嵌入式系统实验指导指导书完整版资料.docx

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嵌入式系统实验指导指导书完整版资料

嵌入式系统实验指导

王艳春李英一张劲松

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、实验内容

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，设置链接地址。

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指的是系统可读写内存的地址。

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，将编译链接整个工程。

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、实验内容

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）设置工程链接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。

设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。

（4）编译链接工程，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、实验内容

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指令系统的内容。

（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调试的内容。

（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）设置工程链接地址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）编译链接工程，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：

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调试的内容。

（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）设置工程链接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。

设置调试入口地址Imageentrypoint为Ox40000000。

（4）设置工程链接选项，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、实验内容

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）设置工程链接地址ROBase为0x40000000，RWBase为0x40003000。

设置调试入口地址Imageentrypoint为0x40000000。

（4）编译链接工程，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