嵌入式实验指导书.doc

嵌入式实验指导书 1.1.2实验内容1.观看ADS安装视频文件“ADS安装视频文件.avi”；2.观看实验一视频文件“实验一.avi”；3.编写程序实现如下目的从汇编语言切换到C语言代码，然后在C代码中分别使用内嵌汇编语言和汇编子函数的方法实现同一功能（加函数功能）。 1.1.3预备知识1.ARM汇编语言基础知识；2.C语言基础知识；3.程序调试的基础知识和方法。 1.1.4实验设备1.硬件JXARM9-2410教学实验箱、PC机；2.软件PC机操作系统Windows98( 2000、XP)ADT IDE集成开发环境ADS1.2集成开发环境。 1.1.5实验原理1.ADS1.2的安装 1、运行ADS光盘中的setup.exe程序，出现如下图所示界面，并点击“Next”按钮。 2、出现下图所示对话框，电机“Yes”按钮。 3、出现下图所示对话框，在“Destination Folder”中电机“Browse”按钮选择ADS1.2的安装路径，此处选择缺省安装路径，然后选择“Next”按钮。 4、如下图所示，选择“Typical”，然后点击“Next”按钮。 5、如下图所示选择“Next”按钮。 6、如下图所示选择“Next”按钮。 7、如下图所示选择“Next”按钮。 8、将开始安装，如下图所示。 9、程序安装完成之后将提示如下对话框。 10、点击“下一步”将提示下图所示对话框。 11、在“License FileTo BeInstalled”中点击“Browse”按钮选择您的License文件位置，然后点击“下一步”。 12、点击“完成”。 13、点击“Finish”。 14、至此，安装完成，如下图所示，从开始菜单中选择运行ADS。 15、ADS运行界面如下图所示。 2.汇编语言和C语言混合编程在ARM编程中，一个程序往往采用汇编语言和C语言混合编程。 本实验的目的就是为了讲解ARM中C语言和汇编语言混合编程的方法。 1）汇编语言切换到C语言的方法C语言中定义的函数名在汇编语言中可以作为标号使用，因此，在汇编语言中可以使用程序分支指令直接转移到C语言中定义的标号（函数）中。 下面代码实现从汇编语言跳转到C语言的Main函数中汇编代码ENTRY;mark thefirst instructionto call_start MOVsp,#0x33000000;/*建立栈指针(r13)*/B Main;/*跳转到C语言程序*/C代码void Main()在上面的代码中，ENTRY指定程序的入口点为其后的第一条有效指令，此处为MOV指令，该MOV指令设置栈指针r13，在正确调用C语言之前必须正确设置栈指针到系统的ram中，否则调用C语言函数之后肯能会产生异常。 接下来调用Main函数，直接进入C语言调用。 2）汇编语言中函数的实现ARM编程中不同语言的程序只要遵守ATPCS规则就可实现不同语言间的相互调用。 程序间的相互调用最主要的是解决参数传递问题。 应用程序之间使用中间寄存器及数据栈来传递参数，其中，第14个参数使用r0r3传递，多于4个参数则使用数据栈进行传递。 输出参数由r0传递。 下面的代码就是用汇编语言写的一个简单函数。 asse_add ADD r0,r0,r1/*r0=r0+r1*/MOV pc,lr/*函数返回*/它相当于如下声明的C语言函数int asse_add(int x,int y);在汇编语言中可以使用BL asse_add指令调用该函数。 输入时，r0为x参数，r1为y参数，输出r0，该函数实现功能很简单，返回参数x与y的和。 3）C语言调用汇编文件中的函数以上面的asse_add函数为例，在C语言中声明该函数在其他文件中实现extern int asse_add(int x,int y);然后就可以象调用C函数一样调用该函数x=asse_add(10,20);4）C语言中内嵌汇编语言GCC支持大部分基本的内嵌汇编语言。 如下示例为C语言中采用内嵌汇编语言的方式实现asse_add相同的功能。 int embed_add(int x,int y)int tmp;_asmadd tmp,x,y;return tmp;3.建立一个新的工程打开ADS1.2，点击“File-New菜单”，弹出New对话框，如下图所示设置。 在“Project”页中的左边一栏选择“ARM ExecutableImage”，在“Project Name”中输入工程名“leddemo”，在Location中选择工程保存路径，此处为“D:workexamples_adsleddemo”，请注意，输入工程名后，在Location路径的后面将自动将工程名最为一个目录追加到Location后面。 设置完成后，请点击“确定”按钮。 这个操作将在“D:workexamples_adsleddemo”目录建立一个名为“leddemo”的工程。 4.创建一个新文件并加入到工程新建一个文件并保存为D:workexamples_adsleddemoleddemo.c。 点击“File-New菜单”出现如下图所示对话框，选择“File”页，并在“File Name”中输入文件名“leddemo”，在“Location”中输入文件保存路径“D:workexamples_adsleddemo”。 然后将“Add toproject”选中，在Targets中将可显示，并按照下图进行显示。 5.工程设置如下图所示，在工程串口点击工程设置图标将打开工程设置对话框。 本实验需要正确设置以下几个部分1）RO BaseRO Base是程序映像文件只读数据段的起始地址，通常这部分地址必须为存储器，在本实验必须正确的设置到SDRAM起始地址0x30000000地址处，在后续的实验中也将采取这一设置，如果没有设置这个值将缺省指定为0x8000，而这个地址在本系统中为FLASH，是不可写的，因此程序将不能正确地下载和调试。 5.工程设置要点正确设置如下图所示2）Layout中的设置Layout中设置映像文件的组织形式，如那个放在头部，那个放在尾部，通常只需要指定正确的头部就可以。 而且通常需要指定汇编文件的某个段为映像文件的头，在本实验中头为汇编代码asse.s中指定的init段。 AREA Init,CODE,READONLY;name thisblock ofcode因此需要请按照下图进行设置。 3）优化选项的设置在实验中为了更好地使用调试功能，通常将优化功能关闭。 如下图所示在“Optimization Level”设置中选择“Minimum”。 1.1.6实验步骤1.如果ADS1.2没有安装，请参照1.1.5节中的描述以及“ads安装视频文件.avi”视频文件安装ADS1.2。 2.观看“实验一.avi”视频文件，并打开“CodeWarrior forARM DeveloperSuite”，然后创建一个新工程。 3.点击“File”-“New”菜单，新建文件asse.s，参考1.1.7节代码该文件。 4.点击“File”-“New”菜单，新建文件main.c，参考1.1.7节代码该文件。 5.参照视频文件进行编译和调试，请注意以下几个方面的内容1）“RO Base”的设置；2）“Object/Symbol”以及“Section”的设置；3）“Optimization Level”的设置；4）变量的观察方法。 1.1.7实验参考程序本程序的入口点在asse.s文件的MOV指令。 设置栈指针后调用C语言实现的Main函数，然后在Main函数中分别调用汇编语言实现的函数asse_add以及C语言内嵌汇编语言实现的embed_add函数，这两个函数实现x和y值相加，通过调用相同的x，y参数看两个函数调用的结果是否相同。 1.asse.s;/*;*汇编语言编写实验;*该程序演示C语言和汇编语言的相互调用方法;*/IMPORT Main;The mainentry ofmon programEXPORT asse_add AREA Init,CODE,READONLY;name thisblock ofcode numEQU20;/*;*程序入口地址，传递参数并设置堆栈;*/ENTRY;mark thefirst instructionto call_start MOVsp,#0x33000000;/*建立栈指针(r13)*/B Main;/*跳转到C语言程序*/B_start;/*死循环，Main程序执行完成后将重新运行Main函数，永远不退出*/;/*;*intasse_add(int x,int y);*/asse_add ADD r0,r0,r1;/*r0=r0+r1*/MOV pc,lr;/*函数返回*/END2.main.c/*C语言演示程序*/extern intasse_add(int x,int y);int embed_add(int x,int y);void Main()int x,y;/*调用汇编函数asse_add*/x=asse_add(10,20);y=embed_add(10,20);int embed_add(int x,int y)int tmp;_asmadd tmp,x,y;return tmp;1.1.8实验报告要求1.简述如何实现汇编语言与C语言相互调用？2.简述如何设置程序入口点？1.2BOOTLOADER启动代码的设计1.2.1实验目的1.掌握BOOTLOADER基本功能程序下载和程序加载；2.掌握烧写BOOTLOADER到FLASH的方法；3.掌握BOOTLOADER裁减的基本概念和方法；4.掌握基本的串口、定时器和看门狗的用法。 1.2.2实验内容1.观看视频文件“bootloader的调试、烧写和裁减.avi”；2.观看视频文件“时钟、看门狗、串口操作以及BOOTLOADER引导.avi”；3.建立BOOLOADER工程(eg2_boot)并通过仿真器下载调试；4.将下载调试成功的BOOTLOADER程序烧写到FLASH，掉电运行；5.建立eg2工程，实现如下功能编写汇编程序和C程序，C程序进行定时器初始化，编写启动看门狗和关闭看门狗子程序；编写串口初始化程序（波特率115200），串口接收子程序和串口发送子程序；设置时钟10ms中断一次并开中断，并设置计时全局变量；C主程序为循环函数，检查计时变量，每2秒向串口发送数据“T”，并查询接收串口数据，收到数据向串口转发。 汇编中的IRQ中断调用C中断服务程序，C中断服务程序察看是那种中断，是定时器中断则计时全局变量加一。 6.将eg2通过仿真器下载调试；7.制作eg2映像文件，并使用eg2_boot的BOOTLOADER通过串口将其下载到内存，并由BOOTLOADER引导运行。 1.2.3预备知识1.ADS工程建立、设置基本知识；2.C语言基础知识；3.程序调试的基础知识和方法。 1.2.4实验设备1.硬件JXARM9-2410教学实验箱、PC机；2.软件PC机操作系统Windows98( 2000、XP)ADT IDE集成开发环境ADS1.2集成开发环境。 1.2.5实验原理1.BOOLOADER的特性和基本功能BOOTLOADER是位于系统复位入口点（对于ARM处理器，复位入口点为0地址）的一段程序，该程序能够实现复位运行，也就是它的运行不需要依赖于仿真器等辅助调试手段，而通常的做法是将其烧写到FLASH中运行（通常复位入口点处为FLASH等存储介质）。 BOOTLOADER通常由汇编语言和C语言编程实现，且引导部分代码用汇编语言编写。 BOOTLOADER通常用于辅助调试功能，各种不同的BOOTLOADER具有的功能不尽相同，但是一般都具有下面的两个功能 1、程序下载功能通过一定的通信手段（串口通信或者以太网通信）将代码从宿主机下载到目标系统（ARM）的存储器。 2、程序加载功能从指定的地址引导用户程序。 2.启动代码分析在启动代码中主要完成一些重要的硬件初始化动作，下面针对本实验eg2中的启动代码进行分析1）异常跳转表ENTRY bResetHandler bHandlerUndef;handler forUndefined modeb HandlerSWI;handler forSWI interruptb HandlerPabort;handler forPAbort bHandlerDabort;handler forDAbort b.;reserved bHandlerIRQ;handler forIRQ interruptb HandlerFIQ;handler forFIQ interrupt如上面的代码所示，异常跳转表为程序起始位置4832个字节的代码空间，它必须设置为程序入口点，且在这32个字节中分别放置8条跳转指令，分别跳转到对应异常的处理代码。 常用的有两个，一个为复位异常，在上面的程序中直接跳转到ResetHandler处运行，另外一个为IRQ中断异常，在上面的程序中直接跳转到HandlerIRQ处运行。 2）系统初始化在ResetHandler处为复位运行的入口点，在这里通常首先进行一些系统初始化的操作。 如下所示代码首先关闭看门狗和中断，然后存储控制寄存器的值，如SDRAM等存储器参数的初始化就是在这里进行。 ResetHandler ldr r0,=WTCON;关闭看门狗ldr r1,=0x0str r1,r0ldr r0,=INTMSK ldr r1,=0xffffffff;关闭中断str r1,r0ldr r0,=INTSUBMSK ldr r1,=0x3ff;关闭二级子中断str r1,r0;To reducePLL locktime,adjust theLOCKTIME register.ldr r0,=LOCKTIME ldr r1,=0xffffff str r1,r0;Set memorycontrol registersldr r0,=SMRDATA ldr r1,=BWSCON;BWSCON Addressadd r2,r0,#52;End address of SMRDATA0ldr r3,r0,#4str r3,r1,#4cmp r2,r0bne%B03）堆栈初始化接下来通过调用bl InitStacks进行堆栈初始化，由于在C语言中用到了堆栈，如声明一个局部变量就有可能是从堆栈中分配，因此在切换到C语言之前必须进行堆栈的初始化。 InitStacks的实现代码请参考1.2.7节。 4）段初始化在运行C语言之前，必须将其各个段按照一定的规则进行初始化。 主要有RW段的正确搬移和ZI段的清零。 程序代码通常被放置于RO段中，这部分只要求具有只读属性，因此可以在FLASH和RAM中，而一些变量等则放置于RW段中，这部分则必须在RAM中。 在前面的实验中我们已经知道在工程中可以设置RO Base和RW Base，可以设置为它们连续，也可以设置它们到不同的地址，因此这两段之间是可能存在空隙的。 而通过fromELF工具制作的映像文件（也就是执行代码）直接将RW连接到RO段的后面，而不管它们中间是否有间隙。 因此在启动代码中通常需要将RO段后的RW段数据拷贝到正确的地址。 下面的代码将从|Image$RO$Limit|（RO段的尾部，也就是RW的头部）指定的位置开始一直到|Image$ZI$Base|（ZI的头部，也就是RW的尾部）拷贝到|Image$RW$Base|开始的位置。 ;Copy andpaste RWdata/zero initializeddata ldr r0,=|Image$RO$Limit|;Get pointerto ROM data ldr r1,=|Image$RW$Base|;and RAMcopy ldr r3,=|Image$ZI$Base|;Zero initbase=top ofinitialised datacmp r0,r1;Check thatthey aredifferent beq%F21cmp r1,r3;Copy initdata ldrr2,r0,#4;-LDRCC r2,r0+ADD r0,r0,#4str r2,r1,#4;-STRCC r2,r1+ADD r1,r1,#4b%B1另外还需要将ZI段的数据清零，下面的代码就是实现这个功能，它将从|Image$ZI$Base|（ZI的头部）到|Image$ZI$Limit|中间的内容全部请零。 2ldr r1,=|Image$ZI$Limit|;Top ofzero initsegment movr2,#03cmp r3,r1;Zero initstr r2,r3,#4b%B35）开始运行C代码bl Main;开始运行C代码.3.程序下载功能实现本程序实现了通过串口接收程序的功能，通过下面的函数实现将主机端的程序下载到addr地址。 在主机端使用MTTTY.EXE软件的“Send FileWith Size(Text)”功能，选择待发送的文件，然后将计算文件大小并将大小发送到串口，此时目标机通过Uart_GetIntNum函数获取该大小，并开始从串口接收由MTTTY发送过来的其余的数据，保存在从addr地址起始的位置。 void Uart_Get_Data(unsigned intaddr)unsigned char*pData;int size;pData=(unsigned char*)addr;/*获取待下载程序大小*/Uart_Printf(Please enterthe sizeof fileto bedownloaded:);size=Uart_GetIntNum();Uart_Printf(rnDownloading,size=%d(0x%x).rn,size,size);/*开始下载，即从串口接收数据并放到addr开始的内存位置*/while(int)(pData-(unsigned char*)addr) 这种功能如果使用汇编语言很容易实现ldr pc,=0x30000000如果使用C语言则必须使用函数指针，首先定义一个函数指针fp，并将加载地址(0x30000000)赋值给fp，也就是指定fp代表的函数的运行地址为0x30000000,最后跳转到该函数处运行。 void FuncDemo_Start()FuncDemo_Entry fp;/*fp为函数指针，首先将其地址设置为0x30000000，然后执行函数指针指向的函数，相当于一条汇编指令:ldr pc,=0x30000000*/fp=(FuncDemo_Entry)0x30000000;(*fp)();4.BOOTLOADER功能的裁减BOOTLOADER和其它嵌入式软件一样，一般都具有可以裁减的功能，本实验以BOOTLOADER的TFTP下载功能为例简单介绍一下如何在BOOTLOADER中添加和裁减某一功能。 从1.2.7可以看出，在Main函数中有这样一段代码#ifdef CFG_TFTP case3:/tftp下载Tftp_Get_Data(0x30000000);break;#endif这段代码首先判断CFG_TFTP宏是否定义，如果没有定义则在它和#endif中间的代码都不会参加编译，也就是将该功能裁减了，如果定义了CFG_TFTP宏则具有该功能，也就是添加了该功能。 因此添加或者裁减该功能首先需要定义/注释下面这行代码。 #define CFG_TFTP另外如果定义了CFG_TFTP宏，则需要添加TFTP相关支持代码，下图所示，tftp目录下的为本实验TFTP支持代码，下面作一个简要说明，更加详细的了解请参考代码。 TFTP协议是一种微小的FTP协议，需要使用以太网设备，因此在TFTP支持代码中既有硬件相关的驱动层代码也有硬件无关的协议层代码。 下图的S3c2410.c文件中就包含RTL8019网络驱动，是与本系统硬件相关的，而其它的代码则主要实现各种网络协议，它们都是与硬件无关的代码。 4.通过仿真器调试BOOTLOADER程序BOOTLOADER虽然是可以复位运行的程序，但是在最开始也是需要调试的，下面讲述如何通过仿真器调试BOOTLOADER程序。 要通过仿真器调试BOOTLOADER程序，则必须使其运行于SDRAM中，并正确地指定程序入口点。 下面两个图分别设置RO Base以及Layout中的内容。 按照上面的设置编译后，下载运行方法和上一个实验中的方法相同。 7.BOOTLOADER复位运行的实现上面设置的BOOTLOADER程序必须通过仿真器下载到0x30000000或者通过其它的引导程序引导到0x30000000才能正确运行，而系统复位运行点为0地址，0地址为FLASH存储介质，也就是说该程序是没有办法复位自动运行的。 因此必须将RO Base设置为0x0地址，但是，如果这样设置的同时必须将RW Base设置到SDRAM位置（RW Base必须具备读写属性，不能在FLASH中），此处设置为0x33ff0000。 如下图所示这样设置后还必须制作映像文件，如下图所示，在“Target Settings”的“Post-linker”中选择“ARM fromELF”。 编译后在编译目录下将看到除了生成eg2_boot.axf以外，还多了一个eg2_boot.bin文件，这个文件就是映像文件，它可以烧写到FLASH并运行。 接下来就需要通过ADT IDE的FLASH编程器将eg2_boot.bin文件烧写到FLASH的0地址。 首先启动ADT IDE，然后点击“Debug”-“Flash Programmer”。 在出现的对话框中按照下图进行选择，请注意，在“device”中，如果使用简易JTAG请选择“Arm9Simple”，如果使用标准JTAG请选择“Arm9Lpt”。 选择后，请将实验箱上电，并正确连接调试器，然后点击“Erase”按钮擦除FLASH，提示成功后，点击“Program”按钮编程FLASH，提示成功后点击“Cancel”按钮退出。 然后将实验箱重新上电，如果一切正常，eg2_boot程序将自动复位运行。 8.eg2中的串口编程串口编程包括下面三个主要的过程1）串口初始化如下面代码所示，Uart_Init的第一个参数为总线时钟，0表示使用系统缺省时钟PCLK，第二个参数为波特率115200。 然后调用Uart_Select选择串口0进行操作。 /*初始化串口*/Uart_Init(0,115200);Uart_Select (0);2）向串口发送数据下面的语句将向串口发送一个ch字符Uart_SendByte(ch);3）从串口接收数据下面的语句将从串口接收字符，如果没有数据则返回0，如果有数据则返回接收到的数据。 Uart_GetKey();9.eg2中的定时器编程本实验使用定时器1，每10ms触发一次定时器中断，并在定时器中断服务函数中设置计时全局变量。 首先必须初始化定时器，通过调用函数Init_Timer1实现，在该函数中，将初始化定时器特殊功能寄存器并注册中断。 初始化完成后将调用Start_Timer1函数启动定时器。 此时，将不断产生中断。 10.eg2中的看门狗定时器编程看门狗功能是在嵌入式系统中常用的功能，它实际上是一个计数器，为该计数器设定一个计数值，也就是一个周期，在此周期内必须给看门狗喂狗（重置计数值），否则，计数器溢出将导致其产生复位信号，导致系统复位。 S3C2410内置看门狗功能，操作非常简单，首先通过Watchdog_Init函数打开看门狗功能。 然后在Main函数中每隔2秒钟喂狗一次。 如果已经打开看门狗但是没有喂狗或者没有及时喂狗，将导致系统复位，实验中，请将喂狗功能去掉，并下载运行看看实验效果。 11.如何由BOOTLOADER下载和加载eg2eg2调试通过后，将制作映像文件，如下图所示，在“Target Settings”的“Post-linker”中选择“ARM fromELF”。 编译后在编译目录下将看到除了生成eg2.axf以外，还多了一个eg2.bin。 然后将系统上电运行eg2_boot程序，在主机端使用MTTTY.EXE软件，并输入“1”启动程序下载功能，并点击MTTTY的“Send FileWith Size(Text)”功能，选择待发送的文件为上面生成的eg2.bin文件。 下载完成后输入“2”启动程序加载功能，将自动加载刚才通过串口下载下去的eg2.bin程序。 1.2.6实验步骤1.观看视频文件“bootloader的调试、烧写和裁减.avi”；2.观看视频文件“时钟、看门狗、串口操作以及BOOTLOADER引导.avi”；3.建立BOOLOADER工程(eg2_boot)；4.设置并编译eg2_boot，然后通过仿真器下载调试；5.将下载调试成功的BOOTLOADER程序烧写到FLASH，掉电运行；6.建立eg2工程，并代码，实现要求的功能；6.编译eg2过程，并将eg2通过仿真器下载调试；7.制作eg2映像文件，并使用eg2_boot的BOOTLOADER通过串口将其下载到内存，并由BOOTLOADER引导运行。 1.2.7实验参考程序eg22410init.s;=;NAME:2410INIT.S;DESC:Start Codefor JXARM9-2410;1.Exception vectortable;2.Configure memory,ISR,stacks;3.Initialize C-variables;4.Interrupt Handle;HISTORY:;xx.06.25:cooljet:ver1.0;=;=;include files;=GET2410addr.inc GET2410option.inc GET2410memcfg.inc;=;Pre-defined constants;=BIT_SELFREFRESH EQU(1top ofinitialised datacmp r0,r1;Check thatthey aredifferent beq%F21cmp r1,r3;Copy initdata ldrr2,r0,#4;-LDRCC r2,r0+ADDr0,r0,#4str r2,r1,#4;-STRCC r2,r1+ADDr1,r1,#4b%B12ldrr1,=|Image$ZI$Limit|;Top ofzeroinitsegment movr2,#03cmp r3,r1