWMDAC 部分的电路。5 实验步骤（1）启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for MagicARM2200 工程模板建立一个工程PWMDAC_C。（2）在user 组中的main.c 中编写主程序代码。（3）选用DebugInExram 生成目标，然后编译链接工程。（4）测量PWMDAC 测试圆孔的电压。（5）选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试。（6）全速运行程序
16、，用示波器或万用表测量电压。图 5.1 PWM连接电路6 实验参考程序数模转换实验的参考程序见程序清单 5.1。程序清单 5.1 数模转换实验参考程序实验六 定时器实验1 实验目的熟悉 LPC2000系列ARM7微控制器的定时器0/1 的基本设置及应用。2 实验设备硬件：PC 机 一台，MagicARM2200-S 教学实验开发平台一套软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境3 实验内容使用定时器 0 实现1 秒定时，控制蜂鸣器蜂鸣。采用软件查询方式等待定时时间到达。4 实验预习要求仔细阅读参考文献1第5.14 节定时器0 和定时器1 的说明。5 实验步骤（
17、1）启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for MagicARM2200 工程模板建立一个工程TimeBeep_C。（2）在user组中的main.c 中编写主程序代码。（3）选用DebugInExram生成目标，然后编译链接工程。（4）见图2.16，短接MagicARM2200-S 教学实验开发平台上的蜂鸣器跳线JP7。断开CF 卡跳线JP13、GPIO 接口J17。（5）选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试。可以全速运行程序，蜂鸣器会响一秒，停一秒，然后再响一秒依次循环。6 实验参考程序定时器实验的参考程序见程序清单6.1
18、。程序清单 6.1 定时器实验参考程序实验七 C/OS-移植实验1 实验目的(1) 掌握将C/OS-II 操作系统移植到ARM7 处理器的方法。(2) 了解C/OS-II 操作系统的基本原理和移植条件。2 实验设备硬件：PC 机 一台，MagicARM2200-S 教学实验开发平台一套软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境，C/OS-II 操作系统(V2.52)3 实验内容学习移植 C/OS-II 操作系统到ARM7 处理器，然后编写一个简单的多任务应用程序，实现LED 流水灯控制。4 实验预习要求(1) 仔细阅读参考文献4，了解C/OS-II 的组成和移
19、植相关的文件内容。(2) 仔细阅读参考文献1第35 章和第7 章的内容，了解ARM7 体系结构及其汇编编程，了解LPC2000 系列ARM7 微控制器的硬件结构(如向量中断控制器和定时器等)和C/OS-II 移植的相关说明。5 实验原理(1) C/OS-II 概述C/OS-II 是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核。C/OS-II是用ANSI C 语言编写，包含一小部分汇编代码，使之可以供不同架构的微处理器使用。C/OS-II 可以管理64 个任务，具有信号量、互斥信号量、事件标志组、消息邮箱、消息队列、任务管理、时间管理和内存块管理等系统功能。C/OS-II 软件体系结
20、构如图7.1 所示，由图可以看出，C/OS-II 包括以下3 个部分：C/OS-II 核心代码：包括10 个C 程序文件和1 个头文件，主要实现了系统调度、任务管理、内存管理、信号量、消息邮箱和消息队列等系统功能。此部分的代码与处理器无关。C/OS-II 配置代码：包括2 个头文件，用于裁剪和配置C/OS-II。此部分的代码与用户实际应用相关。C/OS-II 移植代码：包括1 个汇编文件、1 个C 程序文件和1 个头文件，这是移植C/OS-II 所需要的代码。此部分的代码与处理器相关。说明：移植代码的文件名不是固定的，但为了保持 C/OS-II 系统的一致性，文件名一般也不要改变(即OS_CP
21、U.H、OS_CPU_A.ASM 和OS_CPU_C.C)。图 7.1 C/OS-II 软件体系结构(2) C/OS-II 移植条件移植 C/OS-II 之前需要注意，目标处理器必须满足以下几点要求：处理器的 C 编译器能产生可重入型代码；处理器支持中断，并且能产生定时中断(通常为10100HZ)；用 C 语言就可以开/关中断；处理器能够支持一定数量的数据存储硬件堆栈(可能是几千字节)；处理器有将堆栈指针以及其它 CPU 寄存器的内容读出，并保存到堆栈或内存中去的指令。LPC2000 系列ARM7 微控制器可以满足第2、4 和5 点要求，使用ADS 1.2 的C 编译器可以满足第1、3 点要求
22、。(3) C/OS-II 移植步骤1) OS_CPU.H 的移植在 OS_CPU.H 文件中定义与处理器相关(实际上是与编译器相关)的数据类型，如BOOLEAN、INT8U、INT8S 等等。根据ADS 1.2 编译器的特性，定义代码可参考程序清单7.1。程序清单 7.1 OS_CPU.H与编译器相关的数据类型在 OS_CPU.H 文件中定义与处理器相关的宏，主要是进入临界区的OS_ENTER_CRITICAL 和退临界区的OS_EXIT_CRITICAL，定义代码可参考程序清单7.2。如程序清单7.2所列，将OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()定义为软
23、件中断函数，所以还要编写相应的软件中断处理代码(可以在OS_CPU_C.C 文件中编写)实现开/关中断。同样定义 OS_TASK_SW()为软件中断函数，并编写有相应的软件中断处理代码(调用OSIntCtxSw 函数)实现任务切换。程序清单 7.2 OS_CPU.H与处理器相关的宏2) OS_CPU_C.C 的移植在 OS_CPU_C.C 文件中，需要编写以下10 个简单的C 函数：OSTaskStkInit()；OSTaskCreateHook()；OSTaskDelHook()；OSTaskSwHook()；OSTaskIdleHook()；OSTaskStatHook()；OSTaskT
24、ickHook()；OSInitHookBegin()；OSInitHookEnd()；OSTCBInitHook()。其中，9 个系统Hook 函数可以为空函数，也可以根据用户自己的需要编写相应的操作代码。任务栈结构初始化函数OSTaskStkInit，必须根据移植时统一定义的任务堆栈结构进行初始化，代码参考程序清单7.3。程序清单 7.3 OS_CPU_C.C函数OSTaskStkInit3) OS_CPU_A.S 的移植由于 ADS1.2 编译器默认汇编文件后缀名为“S”，所以移植代码OS_CPU_A.ASM 改名为OS_CPU_A.S。在 OS_CPU_A.S 文件中，需要编写以下4
25、个简单的汇编语言函数：OSStartHighRdy()；OSCtxSw()；OSIntCtxSw()；OSTickISR()。其中，函数 OSCtxSw 不是必须的，但必须要定义好函数OS_TASK_SW(在OS_CPU.H中声明)，以实现任务级任务切换。在 ISR(中断服务程序)中切换任务时会调用OSIntCtxSw 函数，代码参考程序清单7.4。程序清单 7.4 OS_CPU_A.S函数OSIntCtxSw启动 C/OS-II 是通过调用OSStart()实现，OSStart()最终调用函数OSStartHighRdy()运行多任务启动前优先级最高的任务。OSStartHighRdy()函
26、数的代码参考程序清单7.5。说明：在OS_CPU_C.C 文件已定义OSStartHighRdy()，此函数直接调用_OSStartHighRdy()。程序清单 7.5 OS_CPU_A.S函数OSStartHighRdy函数 OSTickISR 为系统时钟节拍中断函数，这需要使用到处理器的定时器和定时中断。为了达到集中地初始化硬件(定时器、中断和I/O 等)的目的，此函数可以在用户工程的启动代码文件中实现，参考程序清单7.6。说明：系统时钟节拍中断函数的名称并不是固定的，也并不一定要在 OS_CPU_A.S 文件中实现。程序清单 7.6 系统时钟节拍中断服务程序6 实验步骤(1) 连接Eas
27、yJTAG 仿真器和MagicARM2200-S，然后安装EasyJTAG 仿真器的驱动程序(若已经安装过，此步省略)。(2) 为ADS1.2 增加LPC2200(for MagicARM2200)专用工程模板(若已增加过，此步省略)。(3) 建立一个项目目录uCOS-II，添加C/OS 2.52 源代码和移植代码(移植代码在产品配套光盘上可以找到，其目录名为ARM)。将移植的PC 服务代码Arm_Pc 复制到项目目录uCOS-II 下。(4) 将C/OS 2.52 源代码Source(目录)复制到项目目录，此时uCOS-II 目录的结构如图7.2 所示。C/OS 2.52 源代码可以从参考文
28、献4的附带光盘上获得。说明：SOURCE 子目录下存放C/OS 2.52 源代码，ARM 子目录存放移植代码，Arm_Pc子目录存放移植的PC 服务代码(可通过串口向PC 机发送显示信息)。图 7.2 C/OS-II 目录的结构(5) 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for UCOSII(for MagicARM2200)工程模板建立一个工程LedDisp，工程存储在uCOS-II 目录下。(6) 打开工程窗口user 组中的main.c 文件，编写实验程序并保存。(7) 根据程序设计来更改Os_cfg.h 文件，配置C/OS-II 操作系统。(对于本实验，C
29、/OS-II的配置使用模板默认设置即可)(8) 选用DebugInExram 生成目标，如图7.3 所示，然后编译链接工程。图 7.3 选择生成目标(9) 将MagicARM2200-S 的JP5、JP7 跳线短接，JP13 跳线断开。注意：JP7 与IDE 硬盘/CF 卡电路的JP13 跳线复用P0.7 口。(10) 选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试 (需要正确设置仿真器，参考产品配套光盘附带文档ADS 集成开发环境及仿真器应用) 。注意：使用DebugInExram 生成目标时，使用片外RAM 进行仿真调试，在AXD 中设置仿真器参考如图3.4 所
30、示。(11) 若JTAG 连接出错，或AXD 主窗口没有显示startup.s 源程序，按产品配套光盘附带文档ADS 集成开发环境及仿真器应用介绍的方法进行处理。(12) 全速运行程序，程序将会在main.c 的主函数中停止(因为main 函数起始处默认设置有断点)。(13) 全速运行程序，观察MagicARM2200-S 的LED1LED8 显示，监听蜂鸣器是否蜂鸣。图 7.4 片外RAM 调试的仿真器设置7 实验参考程序C/OS-II 移植实验的参考程序见程序清单7.7。程序清单 7.7 C/OS-II 移植实验参考程序实验八 基于C/OS-的键盘与数码管显示实验1 实验目的(1) 掌握将
31、C/OS-II 操作系统移植到ARM7 处理器的方法。(2) 了解C/OS-II 操作系统的基本原理和移植条件。2 实验设备硬件：PC 机 一台，MagicARM2200-S 教学实验开发平台一套软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境，C/OS-II 操作系统(V2.52)3 实验内容学习移植 C/OS-II 操作系统到ARM7 处理器，然后编写一个简单的多任务应用程序，实现键盘与数码管显示。4 实验预习要求(1) 仔细阅读参考文献4，了解C/OS-II 的组成和移植相关的文件内容。(2) 仔细阅读参考文献1第35 章和第7 章的内容，了解ARM7 体系结构及其汇编编程，了解LPC2000 系列ARM7 微控制器的硬件结构(如向量中断控制器和定时器等)和C/OS-II 移植的相关说明。5本实验要求学生独立完成
