嵌入式系统原理与应用实验指导书(合稿+习题)

嵌入式系统原理与应用实

验指导书

南航金城学院

2013.2

目录

目录 (1)

第一部分试验箱硬件结构 (2)

第二部分实验 (11)

实验一ADS1.2集成开发环境练习 (11)

实验二汇编指令实验1 (17)

实验三汇编指令实验2 (20)

实验四汇编指令实验3 (23)

实验五ARM微控制器工作模式实验 (28)

实验六 C语言程序实验 (33)

实验七 C语言调用汇编程序实验 (36)

实验八GPIO输出控制实验 (39)

实验九GPIO输入实验 (46)

实验十外部中断实验 (50)

实验十一UART通讯实验 (56)

实验十二I2C接口实验 (64)

实验十三定时器实验 (75)

实验十四PWM DAC实验 (81)

实验十五ADC实验 (87)

实验十六RTC实验 (94)

实验十七步进电机控制实验 (101)

实验十八直流电机控制实验 (105)

附录1 DeviceARM2410 专用工程模板 ..................................................... 错误!未定义书签。

第一部分试验箱硬件结构MagicARM2410教学实验开发平台是一款可使用μC/OS-II、Linux和WinCE

操作系统、支持QT、MiniGUI图形系统、集众多功能于一身的ARM9教学实验开发平台。采用Samsung公司的ARM920T内核的S3C2410A微处理器，扩展有充足的存储资源和众多典型的嵌入式系统接口。

MagicARM2410实验箱参考如图1.1所示。

图1.1 MagicARM2410实验箱外观图

MagicARM2410实验箱功能框图如图1.2所示。

图1.2 MagicARM2410实验箱功能框图

1.1 S3C2410A芯片简介

S3C2410A是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器（ARM920T内核），适用于手持设备、POS机、数字多媒体播放设备等等，具有低价格、低功耗、高性能等特点。S3C2410A提供了以下丰富的内部设备：16KB的指令Cache和16KB 数据Cache，MMU虚拟存储器管理，LCD控制器（支持STN&TFT），支持NAND Flash系统引导，系统管理器（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，I2C总线接口，USB主机接口，USB设备接口，SD卡&MMC卡接口，2个SPI总线接口以及内部PLL时钟倍频器。

S3C2410采用了ARM920T内核，0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型总线结构。

S3C2410提供了一系列完整的系统外围设备，消除了为系统配置额外器件的需要，大大减少了整个系统的成本。S3C2410主要特征如下：

●203MHz的ARM920T内核，支持JTAG仿真调试；

●16KB的I-Cache和16KB的D-Cache；

●具有MMU，支持WinCE、EPOC32、Linux等操作系统；

●外部存储器控制器（SDRAM控制和片选逻辑），共分8个Bank，每个

Bank可访问128MB空间；

●片内4KB SRAM，可用作NAND Flash系统引导的缓冲区；

●LCD控制器（最大支持4K色STN和256K色TFT），1通道LCD专用

DMA；

●4通道DMA，有外部请求引脚；

●3个UART（IrDA1.0，16字节Tx FIFO，16字节Rx FIFO）；

●2个SPI总线接口；

●1个多主I2C总线接口；

●1个IIS总线接口；

●兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版；

●NAND Flash/SM卡接口，支持NAND Flash系统引导；

●2个USB主机接口，1个USB设备接口（V1.1）；

●4个PWM定时器和1个内部定时器；

●看门狗定时器；

●117个通用I/O口；

●24个外部中断；

●8通道10位ADC和触摸屏接口；

●具有日历和时钟功能的RTC；

● 1.8V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电；

●功耗控制模式：普通，慢速，空闲和掉电模式；

●具有片内PLL时钟发生器。

S3C2410A芯片内部结构框图如图1.3所示。S3C2410芯片引脚的定义请参考数据手册。

图1.3 S3C2410内部结构框图

1.2 硬件结构

MagicARM2410试验箱主板上安排有少量的跳线器，跳线器的名称均以“JP”开头，比如JP1，JP2。跳线器的位置均放在相应的电路模块旁边，比如直流电机控制电路的跳线JP3、JP4，它们的位置都是在直流电机控制电路旁边。这些跳线可分为两种类型，一种使模块电路电源跳线，另一种使模块电路I/O连接跳线，当需要使用某一模块电路时，则需要将电源跳线和I/O连接跳线短路。另外，通过跳线用户可以将I/O连接到外面（试验箱之外）的实验电路，也可以重新分配模块电路所使用的I/O口（将跳线取出，使用连接导线从其它跳线上连接控制I/O）。

注意：只有直流电机、步进电机和液晶屏背光电路时有电源跳线的。部分I/O 资源是复用的，使用时需要避免I/O冲突。

1.2.1 跳线器说明

MagicARM2410试验箱跳线器说明如表1.1所示。

1、JP1、JP2 RS232/RS485接口电路

MagicARM2410试验箱主板上的RS232接口电路（CZ11连接器）使用了S3C2410A的UART0，同时GPRS PACK接口电路也复用了UART0，为了避免RXD0信号冲突，所以设置了JP1跳线来断开RS232接口电路与S3C2410A的RXD0的连接。

当需要使用RS232接口CZ11时，请将JP1跳线短接。JP1跳线器说明见表1.2

S3C2410A的UART1，同时RS485接口电路也复用了UART1，为了避免RXD1信号冲突，所以设置了JP2跳线来选择RXD1是连接到RS232接口电路还是连接到RS485接口电路。

若需要使用RS232接口CZ1，请将JP2短接到“232R”端；若需要使用RS485接口电路，请将JP2短接到“485R”端。JP2跳线器说明见表1.3。

MagicARM2410试验箱主板上的直流电机控制电路使用了GPB0和GPH9两个I/O，通过JP3跳线器可以将这些I/O断开与直流电机电路的连接。JP3跳线器说明见表1.4。

JP4为直流电机控制电路的电源跳线，需要使用直流电机时请短接JP4。

3、JP5、JP6 步进电机控制电路

MagicARM2410试验箱主板上的步进电机驱动电路使用了GPC0、GPC5~GPC7等4个I/O，通过JP6跳线器可以将这些I/O断开与步进电机电路的连接。JP6跳线器说明见表1.5。

JP5为步进电机控制电路的电源跳线，需要使用步进电机时请短接JP5。

JP7为彩色液晶屏背光电路的电源跳线，需要使用彩色液晶屏时请短接JP7，这样液晶屏才会点亮。由于液晶屏背光灯管耗大，所以在不使用液晶屏时请将JP7跳线断开（要求在关断试验箱总电源之口再进行短接/断开JP7跳线操作）。

5、JP8 启动方式选择

在MagicARM2410试验箱主板上，通过JP8跳线可以选择NAND Flash启动方式或者NOR Flash启动方式。

若需要从NAND Flash启动引导程序运行，请将JP8跳线短接；若需要从NOR Flash启动引导程序运行，请将JP8跳线断开。JP8跳线器说明见表1.6。

表1.6 JP8跳线

JP9跳线器用于设置GPH10口线是否与蜂鸣器电路连接，当JP9短接时，通过GPH10控制蜂鸣器蜂鸣。JP9跳线器说明见表1.7。

表1.7 JP9跳线

由于S3C44B0（Samsung公司的ARM7处理器）的RTC电源为2.5V~3.0V，与S3C2410A的1.8V不相同，为了能够在试验箱主板上使用S3C44B0的核心板，所以设置了JP10跳线，当JP10跳线短接时，将会给核心板提供3.0V的RTC电

源。

注意：JP10跳线为保留功能的跳线，请不要短接。

8、JP11 PWM DAC电路

试验箱主板上的PWM DAC电路使用的I/O口线为GPB0（具有TOUT0功能），通过JP11跳线器可以将此I/O断开与PWM DAC电路的连接。JP11跳线器说明见下表1.8。

JP12为RS485接口电路的终端电阻跳线，若需使用终端电阻，请把JP12短接，否则把JP12断开。

10、JP13 IDE硬盘检测引脚

JP13跳线为IDE硬盘检测引脚上的跳线，当需要使用IDE硬盘时，请将JP13全部短接，否则系统将无法判断硬盘存在，导致不能正确操作硬盘。JP13跳线器说明见表1.9。

表1.9 JP13跳线

注意：在使用CF卡或PCMCIA接口时，不能短接JP13，否则操作出错。

1.2.2 连接器说明

MagicARM2410试验箱主板上具有众多接口，比如RS232接口、RS485接口等等，这些接口的连接器（用于连接的硬件）大部分都安装在试验箱主板的边上，以方便使用。

试验箱主板上的连接器说明如表1.10所列。其中，J10~13为电源输出接口，可以向用户板提供12V、5V和3.3V，但要求负载功率不要过重，也不要与其他电源连接，否则可能导致器件损坏。

表1.10 连接器一览表

1.3、硬件资源分配情况

1.3.1 外围器件地址分配

MagicARM2410试验箱上使用的核心板为DeviceARM2410核心板，其存储器的地址如表1.11所列。

试验箱主板上的外围器件地址分配如表1.12所列。

表1.11 DeviceARM2410核心板上的存储器地址

1.3.2 I/O口分配

试验箱主板部分I/O器件的I/O分配表见表1.13。

表1.13 I/O分配表

1.3.3 没有使用的I/O

试验箱上还有部分I/O没有使用，如表1.14所列，用户可以通过相应的连接器将它们引出使用。

表1.14 空闲的I/O

第二部分实验

实验可分为两部分，第一部分从实验一至实验七，介绍如何在ADS1.2集成开发环境进行编译和模拟仿真调试，该部分实验室脱离硬件电路进行；第二部分从实验八至实验十八，介绍在无操作系统下的嵌入式系统基本接口应用实验，该部分实验基于MagicARM2410教学实验开发平台进行的。

实验一ADS1.2集成开发环境练习

一、实验目的

了解ADS 1.2集成开发环境的使用方法。

二、实验设备

●硬件：PC机

●软件：Windows 98/2000/XP操作系统，ADS 1.2集成开发环境

三、实验内容

●建立一个新的工程；

●建立一个汇编源文件，并添加到工程中；

●设置文本编辑器支持中文；

●设置编译链接控制选项；

●编译链接工程；

●调试工程。

四、实验步骤

(1) 在h:\新建一个目录，目录名为experiment。

(2) 启动ADS1.2 IDE集成开发环境，选择【File】->【New…】，使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程，名称为ADS，目录为h:\experiment。

(3) 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。

(4) 由于ADS安装后默认字体是Courier New，对中文支持不完善，因此建议修改字体。选择【Edit】->【Perferences…】，在Font选项设置字体是Fixedsys，Script 是CHINESE_GB2312。

(5) 选择【Edit】->【DebugRel Settings…】，在DebugRel Settings对话框的左边选择ARM Linker项，在Output设置链接地址。

在Options页设置调试入口地址。

(6)编写程序后选择【Project】->【Make】，或者按下快捷键F7，将编译链接整个工程。

(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。

注意：本实验使用软件仿真，所以要在AXD中选择【Options】->【Configure Target…】菜单，然后在Choose Target窗口中选用ARMUL软件仿真。

五、思考题

1、工程模板有何作用？

答案：用于由ARM指令的代码生成一个可执行的FLE格式的印象文件。

2、如何强行重新编译工程的所有文件？

答：直接按下F7。

六、实验参考程序

AREA Example1,CODE,READONL Y ; 声明代码段

ENTRY ; 标识程序入口

CODE32 ; 声明32位ARM指令START MOV R0,#15 ; 设置参数

MOV R1,#8

ADDS R0,R0,R1 ; R0 = R0 + R1

B START

END

实验二汇编指令实验1

一、实验目的

(1)了解ADS 1.2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。

二、实验设备

●硬件：PC机

●软件：Windows 98/2000/XP操作系统，ADS 1.2集成开发环境

三、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……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。

四、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。

(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(Processor Registers)，选择Current项监视各寄存器的值。

(6)打开存储器观察窗口(Memory) 设置观察地址为0x40003100。

(7)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。

五、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】->【Reload Current

Image】重新加载映象文件)

4、若使用LDRB/STRB代替程序清单中的所有LDR/STR，程序会得到正确执

行么？

答：不会得到

5、编写程序完成下列功能：

(1)使用STR指令加载0x40003400上的数据，将此处地址赋值为80；

(2)使用LDR指令读取0x40003400上的数据，将数据减2，若结果大于等于

60，则使用STR指令把结果写回原地址，若结果小于60，则把80写回

原地址；

(3)……周而复此循环。

6、编写程序完成下列功能：

(1)使用STR指令加载0x40003400上的数据，将此处地址赋值为

0xAA11BB22；

(2)使用LDR\LDRH\LDRSH\LDRB\LDRSB指令读取0x40003400上的数据,分别

分析一下结果是否正确。

(3)使用STRB\STRH\STR指令将0Xffffffcc写到内存地址0x40003400中,

观察内存中的数值如何变化。

7、编写程序完成下列功能：

R0=0x12345678,R1=0x1122,R2=0x6677,R3=0x8899,R4=0xAABB

(1)用STM指令将R0-R3装载到0x40003000为起始地址的内存中,观察内存

中的数据有什么变化。

(2)R12=0x40003008,分别执行LDMIA/IB/DA/DB R12,{R5-R6}指令,观察

R5/R6中的数值是否正确。如果R12后添加“！”，有什么变化。

(3)用STMFD/ED/FA/EA指令将R0-R4压入地址为R13=0x40003020的内存中，

观察内存中数据的变化。

(4)再用LDMFD/ED/FA/EA指令，从R13=0x40003028的地址取两个字，存放

到R7/R8中。观察R7/R8中的数值是否正确。

六、实验参考程序

COUNT EQU 0x40003100 ; 定义一个变量，地址为0x40003100 AREA Example2,CODE,READONL Y ; 声明代码段Example2

ENTRY ; 标识程序入口

CODE32 ; 声明32位ARM指令

START LDR R1,=COUNT ; R1 <= COUNT

MOV R0,#0 ; R0 <= 0

STR R0,[R1] ; [R1] <= R0

LOOP LDR R1,=COUNT

LDR R0,[R1] ; R0 <= [R1]

ADD R0,R0,#1 ; R0 <= R0 + 1

CMP R0,#10 ; R0与10比较，影响条件码标志

MOVHS R0,#0 ; 若R0大于等于10，则执行R0 <= 0

STR R0,[R1] ; [R1] <= R0，即保存COUNT

B LOOP

END