嵌入式综合实验报告

ARM嵌入式系统基础综合实验报告

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班级：学号：

指导教师：实验时间：2014年11月24日

目录

一、实验目的-----------------------------------3

二、实验设备-----------------------------------3

三、实验内容-----------------------------------3

四、实验预习要求-------------------------------3

五、实验原理-----------------------------------4

六、实验步骤-----------------------------------9

七、实验参考程序-------------------------------13

八、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：

①流水灯全亮一次；

②流水灯全灭一次，显示一个字母；

③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μC/OS-II 操作系统移植到ARM7 处理器的方法。

2、了解μC/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μC/OS-II 操作系统的程序；

5、掌握基于μC/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

μC/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μC/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μC/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μC/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

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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μC/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) μC/OS-II 概述

μC/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。μC/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。μC/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。

μC/OS-II 包括以下3 个部分：

➢μC/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。

➢μC/OS-II 配置代码：包括2 个头文件，用于裁剪和配置μC/OS-II。此部分的代码与用户实际应用相关。

➢μC/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μC/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μC/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) μC/OS-II 移植条件

移植μC/OS-II 之前需要注意，目标处理器必须满足以下几点要求：

①处理器的C 编译器能产生可重入型代码；

②处理器支持中断，并且能产生定时中断(通常为10～100HZ)；

③用C 语言就可以开/关中断；

④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)；

⑤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。

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(3) μC/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μC/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。

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蜂鸣器实验原理：

在MagicARM2200-S 上运行基于μC/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μC/OS 2.52 源代码和移植代码

建立一个项目目录，比如uCOS-II。将μC/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)。μC/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μC/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μC/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μC/OS 2.52 源代码Source(目录)复制到项目目录

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(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μC/OS-II 操作系统。(对于本实验，μC/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LED1～LED8 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μC/OS-II 操作系统。(对于本实验，μC/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。

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(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：

11

①流水灯全亮一次；

②流水灯全灭一次，显示一个字母；

③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 (1<<7)

// 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 (0xFF<

#define LED_OFF() IO1SET=LED_IOCON

#define LED_DISP(dat) LED_OFF(); IO1CLR=((dat)<

#define TaskStkLengh 100 //定义用户任务堆栈长度

OS_STK TaskStk0[TaskStkLengh]; //Define the Task0 stack 定义用户任务0的堆栈

OS_STK TaskStk1[TaskStkLengh]; //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, &TaskStk0[TaskStkLengh - 1], 2);

OSStart ();

return 0;

}

/****************************Task0 任务0 **************************/ void Task0(void *pdata)

{ const uint8 DISP_TAB[12] =

{ 0XFF,0x00,0x4C,0x00,0x49,0x00,0x58,0x00,0x55,0x00,

0x45,0x00

};

uint8 i;

pdata = pdata;

TargetInit ();

PINSEL0 = 0x; // 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LED1—LED8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, &TaskStk1[TaskStkLengh - 1], 3);

while (1)

{ for(i=0; i<12; i++)

{ LED_DISP(DISP_TAB[i]); // 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)

{

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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 = BEEP;

OSTaskCreate (Task1,(void *)0, &TaskStk1[TaskStkLengh - 1], 5);

for (;;)

{

OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF);

IO0CLR = BEEP;

OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 8);

IO0SET = BEEP;

OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 4);

IO0CLR = BEEP;

OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 8);

IO0SET = BEEP;

OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 4);

}

}

八、实验心得

经过不断的修改与查找资料，终于完成了此次综合性设计实验，虽说这次设计的实验不是很大型，但是还是学到了很多东西，收获颇丰，不仅学习到了一些新的知识，回顾了一些以前快要遗忘的知识点，而且是自己的学习目标更加明确，学习方法更加完善，也体会到了软件开发的趣味，更加清楚的认识到了自己在软件开发及学习上的不足之处。

此次设计时按键控制流水灯，老师在我们设计之前讲解的很清晰，使得我们大家操作起来比较娴熟。让我感觉到了软件编程的趣味性和实用性，虽说一些技术我们在课堂上也曾学习过，但是大都停留在理论基础上，实际开发很少，而这次实验给了我们一个很好的边学习边实践的机会，对我们深入学习这些技术有很大的帮助，深刻体会到了这些技术的实用性。每当自己成功调试一段代码或者通过自己的努力克服一个技术困难，都颇有收获感。这次实验让我们体验了软件的实用性，发现自己的不足，增加了一定的编程经验。结束了此次实验，让我发现我对我们专业、对嵌入式技术、汇编语言都有了新的认识，通过这次实验，我了解到，要真真正正掌握到计算机程序不是一件简单的事情，但真正掌握后，它带给我们的将是无穷的便捷与科技，我会努力学习计算机的！

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