微机原理与嵌入式系统基础实验.docx

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微机原理与嵌入式系统基础实验

微机原理与嵌入式系统基础

实验指导

嵌入式系统教研室

2010年4月7日

西安邮电学院计算机系嵌入式系统教研室

2

第1章ADS1.2IDE工具简介................................................................................3

1.1ADS1.2简介................................................................................................................3

1.2ADS1.2集成开发环境练习........................................................................................4

第2章ARM指令系统及运算基础实验..................................................................10

2.1二进制数加减运算.....................................................................................................10

2.2带符号数的加减法运算.............................................................................................13

2.3简单分支程序设计.....................................................................................................15

2.4数据块转储实验（循环程序设计）.........................................................................16

2.5数值1到数值100的累加程序设计.........................................................................18

2.6搜寻最大数、最小数程序设计.................................................................................19

2.7子程序实验.................................................................................................................21

第3章ARM（LPC2000系列）体系结构实验.......................................................24

3.1EasyARM2131实验板简介.......................................................................................24

3.2JTAG仿真器的启动与设置......................................................................................24

3.3基于嵌入式系统的C语言程序实验........................................................................26

3.4GPIO输出控制实验1（单点）................................................................................27

3.5GPIO输出控制实验2（多点）................................................................................29

3.6GPIO输入实验..........................................................................................................31

3.7外中断实验.................................................................................................................33

3.8定时器基本功能实验1（匹配反转输出功能应用）..............................................35

3.9定时器基本功能实验2（定时器中断）..................................................................37

3.10UART串行数据通信实验1（查询方式）..............................................................39

3.11UART串行数据通信实验2（中断方式）.............................................................42

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3

第1章ADS1.2IDE工具简介

1.1ADS1.2简介

ARMADS全称为ARMDeveloperSuite，是由ARM公司提供的专门用于ARM处理器

应用开发和调试的综合性工具软件。

目前使用的ADS1.2版本是一款功能强大的开发工具和

易于使用的集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）。

它可以安装在Windows

NT4，Windows2000，Windows98，Windows95，WindowsXP和WindowsMe等操作系统。

ADS主要包含CodeWarriorIDE、AXD两部分；

①CodeWarriorIDE工具主要用于工程的管理配置、源程序的编辑、编译和链接；嵌入

式系统开发人员在此环境中，用C、C++或ARM汇编语言编写ARM和Thumb处理器源程

序，将源代码文件、库文件、其他相关的文件以及编译环境设置等组织在一个工程中，并可

以设置生成在SRAM调试（DebugInSRAM）、在Flash调试（DebugInFLASE）或发布版

（RelInFLASH）等不同的生成目标。

各生成目标在同一个工程中共享源文件、库文件等，

便于用户在不同开发阶段的使用。

工具界面参见图1-1。

图1-1CodeWarriorIDE视窗

②AXD主要用于工程的下载和调试。

嵌入式系统开发人员使用此工具软件可以对用户

程序进行诸如断点的设置与清除、程序运行控制、单步执行、寄存器数据监视和变量的查看

等调试操作。

另外，AXD挂接在CodeWarriorIDE中，用户可在CodeWarriorIDE中直接点

击启动AXD，调试用户程序；也可以单独启动AXD，加载、调试用户代码。

工具界面参见

图1-2。

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图1-2AXD视窗

1.2ADS1.2集成开发环境练习

1.实验目的

学习ADS1.2集成开发环境的使用方法。

2.实验设备

􀁺硬件：

PC机一台

􀁺软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

3.实验内容

（1）ADS的启动；

（2）使用asmforlpc2131工程模板，建立一个新的工程。

（3）在模板文件main.S文件中，加入用户汇编代码。

（4）编译链接工程。

（5）调试工程。

（6）学习ADS工具的使用。

4.实验预习要求

阅读《ADS集成开发环境及仿真器应用》文档或其它相关资料，了解系统调试技术，

了解ADS、AXD的基本功能。

5.实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境。

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5

图1-3启动ADS

②在ADS主窗口主菜单选择File->New，使用asmforlpc2131工程模板建立一个工程

（图例中工程名称为：

ZQL_LIB1），指定工程路径（图例中工程路径为

D:

\ARM_Lib_Bak\ARM_asm）。

图1-4使用模板在ADS中创建工程

③点击确认<按钮>，创建工程。

④在ZQL_LIB1工程窗口，双击模板文件main.S，打开该文件。

图1-5ADS工程管理器

⑤可在主窗口菜单选择Edit->Perferences，设置字体和字号。

⑥在main.S文件编辑窗的“addtheusercodehere.添加用户代码”行下建立用户汇

编程序代码。

可选用的工程模

板列表

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图1-6ADS视窗的主要组成

⑦选择Project->Make（或快捷键），编译链接整个工程。

若编译成功，则Erros&

Warnings对话框会报告编译错误为0，此时即可对工程进行仿真。

图1-7ADS主菜单

在此处添加用户代码

用户代码编辑窗

用户工程窗

ADS窗口

主菜单

ADS窗口工具条行

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图1-8ADS编译报告窗口

⑧选择Project->Debug（或快捷键），IDE环境就会启动AXD调试软件。

图1-9从ADS中启动AXD

编译报告窗口

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图1-10AXD工具窗口的主要构成

6.调试方法

①单步运行；在AXD调试器主窗口，选择Execute->Step（或快捷键），处理

器执行一行代码；

②设置断点；在AXD调试器“代码调试窗口”双击目标代码行，若出现红色实心圆

点，则表示断点设置成功；然后选择Execute->Go全速运行，处理器执行程序停止

在断点行；

③运行到光标行；在AXD调试器“代码调试窗口”单击选择目标代码行，然后在AXD

调试器主窗口，选择Execute->RuntoCursor运行到光标处；通过断点调试可以观察

ARM寄存器和存储单元的数值变化，具体操作方法在后面的实验中会作详细介绍。

AXD寄存器窗口，

可点击打开各模式

寄存器集

AXD内存显示窗口

蓝色箭头指向当前待执行指令

执行控制工具图标

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图1-11AXD工具调试用户代码与查看内存

7.思考

（1）工程模板有哪些作用？

（提示：

对照VCStudioIDE。

）

（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。

）

AXD调试窗口

AXD调试代码窗口

指定显示内存的地址空间

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第2章ARM指令系统及运算基础实验

2.1二进制数加减运算

1.实验目的

􀁺了解ADS1.2集成开发环境及ARMulator软件仿真。

􀁺掌握ARM7TDMI常用汇编指令的用法，并能编写简单的汇编程序。

􀁺学习使用LDR/STR/ADD/SUB指令完成存储器的访问及二进制数据加减运算。

􀁺领会处理器进行数据处理的方式原理。

2.实验设备

􀁺硬件：

PC机一台

􀁺软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

3.实验内容

（1）使用LDR指令读取Data1、Data2数据，完成两数相加/减，将结果写入到Data3单

元。

（2）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（Processor

Registers）监视R0和R1的值，打开存储器观察窗口（Memory）监视Data1、Data2和Data3

存储单元的值。

4.实验预习要求

学习ADS工程编辑和AXD调试工具的使用，二进制运算，处理器运行原理。

5.实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择asmforlpc2131工程模板建立一个工程

TEST2。

②在模板文件main.S中，补加用户代码，编写实验程序，保存。

③选择主窗口菜单Project->Make（或直接快捷键），联编工程；

④联编无错后，选择主窗口菜单Project->Debug，启动AXD进行软件仿真调试。

⑤注意首次使用AXD时，需要设置AXD仿真环境，AXD主菜单：

选择

Options->ConfigureTarget…，打开ChooseTarget窗口，并在其中选择：

ARMUL仿

真器；方法如下图示：

备注：

ARMUL仿真器是AXD环境下的软件仿真器，在PC机上仿真了ARM处理器的

执行情况；可用于软件算法调试，不能仿真硬件外设系统。

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图2-1为AXD配置仿真环境

图2-2配置AXD使用软件仿真

⑥打开寄存器窗口（Registers），选择Current项，监视R0、R1和R2的值。

打开存储

器观察窗口（Memory）设置观察Data1、Data2和Data3单元值，显示方式Size为

32bit。

6.实验参考程序

Data3=Data1+Data2运算汇编指令实验1的参考程序见程序清单2-1

程序清单2-1汇编指令实验1参考程序

AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1

配置AXD目标

配置AXD使用

ARMUL软件仿真器

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ENTRY;标识程序入口

CODE32;声明32位ARM指令

STARTLDRR11,=Data1;R11<=address（Data1）

LDRR0,[R11];R0<=Data1

LDRR11,=Data2;R11<=address（Data2）

LDRR1,[R11];R0<=Data2

ADDR2,R1,R0

LDRR11,=Data3;R11<=address（Data3）

STRR2,[R11];[R1]<=R2，即设置COUNT为0

HALTBHALT

Data1DCD0x12345678

Data2DCD0x87654321

Data3DCD0x00

END

Data3=Data2－Data1运算汇编指令实验2的参考程序见程序清单2-2。

程序清单2-2汇编指令实验2参考程序

AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1

ENTRY;标识程序入口

CODE32;声明32位ARM指令

STARTLDRR11,=Data1;R11<=address（Data1）

LDRR0,[R11];R0<=Data1

LDRR11,=Data2;R11<=address（Data2）

LDRR1,[R11];R0<=Data2

SUBR2,R1,R0

LDRR11,=Data3;R11<=address（Data3）

STRR2,[R11];[R1]<=R2，即设置COUNT为0

HALTBHALT

Data1DCD0x12345678

Data2DCD0x87654321

Data3DCD0x00

END

7.思考

（1）LDR伪指令与LDR加载指令的功能和应用有哪些区别，举例说明？

（提示：

LDR

伪指令的形式为“LDRRn，=expr”。

）

（2）LDR/STR指令的前索引偏移指令应如何编写？

指令是怎样操作的？

（3）在AXD调试是如何复位程序？

（提示：

选择File->ReloadCurrentImage重新加载映

像文件。

）

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2.2带符号数的加减法运算

1.实验目的

􀁺了解ADS1.2集成开发环境及ARMulator软件仿真。

􀁺掌握ARM7TDMI常用汇编指令的用法，并能编写简单的汇编程序。

􀁺学习使用LDR/STR/ADD/SUB指令完成存储器的访问及带负号数的加减运算。

􀁺领会处理器进行数据处理的方式原理及符号数的表示与运算。

2.实验设备

􀁺硬件：

PC机一台

􀁺软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

3.实验内容

（1）使用LDR指令读取Data1、Data2数据，完成两数相加/减，将结果写入到Data3单

元。

（2）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（Processor

Registers）监视R0和R1的值，打开存储器观察窗口（Memory）监视Data1、Data2和Data3

存储单元的值。

（3）注意观察“CPSR_标志位”的情况，领会CPSR标志位的工作情况与含义；

（4）注意观察符号数的计算机表示方式；

4.实验预习要求

学习ADS工程编辑和AXD调试工具的使用，符号数的表示与运算，处理器运行原理。

5.实验步骤

（1）启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择asmforlpc2131工程模板建立一个工程TEST2。

（2）在模板文件main.S中，补加用户代码，编写实验程序，保存。

（3）选择主窗口菜单Project->Make（或直接快捷键），联编工程；

（4）联编无错后，选择主窗口菜单Project->Debug，启动AXD进行软件仿真调试。

（5）打开寄存器窗口（Registers），选择Current项，监视R0、R1和R2的值。

打开存储

器观察窗口（Memory）设置观察Data1、Data2和Data3单元值，显示方式Size为32bit，

注意观察CPSR寄存器中的各标志位的情况。

6.实验参考程序

Data3=Data1+Data2运算汇编指令实验1的参考程序见程序清单2-3。

程序清单2-3汇编指令实验3参考程序

INCLUDELPC2294.INC;Includetheheadfile引入头文件

;声明MAIN函数

;ExportMAINfuncton

EXPORTMAIN;MAINFunction主程序

CODE32

AREAmain,CODE,READONLY;声明代码段Example1

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ENTRY;标识程序入口

CODE32;声明32位ARM指令

MAIN

;addtheusercodehere.添加用户代码

LDRR11,=Data1;R11<=address（Data1）

LDRR0,[R11];R0<=Data1

LDRR11,=Data2;R11<=address（Data2）

LDRR1,[R11];R0<=Data2

ADDSR2,R1,R0

LDRR11,=Data3;R11<=address（Data3）

STRR2,[R11];[R1]<=R2，即设置COUNT为0

HALTBHALT

Data1DCD-18

Data2DCD6

Data3DCD0

END

Data3=Data2－Data1运算汇编指令实验4的参考程序见程序清单2-4。

程序清单2-4汇编指令实验4参考程序

INCLUDELPC2294.INC;Includetheheadfile引入头文件

;声明MAIN函数

;ExportMAINfuncton

EXPORTMAIN;MAINFunction主程序

CODE32

AREAmain,CODE,READONLY;声明代码段Example1

ENTRY;标识程序入口

CODE32;声明32位ARM指令

MAIN

;addtheusercodehere.添加用户代码

LDRR11,=Data1;R11<=address（Data1）

LDRR0,[R11];R0<=Data1

LDRR11,=Data2;R11<=address（Data2）

LDRR1,[R11];R0<=Data2

SUBSR2,R1,R0

LDRR11,=Data3;R11<=address（Data3）

STRR2,[R11];[R1]<=R2，即设置COUNT为0

HALTBHALT

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Data1DCD0x87654321

Data2DCD0x12345678

Data3DCD0

END

7.思考

（1）模拟32bit处理器对带符号数（63）+（-65）在计算机中的表示与运算。

（2）参考程序清单中关于加减法指令，如果不加S后缀的话，对CPSR会有什么影响？

2.3简单分支程序设计

1.实验目的

􀁺掌握ARM条件执行指令的使用方法，学习分支程序设计。

􀁺加深领会处理器可以自动区分情况进行数据处理的方式原理。

2.实验设备

􀁺硬件：

PC机一台

􀁺软件：

Windows98/XP/2000系统，ADS1.2集成开发环境

3.实验内容

使用条件执行指令编写完成下述C代码功能的分支程序。

if（x==y）z=a+b;

elseif（x

elsez=b–a;

4.实验预习要求

分支程序设计，ARM指令条件执行等相关知识。

5.实验步骤

①启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择asmforlpc2131工程模板，建立工程TEST3。

②在模板文件main