嵌入式应用开发实验指导书 (1)

实验一基本接口实验（一）

[实验设备]

1.JXARM9-2410教学实验箱

2.ADT1000仿真器和ADT IDE集成开发环境

3.串口、并口连接线

[实验目的]

1.掌握ARM的串行口工作原理，编程实现ARM的UART通讯；

2.掌握嵌入式系统中断的处理流程和ARM中断编程；

3.在ADT环境下如何建立工程，对工程进行正确的设置。添加相应文件（汇编、脚本、.c 源文件等）

[实验内容一]

实现查询方式串口的收发功能。接收来自串口（通过超级终端）的字符并将接收到的字符发送到超级终端。

[预备知识]

1.了解ADT集成开发环境的基本功能

2.学习串口通讯的基本知识

3. 熟悉S3C2410串口有关的寄存器

[基础知识]

串行通信接口电路组成

1.可编程的串行接口芯片

2.波特率发生器

3.EIA与TTL电平转换器

4.地址译码电路

通信协议：

1.异步协议

2.同步协议

异步串行通讯

异步串行方式是将传输数据的每个字符一位接一位(例如先低位、后高位)地传送。

数据的各不同位可以分时使用同一传输通道，因此串行I/O 可以减少信号连线，最少用一对线即可进行。

接收方对于同一根线上一连串的数字信号，首先要分割成位，再按位组成字符。为了恢复发送的信息，双方必须协调工作。

在微型计算机中大量使用异步串行I/O 方式，双方使用各自的时钟信号，而且允许时钟频率有一定误差，因此实现较容易。但是由于每个字符都要独立确定起始和结束(即每个字符都要重新同步)，字符和字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此效率较低。

异步串行通信中的字符传送格式

开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。传送开始时首先发一个“0”

作为起始位，然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。

每个字符的数据位长可以约定为5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII编码。后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个。也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。

最后是表示停止位的“1”信号，这个停止位可以约定持续1 位、1.5 位或2 位的时间宽度。

至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。

每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。微机异步串行通信中，常用的波特率为110，150，300，600，1200，2400，4800，9600 等。

DB-25 DB-9引脚定义

DB-25 DB-9引脚说明

RS-232C接口通信的两种基本连接方式

信号电平规定

1.EIA电平：双极性信号逻辑电平, 它是一套负逻辑定义

2.-3V到-25V之间的电平表示逻辑“1”

3.+3V到+25V之间的电平表示逻辑“0”

4.TTL电平：计算机内部(S3C2410)使用TTL电平

5.电平转换电路：常用专门的RS-232接口芯片，如SP3232、SP3220等，在TTL电平和

EIA电平之间实现相互转换。

S3C2410异步串行口控制器

1.S3C2410自带三个异步串行口控制器

2.每个控制器有16字节的FIFO（先入先出寄存器）

3.最大波特率115.2K

4.每个UART有7种状态：溢出错误，校验错误，帧错误，暂停态，接收缓冲区准备好，

发送缓冲区空，发送移位缓冲器空，这些状态可以由相应的UTRSTATn或UERSTATn 寄存器表示，并且与发送接收缓冲区相对应的有错误缓冲区

5.波特率的大小可以通过设置波特率寄存器（UBRDIVn）控制，计算公式如下：

使用PCLK时的计算公式如下：

UBRDIVn = (int)[PCLK/(波特率×16)]–1

使用UCLK时的计算公式如下：

UBRDIVn = (int)[UCLK/(波特率×16)]–1

例如：使用PCLK，在40 MHz的情况下，当波特率取115 200 bps时，

UBRDIVn = (int)[/(×16)]–1 = 20

[实验步骤]

1、建立一个串口UART工程。

2、编写编写主函数，并保存为main.c文件，将该文件加入到工程中。主函数中包括以下功能：

（1）串口初始化

/* 配置系统时钟*/

ChangeClockDivider(1,1); // 1:2:4

ChangeMPllValue(0xa1,0x3,0x1); // FCLK=202.8MHz

/* 初始化端口*/

3

Port_Init();

/* 初始化串口*/

Uart_Init(0,);

Uart_Select(0);

（2）发送数据

unsigned char ch = 'a';

ch = Uart_Getch();

（3）接收数据

Uart_SendByte(ch)

4、编译、下载运行程序查看程序是否正常。实现从键盘键入字符在屏幕显示功能。

[试验内容二]

编写中断处理程序，处理外部中断。

[基础知识]

CPU与外设之间传输数据的控制方式

1、查询方式

查询方式的优点是硬件开销小，使用起来比较简单，但在此方式下，CPU要不断地查询外设的状态，当外设未准备好时，CPU就只能循环等待，不能执行其它程序，这样就浪费了CPU的大量时间，降低了CPU的利用率。

2、中断方式

当CPU进行主程序操作时，外设的数据已存入输入端口的数据寄存器；或端口的数据输出寄存器已空，由外设通过接口电路向CPU发出中断请求信号，CPU在满足一定的条件下，暂停执行当前正在执行的主程序，转入执行相应能够进行输入/输出操作的子程序，待输入/输出操作执行完毕之后CPU再返回并继续执行原来被中断的主程序。这样CPU就避免了把大量时间耗费在等待、查询状态信号的操作上，使其工作效率得以大大地提高

3、DMA方式

当高速外设要与系统内存或者要在系统内存的不同区域之间，进行大量数据的快速传送时，查询方式和中断方式可能不能满足要求，直接存储器存取(DMA)就是为解决这个问题提出的采用DMA方式，在一定时间段内，由DMA控制器取代CPU，获得总线控制权，来实现内存与外设或者内存的不同区域之间大量数据的快速传送。

中断处理示意图

向CPU发出中断请求的设备或事件称为中断源，断点处产生中断请求，CPU执行中断流程，响应中断，并执行用户定义的中断服务子程序处理完毕，执行中断返回动作，主程序继续运行。

中断响应

中断源向CPU发出中断请求，若优先级别最高，CPU在满足一定的条件下，可以中断当前程序的运行，保护好被中断的主程序的断点及现场信息。然后，根据中断源提供的信息，找到中断服务子程序的入口地址，转去执行新的程序段，这就是中断响应。

中断服务子程序

S3C2410的中断控制器：

1、中断源状态寄存器

该寄存器的32位中每一位对应一个中断源。如果相应中断源产生中断请求则其对应位被置为1。该寄存器中的位将自动由中断请求置位，而不管INTMASK寄存器中的掩码位是否有效。另外，该寄存器不受中断控制器的优先级逻辑影响。

在中断服务程序中，该寄存器的相应位必须进行清零处理，清零的方法是将该位写入1。

2、寄存器中断模式

3、中断屏蔽寄存器

4、优先级寄存器

5、中断状态寄存器

6、中断偏移寄存器

5

[实验步骤]

1、建立一个中断工程。

2、编写外部中断处理程序的中断服务函数，并保存为main.c文件，将该文件加入到工程中。

3、在中断服务函数中添加代码实现如下功能：每触发一次中断，跑马灯闪烁一次。

4、编译、下载运行程序查看程序是否正常。

[实验报告要求]

1、实验报告包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果和实验小结。

2、写出在ADT环境下如何建立工程，对工程进行正确的设置步骤。

3、写出串口工程主函数源码、中断工程主函数和中断处理函数源码。

4、截图显示实验结果并说明。

实验二基本接口实验（二）

[试验设备]

1.JXARM9-2410教学实验箱

2.ADT1000仿真器和ADT IDE集成开发环境

3.串口、并口连接线

[实验目的]

1.了解实时时钟在嵌入式系统中的作用，掌握实时时钟的使用；

2.了解触摸屏基本概念与原理，编程实现并掌握对触摸屏的控制；掌握S3C2410寄存器配置方法。

3.在ADT环境下如何建立工程，对工程进行正确的设置。添加相应文件（汇编、脚本、.c 源文件等）

[实验内容一]

编程实现实时时钟功能，每秒显示实时时钟、编程实现实时时钟告警功能。

[预备知识]

1、了解ADT集成开发环境的基本功能

2、学习S3C2410的实时时钟模块的使用

[基础知识]

1、实时时钟在嵌入式系统中的作用

在一个嵌入式系统中，实时时钟单元可以其提供可靠的时钟，包括时分秒和年月日；即使在系统处于关机状态下它也能够正常工作（通常采用后备电池供电），它的外围也不需要太多的辅助电路，典型的就是只需要一个高精度的晶振。

S3C2410的实时时钟单元

?时钟数据采用BCD编码

?能够对闰年的年月日进行自动处理

?具有告警功能，当系统处于关机状态时，能产生告警中断；

?具有独立的电源输入

?提供毫秒级时钟中断，该中断可用于作为嵌入式操作系统的内核时钟

2、S3C2410的实时时钟寄存器

控制寄存器

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告警控制寄存器

实时时钟计数器

告警时间寄存器

实时时钟寄存器

[实验步骤]

1、建立RTC工程，添加相应文件并修改RTC的工程设置。

2、创建main.c编写程序，并将该文件加入到工程RTC中。

3、时钟功能测试。

4、时间告警功能测试。

[实验内容二]

1.编程实现触摸屏坐标到LCD坐标的校准

2.编程实现触摸屏坐标采集以及LCD坐标的计算

[预备知识]

1.了解ADT集成开发环境的基本功能

2.学习触摸屏的原理

3.了解触摸屏与显示屏的坐标转换

[基础知识]

触摸屏的基本原理

触摸屏按其工作原理的不同分为：

电阻技术触摸屏

电阻触摸屏是与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（ITO氧化铟，透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、内表面也涂有一层ITO涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y ）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。

主要特点：

1.高解析度，高速传输反应

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2.表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理

3.具有光面及雾面处理

4.一次校正，稳定性高，永不漂移

表面声波技术触摸屏

表面声波技术是利用声波在物体的表面进行传输，当有物体触摸到表面时，阻碍声波的传输，换能器侦测到这个变化，反映给计算机，进而进行鼠标的模拟。

主要特点：

1.清晰度较高，透光率好

2.高度耐久，抗刮伤性良好

3.一次校正不漂移

4.反应灵敏

缺点：易污损，需要经常维护

电容技术触摸屏

利用人体的电流感应进行工作。用户触摸屏幕时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。主要特点：

1.对大多数的环境污染物有抗力

2.人体成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重

3.带手套不起作用

4.需经常校准

5.不适用于金属机柜

6.当外界有电感和磁感的时候，会使触摸屏失灵

JXARM9-2410的触摸屏控制电路

触摸屏处理流程

1.触摸屏控制初始化，选择Separate X/Y位置转换模式或者Auto X/Y位置转换模式；

2.设置触摸屏接口到等待中断模式；

3.如果中断产生，相应的转换（Separate X/Y位置转换模式或者Auto X/Y位置转换模式）

被激活；

4.在获取X/Y坐标值后，返回到等待中断模式。

[实验步骤]

1.建立一个touch工程。

2.创建一个touch.c并加入到工程touch中。

3.编写程序分别校正LCD左上角和右下角坐标

4.编写程序采集触摸屏坐标屏将其转换到LCD坐标并通过串口打印出来。

5.编译程序、下载运行并观察输出结果。

[实验报告要求]

1、实验报告包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果和实验小结。

2、写出在ADT环境下如何建立工程，对工程进行正确的设置步骤。

3、写出RTC工程主函数源码、触摸屏工程主函数函数源码。

（以上两个工程会给出完整源码，要求同学们进行修改）

RTC工程修改1、告警方式；2、更新间隔时间。

触摸屏工程给出的源码有问题，请同学们修改正确。

4、截图显示实验结果并说明。注意触摸屏工程至少截取两个结果图：分别是程序成功运行获取定位点坐标（左上角和右下角）和程序运行中，获得任意点坐标。

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实验三BootLoader及Linux内核加

载实验

[实验目的]

1、了解BootLoader在嵌入式系统中的作用,熟悉BootLoader基本命令的用法；

2、掌握交叉编译的方法、熟悉交叉编译环境的建立和使用；

3、掌握目标机Linux操作系统的加载与启动；

4、了解Linux的启动过程，掌握目标机和开发机的挂载。

[实验内容一]

学习u-boot的基础知识和常用命令，并按照实验步骤实际操作。

[预备知识]

掌握嵌入式系统软件开发基础知识。

[试验设备]

1、硬件：JXARM9-2410嵌入式试验箱，PC机Pentium500以上，硬盘10G以上。

2、软件：PC机操作系统Redhat Linux9.0，Linux开发环境。

[基础知识]

1、BootLoader基本概念

2、u-boot基本程序结构

3、Linux文件系统

[实验步骤]

1、启动uboot

将串口线连接到计算机的串口和实验箱的UART0；在计算机中打开dnw串口超级终端工具，如下图所示：

然后点击“Serial Port”的“Connect”菜单项，在标题栏将提示如下图所示：

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将实验箱上电，在dnw 中将可以看到如下图所示界面，此界面即为uboot

命令行操作界面。

后续各个步骤的操作系统引导都需要在uboot 界面下进行。 5.1．Uboot 基本命令实验

1）分别在u-boot 中输入如下命令，并观察实验结果

JX2410 # help

JX2410 # flinfo

JX2410 # help flinfo

JX2410 # bdinfo

2）uboot内存操作实验

在uboot中输入如下命令，以实现将0x开始的0x100字节数据复制到0x处。JX2410 # md 100

JX2410 # md 100

JX2410 # cmp.b 100

JX2410 #cp.b 100

JX2410 # cmp.b 100

观察在输入cp.b命令前后的cmp.b命令执行结果。

在uboot中输入如下命令，以实现内存修改

JX2410 # md.b 10

JX2410 # mm

JX2410 # mw.b ff 10

JX2410 # md.b 10

观察每次md.b命令的结果。

在uboot中输入如下命令，以实现对0x起始地址1M内存区域的自动测试

JX2410 # mtest

3）tftp程序下载和引导操作实验

在uboot中输入如下命令，实现如下功能：将主机上的diag.bin程序通过tftp下载到0x地址，并从该地址处运行diag.bin程序。

JX2410 # tftp diag.bin

JX2410 # go

4）uboot环境变量操作实验

在uboot中输入如下命令，创建一个环境变量，并运行该环境变量。

JX2410 # printenv

JX2410 # setenv tent ‘echo this is test’

JX2410 # printenv

JX2410 # saveenv

JX2410 # run test

在u-boot中输入如下命令，创建一个环境变量，实验C的tftp下载功能。

JX2410 # printenv

JX2410 # setenv text ‘tftp diag.bin; go ;

JX2410 # printenv

JX2410 # saveenv

JX2410 # run test

在uboot中输入如下命令，实现自主引导，uboot启动后自动执行上一步中创建的test环境变量。

JX2410 # setenv bootcmd ‘run test’

JX2410 # saveenv

JX2410 # reset

[实验内容二]

1、了解Linux基础知识以及Linux的开发环境。

2、根据教学实验系统的硬件资源，配置并编译Linux内核。

3、下载并运行Linux内核，检查运行结果。

[预备知识]

1、了解Linux的一些基本操作命令以及Linux系统下用户环境的设置。

2、掌握Linux下的程序编译与交叉编译过程。

[试验设备]

1.硬件：JXARM9-2410嵌入式试验箱，PC机Pentium500以上，硬盘10G以上。

2.软件：PC机操作系统Redhat Linux9.0，Linux开发环境。

[实验步骤]

1、编译Linux

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配置内核：

启动菜单配置工具后，选择“Load Alternate Configuration File”选项，然后确认。该选项载入jx2410的标准配置文件config-jx2410，该文件保存在/home/cvtech/jx2410/linux目录下，请不要修改这个文件。在提示框中键入config-jx2410配置文件名，然后选择“OK”确认，将退回到主菜单。然后按“Esc”键退出，并将提示是否保存，请选择“Yes”保存。

建立依赖关系：

编译：

2、在目标机上启动Linux内核

（1）配置主机ip为192.168.1.180。在主机上把zImage和ramdisk.gz复制到/tftpboot目录下。（2）运行环境变量loadlinux。启动目标机的Linux系统。

3、挂接主机和目标机

挂载主机/tftpboot/挂接目录到目标机（JXARM9-2410试验箱）/mnt/nfs目录下，输入如下命令：

# mount 192.168.1.180: /tftpboot/挂接目录/mnt/nfs

[实验报告要求]

1、实验报告包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果和实验小结。

2、写出实验内容使用的命令和结果（截图表示）。

实验四:串口应用程序编写实验

[实验目的]

1.了解Linux下串行端口程序设计的基本原理。

2.掌握终端的主要属性及设置方法，熟悉终端I/O函数的使用。

3.掌握JXARM9-2410下的串口应用程序的编程方法。

[实验内容一]

1、编写serial应用程序。

2、编写Makefile文件。

3、下载并调试serial应用程序。

[预备知识]

1.C语言的基础知识。

2.程序调试的基础知识和方法。

3.Linux的基本操作。

4.掌握Linux下的程序编译与交叉编译过程。

[基础知识]

Linux操作系统从一开始就对串行口提供了很好的支持，为进行串行通信提供了大量的函数，本试验主要是为掌握在Linux中进行串行通信编程的基本方法。

1、串口编程相关头文件

#include /*标准输入输出定义*/

#include / *便准函数库定义*/

#include /*Linux标准函数定义*/

#include

#include

#include /*文件控制定义*/

#include /*PPSIX终端控制定义*/

#include /*错误号定义*/

#include /*线程库定义*/

2、打开串口

在Linux下，串口文件位于/dev下，串口1为/dev/ttyS0，串口2为/dev/ttyS1，打开串口是通过使用标准的文件打开函数操作：

Intfd；

/*以读/写方式打开串口*/

fd=open（”/dev/ttyS0”, 0_RDWR）;

if(-1==fd) {

perror(“error“);

}

3、设置串口

最基本的设置串口包括波特率设置，效验位和停止位设置。串口的设置struct termios 结构体的成员值。

struct termio{

unsigned short c_iflag; /*输入模式标志*/

unsigned short c_oflag; /*输出模式标志/

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unsigned short c_cflag; /*控制模式标志*/

unsigned short c_lflag; /*local mode flags*/

unsigned char c_line; /*line discipline*/

unsigned char c_cc[NCC]; /*control characters*/

};

（1）波特率设置

下面是修改波特率的代码：

struct termios Opt;

tcgetattr(fd,&Opt);

cfsetispeed(&Opt,B19200); /*设置为192 000 bps*/

cfsetospeed(&Opt,B19200);

tcsetattr(fd,TCANOW,&Opt);

（2）校验位的设置

无效验8位：

Option.c_cflag &=~PARENB;

Option.c_cflag &=~CSTOPB

Option.c_cflag &=~CSIZE;

Option.c_cflag |=~CS8;

奇效验(Odd)7位：

Option.c_cflag |=~PARENB;

Option.c_cflag &=~PARODD;

Option.c_cflag &=~CSTOPB

Option.c_cflag &=~CSIZE;

Option.c_cflag |=~CS7;

偶效验(Even)7位：

Option.c_cflag &=~PARENB;

Option.c_cflag |=~PARODD;

Option.c_cflag &=~CSTOPB

Option.c_cflag &=~CSIZE;

Option.c_cflag |=~CS7;

Space效验7位：

Option.c_cflag &=~PARENB;

Option.c_cflag &=~CSTOPB

Option.c_cflag &=&~CSIZE;

Option.c_cflag |=~CS8;

（3）设置停止位

1位：

Options.c_cflag &=~CSTOPB;

2位：

Options.c_cflag |=~CSTOPB;

需要注意的是，如果不是开发终端之类，只是串口传输数据，从而不需要串口来处理，那么使用原始模式（Raw Mode）方式来通信，设置方式如下：

Options.c_cflag &=~(ICANON|ECHO|ECHOE|ISIG); /*Input*/

Options.c_oflag &=~OPOST; /*Output*/

（4）读/写串口

设置好串口之后，读/写串口变得很容易，就可以把串口当作文件读/写了。

发送数据：

char buffer[1024];

int Length=1024;

int nByte;

nByte=write(fd,buffer,Length);

读取串口数据使用文件操作read函数读取，如果设置为原始模式（Raw Mode）传输数据，那么read函数返回的字符数是实际串口收到的字符数。可以使用操作文件的函数来实现异步读取，如fcntl或者select等来操作。

char buffer[1024];

int Len=1024;

int readByte=read(fd,buffer,Len);

（5）关闭串口

关闭产口就是关闭文件。

4、实验程序流程图

实验程序流程图如图所示。

main

打开串口

设置波特率

设置效验位和停止位

从串口读数据

打印从串口读到的数据

结束

[实验步骤]

1、建立工作目录。

$cd /

$mkdir serial

$cd serial

2、编写serial程序源代码。参照程序流程图编写串口通信程序，从串口接受数据，并将接

收到的数据打印出来。

3、编写Makefile文件。

4、编译serial程序。

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$make clean

$make正确的话，将生成serial程序。

5、运行serial程序。

$./serial

6、修改Makefile文件。（使用arm-linux-gcc编译器）

$make clean

$make重新编译，将生成在arm平台上运行的serial程序。

$cp serial /tftpboot/挂接目录

5、启动目标机Linux，并挂接主机。下载serial程序到JXARM9-2410中调试。#mount 192.168.1.180:/tftpboot/挂接目录/mnt/nfs/

#cd /mnt/nfs/挂接目录

#./serial

[实验报告要求]

1、实验报告包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果和实验小结。

2、写出serial程序源码、实验过程和实验结果（可使用贴图）。