嵌入式综合实验报告.doc

ARM嵌入式系统基础 综 合 实 验 报 告 姓名： 班级： 学号： 指导教师： 实验时间：2014年11月24日 目录1、 实验目的-32、 实验设备-33、 实验内容-34、 实验预习要求-35、 实验原理-46、 实验步骤-97、 实验参考程序-138、 实验心得-16备注：在流水灯显示的程序中，显示的字母为LIXUE，分别对应ASCII码： L-0x4C I-0x49 X-0x58 U-0x55 E-0x45 全亮-0XFF全灭-0X00流水灯一个周期的显示流程：流水灯全亮一次；流水灯全灭一次，显示一个字母；流水灯全亮一次。根据字母显示的个数，计算出一个周期的需要的次数为12。一、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。3、 掌握LPC2200(for MagicARM2200)专用工程模板的使用；4、能够在MagicARM2200-S 上运行基于C/OS-II 操作系统的程序；5、 掌握基于C/OS-II 操作系统的用户程序的编写格式。二、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)三、 实验内容1、编写一个简单的多任务应用程序，实现LED 流水灯控制。2、建立两个C/OS-II 的任务，一个任务用于检测KEY1 按键(P0.20 口的输入)，这里就称之为按键检测任务，另一个任务用于控制蜂鸣器，这里就称之为蜂鸣器控制任务。蜂鸣器控制任务平时处于等待状态，当按键检测任务检测到有效按键输入时，立即唤醒蜂鸣器控制任务。四、实验预习要求1、了解C/OS-II 的组成和移植相关的文件内容。2、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。3、仔细阅读参考文献1第5.7 节的LPC2000 管脚连接模块，第5.9 节的GPIO。4、仔细阅读本书第1 章的内容，了解MagicARM2200-S 的硬件结构，注意蜂鸣器的控制电路及KEY1 按键电路的说明。5、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它相关资料，6、了解ADS 1.2 集成开发环境、LPC2200(for MagicARM2200)专用工程模板、EasyJTAG 仿真器的应用7、阅读参考文献4的第16 章和第17 章的内容，了解C/OS-II 操作系统的配置，系统的初始化，任务的建立，系统的启动等等。五、实验原理LED 流水灯控制实验原理：(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 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_CPU.H、OS_CPU_A.ASM 和OS_CPU_C.C)。(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。(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。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()； OSTaskTickHook()； 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。3) 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 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。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()函数的代码参考程序清单3.5。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3.6。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。蜂鸣器实验原理：在MagicARM2200-S 上运行基于C/OS-II 操作系统的程序的具体操作步骤如下。说明： (PC) - 属于在PC 机上操作，即软件的操作(硬件) - 属于MagicARM2200-S 硬件操作(PC+硬件) - 属于在PC 机上进行软件操作，硬件上要连接或跳线操作(1) 安装ADS 1.2运行在ADS 目录下Setup.exe，开始安装ADS1.2。(若已安装过，此步省略)按照安装软件的提示安装，与其它软件安装操作方法基本一致。(2) 了解ADS 1.2使用ADS1.2 建立工程，编译链接设置，调试操作等，更详细的使用方法参考ADS1.2的在线帮助文档或相关资料。(若已熟悉ADS 1.2，此步省略)(3) 连接EasyJTAG 仿真器和MagicARM2200-S将EasyJTAG 仿真器的25 针接口通过并口延长线与PC 机的并口连接，先给MagicARM2200-S 实验箱供电，再将EasyJTAG 仿真器的20 针接口通过20 PIN 连接电缆接到MagicARM2200-S 的J3 上。(若已连接好，此步省略)(4) EasyJTAG 仿真器的安装与应用若已安装过，此步省略。(5) 添加工程模板若已添加过，此步省略。(6) 建立项目目录并添加C/OS 2.52 源代码和移植代码建立一个项目目录，比如uCOS-II。将C/OS 2.52 源代码Source(目录)复制到项目目录，将移植代码ARM(目录) 复制到项目目录。将移植的PC 服务代码Arm_Pc 复制到项目目录，使用移植的PC 服务代码，就可以通过串口向PC 发送显示数据(由EasyARM 软件的DOS 字符窗口显示)。C/OS 2.52 源代码可以从参考文献4的附带光盘上获得。移植代码ARM 和移植的PC 服务代码Arm_Pc 可以从MagicARM2200-S 的产品配套光盘上获得。(7) 用工程模板建立工程使用LPC2200(for MagicARM2200)专用工程模板建立工程(比如“ARM Executable Imagefor UCOSII(MagicARM2200)”工程模板)，工程存放路径为项目目录下，建立源文件并加入工程，然后编写程序代码。更改Os_cfg.h 文件，配置C/OS-II 操作系统。编译链接工程，若有错误，则修改程序，然后再次编译。(8) 仿真调试工程正确设置MagicARM2200-S 的跳线；启动AXD 进行仿真调试。六、实验步骤LED 流水灯控制实验步骤：(1) 连接EasyJTAG 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。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(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/OS-II的配置使用模板默认设置即可)(8) 选用DebugInExram 生成目标，然后编译链接工程(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。(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。蜂鸣器实验步骤：(1) 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for UCOSII(MagicARM2200)工程模板建立一个工程GPIO，工程存储在uCOS-II 目录下。(2) 打开工程窗口user 组中的main.c 文件，编写实验程序并保存。(3) 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/OS-II的配置使用模板默认设置即可)(4) 选用DebugInExram 生成目标，然后编译链接工程。(5) 将MagicARM2200-S 的JP7、JP11 跳线短接，JP4、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; JP11 与PS/2 键盘鼠标接口的JP4_K_CLK 跳线复用P0.20 口。(6) 选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试 。(7) 若JTAG 连接出错，或AXD 主窗口没有显示startup.s 源程序，请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。(8) 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)。(9) 全速运行程序，然后按下/放开KEY1 按键，监听蜂鸣器是否蜂鸣。(10) 当仿真调试通过后关闭AXD，在ADS 1.2 集成开发环境中选用RelOutChip 生成目标，然后编译链接工程。(11) 将MagicARM2200-S 的JP7、JP11 跳线短接，JP4、JP13 跳线断开。(12) 选择【Project】-【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试。此时EasyJTAG 仿真器将会把程序下载到片外FLASH 上(需要正确设置仿真器)。(13) 将JP1 跳线断开，然后按MagicARM2200-S 上的RST 复位键，观察程序是否能脱机运行。(14) 实验结束后，在AXD 中设置仿真器为片外RAM 调试方式的设置，以便于后面实验的正确操作。七、实验参考程序在流水灯显示的程序中，显示的字母为LIXUE，分别对应ASCII码： L-0x4C I-0x49 X-0x58 U-0x55 E-0x45 全亮-0XFF全灭-0X00流水灯一个周期的显示流程：流水灯全亮一次；流水灯全灭一次，显示一个字母；流水灯全亮一次。根据字母显示的个数，计算出一个周期的需要的次数为12。#include config.h #include stdlib.h / P0.7为蜂鸣器的控制I/O #define BEEP (17) / LED控制宏函数定义。LED1-LED8的控制I/O为P1.16-P1.23 #define LED_ADJ 16 #define LED_IOCON (0xFFLED_ADJ) #define LED_OFF() IO1SET=LED_IOCON #define LED_DISP(dat) LED_OFF(); IO1CLR=(dat)LED_ADJ) #define TaskStkLengh 100 /定义用户任务堆栈长度OS_STK TaskStk0TaskStkLengh; /Define the Task0 stack 定义用户任务0的堆栈OS_STK TaskStk1TaskStkLengh; /Define the Task1 stack 定义用户任务1的堆栈void Task0(void *pdata); /Task0 任务0 void Task1(void *pdata); /Task0 任务1 void Task2(void *pdata); /Task0 任务2/*主函数*/ int main (void) OSInit OSTaskCreate (Task0,(void *)0, &TaskStk0TaskStkLengh - 1, 2); OSStart (); return 0; /*Task0 任务0 */ void Task0(void *pdata) const uint8 DISP_TAB12 = 0XFF,0x00,0x4C,0x00,0x49,0x00,0x58,0x00,0x55,0x00,0x45,0x00; uint8 i; pdata = pdata; TargetInit (); PINSEL0 = 0x00000000; / 设置P0口管脚连接GPIO IO0DIR = BEEP; / 设置蜂鸣器控制口为输出IO0SET = BEEP; IO1DIR = LED_IOCON; / 设置LED1LED8的控制口为输出LED_OFF(); / 建立任务1(用于蜂鸣器控制) OSTaskCreate (Task1,(void *)0, &TaskStk1TaskStkLengh - 1, 3); while (1) for(i=0; i12; i+) LED_DISP(DISP_TABi); / 输出LED显示数据OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC/2); / 延时0.5S /* Task1 任务1 */void Task1(void *pdata) pdata = pdata; while (1) OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC*10); / 延时10S IO0CLR = BEEP; / 控制蜂鸣器响OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC/2); IO0SET = BEEP; /* Task2任务2 */void Task2(void *pdata) pdata = pdata; TargetInit (); PINSEL0 = PINSEL0 & 0xffff3fff; / 管脚选择模块初始化PINSEL1 = PINSEL1 & 0xfffffcff; IO0DIR &= KEY1; / 设置KEY1的控制I/O为输入IO0DIR |= BEEP; / 设置蜂鸣器为输出IO0SET = BE