1、NORTH CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生姓名:子 »專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師: 同組成員:2016年 12月26日嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是在嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程的基礎(chǔ)上，通過軟件編程及 仿真調(diào)試的實(shí)踐，進(jìn)一步掌握嵌入式系統(tǒng)的原理和應(yīng)用方法， 是畢業(yè)設(shè)計(jì)前的一 次重要實(shí)踐，為今后從事嵌入式系統(tǒng)相關(guān)工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)題目及要求2.1 設(shè)計(jì)題目：基于STM32口 uC/OS-II的多任務(wù)設(shè)計(jì)2.2 功能實(shí)現(xiàn)：使用uC/OS-II的任務(wù)管理函數(shù)和STM32庫函數(shù)控制相應(yīng)的

2、寄存器，完成 一個(gè)多任務(wù)設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)共有 4個(gè)任務(wù)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED指示燈閃爍、由3 個(gè)LED指示燈組成的流水燈、驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和利用 swd方式進(jìn)行printf輸出。2.3 設(shè)計(jì)要求：理解和熟練使用KEIL軟件、STM32寄存器、STM32庫函數(shù)和uC/OS-II 任務(wù)管理函數(shù)，用KEIL軟件完成編程和調(diào)試，下載到開發(fā)板中實(shí)現(xiàn) 4個(gè)設(shè) 定的任務(wù)，并完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四個(gè)任務(wù)分別為：(1)驅(qū)動(dòng)1個(gè)LED指示燈閃爍、(2)由3個(gè)LED指示燈組成流水燈(3)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲。(4)利用swd方式進(jìn)行printf輸出。三、設(shè)計(jì)原理說明3.1 硬件說明本次課程設(shè)計(jì)主要使用的是 STM32神舟IV號(hào)開發(fā)板

3、為基礎(chǔ)進(jìn)行課 程設(shè)計(jì)的，本節(jié)將詳細(xì)介紹神舟IV號(hào)開發(fā)板的各部分硬件原理與實(shí)現(xiàn)。(1)開發(fā)板資源圖電源選音頻插座音頻芯片USB OTGSD卡座踴用典號(hào)哂復(fù)位指示燈2個(gè)ADC2 個(gè) DAC后動(dòng) 模式4組用戶功能按鍵賽個(gè)總線 個(gè)485總線JTAG/SWD調(diào)試仿真接口315M無線 模塊接口10/100M以太網(wǎng)芯片2 Kbit 24C02 ELPROMSTMJ2F107V< t'm-tex-MADC5V電源輸入3*3V電源 轉(zhuǎn)換芯片I6M bitSPI FLASHTFT IX n 觸摸屏接口 320 X 24i) 26萬色HEEP蜂鳴器可調(diào)電阻模數(shù)轉(zhuǎn)換串口芯片“Th生從接口 JdL RK實(shí)

4、時(shí) 時(shí)鐘電池串口芯片串口與肖(默認(rèn))、X(2) MCU開發(fā)板的處理器是STM32F107VCT6,該處理器基于ARM V7架構(gòu)的 Cortex-M3內(nèi)核，主頻72Mhz,內(nèi)部含有256K字節(jié)的FLASH和64K字節(jié) 的SRAM, LQFP100 封裝。(3)蜂鳴器開發(fā)板板載一個(gè)無源蜂鳴器，用于產(chǎn)品告警或聲音提醒。蜂鳴器連接到了處理器的PA3管腳，當(dāng)處理器的PA3管腳輸出低電平時(shí)蜂鳴器開始 鳴響，反之處理器的PA3管腳輸出高電平時(shí)蜂鳴器停止鳴響.(4)指示燈開發(fā)板提供了 1個(gè)電源指示燈和4路通用LED指示燈。電源指示燈指 示3.3V電源是否正常。4路通用LED指示燈可以用于指示STM32開發(fā)板的

5、 狀態(tài)。用戶LED指示燈由GPIO管腳控制LED燈的亮滅，當(dāng)GPIO管腳輸 出低電平時(shí)，LED指示燈亮。反之,當(dāng)GPIO管腳輸出高電平時(shí)，LED 指示燈滅。這四個(gè)LED指示燈分別由PD2、PD3、PD4和PD7控制。(5) JTAG仿真調(diào)試開發(fā)板提供標(biāo)準(zhǔn)的20針JTAG接口，可以直接和JLINK V8仿真器連 接，下載程序，調(diào)試仿真；(6)晶振電路STM32F107部已經(jīng)包含了 8MH高速內(nèi)部RCS蕩電路，但是其精準(zhǔn)度 不是很高；為此在外部增加了 25MHz勺晶振電路，為系統(tǒng)的可靠工作提供 時(shí)序基準(zhǔn)。(7)設(shè)計(jì)中用到的管腳芯片引腳開發(fā)板模塊PD2LED1PD3LED2PD4LED3PD7LED

6、4PA3蜂鳴器3.2 STM32寄存器使用說明設(shè)計(jì)中，只用到時(shí)鐘和GPIOI關(guān)的寄存器。(1) STM32F107VC共有 80個(gè)GPIQ 分成 A、B、C、D EM個(gè)組，每組 有13-16個(gè)可用的I/O端口，每個(gè)GPIOT以自由編程。通過各個(gè)寄存器來控制 GPIO俞出高電平或者是低電平。每個(gè)GPIOt7個(gè)寄存器來控制，其中CRLSCRH 用來確定I/O管腳的方向和速率以及何種驅(qū)動(dòng)方式，BSRRT直接修改某一個(gè)CPI4唧的高低電平，BRUT將GPIOS零。(2) 在使用配置GPIOif存器之前，都要先配置 GPIO勺時(shí)鐘。通過RCC 寄存器當(dāng)中的CR CFGR3CIR#設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘。GPI也在

7、APB23、線上，可對(duì) APB2ENR存器設(shè)置來確定所用到的GPIO寸鐘。(3) C/OS-II用Cortex-M3的SysTick定時(shí)器產(chǎn)生操作系統(tǒng)需要的滴答 時(shí)鐘，作為整個(gè)系統(tǒng)的根基。SysTick定時(shí)器的四個(gè)寄存器SysTick_CTRL SysTick_LOAD SysTick_VAL、SysTick_CALIB控制每隔一定時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)中 斷使N C/OS-II系統(tǒng)能進(jìn)行多任務(wù)控制。(4) 用至用勺寄存器：CRL CRH BRR BSRR CR CFGR CIR、APB2ENR SysTICK_CTRL SysTICK_LOAD SysTICK_VAL SysTICK_CALIB3.3

8、 STM32庫函數(shù)使用說明設(shè)計(jì)中只用到時(shí)鐘和GPIO相關(guān)的庫函數(shù)。(1)直接配置寄存器開發(fā)，如果代碼比較龐大，可讀性差。ST針對(duì)STM32 封裝好一個(gè)軟件封裝庫，開發(fā)者可調(diào)用函數(shù)接口( API , Application Program Interface )來完成相應(yīng)的開發(fā)工作，配置寄存器的工作由接口函數(shù)完成，使開發(fā)人員脫離最底層的寄存器操作，易于閱讀，維護(hù)成本低。庫 是架設(shè)在寄存器與用戶驅(qū)動(dòng)層之間的代碼，向下處理與寄存器直接相關(guān)的配 置，向上為用戶提供配置寄存器的接口。庫開發(fā)方式與直接配置寄存器的方 式的區(qū)別：庫開發(fā)方式J直接配置寄存器方式*(2)庫目錄和文件簡介Libraries文件夾下

9、是驅(qū)動(dòng)庫的源代碼及啟動(dòng)文件。在使用庫開發(fā)時(shí)，需要把libraries目錄下的相關(guān)庫函數(shù)文件添加到工程中。進(jìn)入Libraries文件夾看到，關(guān)于內(nèi)核與外設(shè)的庫文件分別存放在CMSIS和 STM32F10x_StdPeriph_Driver文件夾中。CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard ) : ARMf所有 Cortex 芯片廠商的產(chǎn)品的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，制定了 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)。CMSIS層起著承上 啟下的作用，一方面該層對(duì)硬件寄存器層進(jìn)行了統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)，屏蔽了不同廠 商對(duì)Cortex-M系列微處理器核內(nèi)外設(shè)寄存器的不同定義

10、，另一方面又向上 層的操作系統(tǒng)和應(yīng)用層提供接口，簡化了應(yīng)用程序開發(fā)的難度。LibrariesCMSISCM3 文件夾下又分為 CoreSupport 和DeviceSupport 文 件夾。在CoreSupport中的是M3核通用的源文件core_cm3.c和頭文件 core_cm3.h,作用是為采用Cortex-M3核設(shè)計(jì)SOC的芯片商設(shè)計(jì)的芯片外設(shè)提 供一個(gè)進(jìn)入M3內(nèi)核的接口。這兩個(gè)文件在其它公司的 Cortex-M3系列芯片也 是相同的。我們只需把這個(gè)文件加進(jìn)我們的工程文件即可。在DeviceSupport文件夾下的是啟動(dòng)文件、外設(shè)寄存器定義 &中斷向量定 義層 的一些文件，由S

11、T公司提供。system_stm32f10x.蚊件的功能是設(shè)置系 統(tǒng)時(shí)鐘和總線時(shí)鐘，該文件中包含了 stm32f10x.h這個(gè)頭文件。啟動(dòng)文件要 選擇startup_stm32f10x_cl.s系統(tǒng)啟動(dòng)文件由匯編編寫，不同的文件對(duì)應(yīng)不同 的芯片型號(hào)。啟動(dòng)文件是任何處理器在上電復(fù)位之后最先運(yùn)行的一段匯編程 序。在我們編寫的c語言代碼運(yùn)行之前，需要由匯編為c語言的運(yùn)行建立一 個(gè)合適的環(huán)境，接下來才能運(yùn)行我們的程序。所以我們也要把啟動(dòng)文件添加 進(jìn)我們的的工程中去，其作用相當(dāng)于 bootloader。STM32F10x_StdPeriph_Driver ：該文件夾下有inc和srcffi個(gè)文件夾，者B

12、 屬于CMSIS的設(shè)備外設(shè)函數(shù)部分。src里面是每個(gè)設(shè)備外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。src和inc文件夾里的就是ST公司針對(duì)每個(gè)STM32外設(shè)而編寫的庫函數(shù) 文件，每個(gè)外設(shè)對(duì)應(yīng)一個(gè).c和.h后綴的文件。我們把這類外設(shè)文件統(tǒng)稱為： stm32f10x_ppp.c 或stm32f10x_ppp.h 文件，ppp表示外設(shè)名稱。如針對(duì) GPIO 外設(shè)，在sri件夾下有一個(gè)stm32f10x_gpio.c源文件，在inc文件夾下有一 個(gè)stm32f10x_gpio.h文件，設(shè)計(jì)中用到了 STM32的GPIO,則至少要把這兩 個(gè)文件包含到工程里。這兩個(gè)文件夾中，還有一個(gè)很特別的misc.c文件，這個(gè)文件提供了外設(shè)對(duì)

13、內(nèi)核中的NVIC(中斷向量控制器)的訪問函數(shù)，在配置中斷時(shí)，我們必須把這 個(gè)文件添加到工程中。在用庫建立一個(gè)完整的工程時(shí)，還需要添加user目錄下的stm32f10x_it.c、 stm32f10x_it.h、stm32f10x_conf.h 這三個(gè)文件。stm32f10x_it.c用來編寫中斷 服務(wù)函數(shù)；stm32f10x_conf.h用來配置使用了什么外設(shè)的頭文件， 用這個(gè)頭文 件我們可以很方便地增加或刪除外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫。庫文件直接包含進(jìn)工程即可，絲毫不用修改，而有的文件就要我們?cè)谑?用的時(shí)候根據(jù)具體的需要進(jìn)行配置。(3)用到的庫函數(shù)：SystemInit、RCC_APB2PeriphCl

14、ockCmd SysTick_Config、GPIO_Init 、GPIO_SetBits、GPIO_ResetBits。3.4 uC/OS-II任務(wù)管理函數(shù)使用說明設(shè)計(jì)中用到的任務(wù)管理函數(shù)包括任務(wù)堆棧的建立、任務(wù)的創(chuàng)建和 uC/OS-II的初始化和任務(wù)的啟動(dòng)。(1) UCOSI的前身是UCO S最早出自于1992年美國嵌入式系統(tǒng)專 家Jean J.Labrosse把UCOS的源碼發(fā)布在BBS上。目前最新的版本是 UCOSIII,但是現(xiàn)在使用最為廣泛的還是 UCOSILUCOSII是一個(gè)可裁減的、搶占式、實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，具有高度可移植性，特別適合于微處理器和控制器，已經(jīng)移植到近40多種處理器體

15、系 上，涵蓋了從8位至I 64位各種CPU包才5 DSP)。UCOSII (V2.91版本) 體系結(jié)構(gòu)如下圖所示：加口口 2 ARM Cortex-M3 / Target Board(2) uC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要工作就是對(duì)任務(wù)進(jìn)行管理和調(diào)度,任 務(wù)的執(zhí)行代碼通常是一個(gè)無限循環(huán)結(jié)構(gòu)。從程序設(shè)計(jì)的角度來看，一個(gè) uC/OS-II任務(wù)的代碼就是一個(gè)C語言函數(shù)，任務(wù)的參數(shù)是一個(gè) void類型的 指針，但是這些函數(shù)是由主函數(shù) main ()來負(fù)責(zé)創(chuàng)建和啟動(dòng)，然后由操作系 統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度和運(yùn)行，而不是調(diào)用的關(guān)系。OSTaskCreate()為倉ij建任務(wù)的函數(shù)，OSStart ()為啟動(dòng)任務(wù)的函數(shù)

16、。使 用OSStart ()之后，任務(wù)就交由操作系統(tǒng)來管理和調(diào)度。每個(gè)任務(wù)都必須具有一個(gè)唯一的優(yōu)先級(jí)別，每一個(gè)級(jí)別都用一個(gè)數(shù)字來表示，比如數(shù)字為0 255.在存儲(chǔ)器中按數(shù)據(jù)“后進(jìn)先出”的原則組織的連續(xù)存儲(chǔ)空間稱為堆棧，為了滿足任務(wù)切換和響應(yīng)中斷時(shí)保存 CPUS存器中的內(nèi)容及存儲(chǔ)任務(wù)私有數(shù) 據(jù)的需要，每個(gè)任務(wù)都應(yīng)該配有自己的堆棧。任務(wù)堆棧是任務(wù)的重要組成部 分。使用數(shù)據(jù)類型OS_STKe定義任務(wù)堆棧，即定義一個(gè)os_stki型的數(shù)組在使用uC/OS-II的所有服務(wù)之前，必須調(diào)用uC/OS-II的初始化函數(shù)OSInit (),對(duì)uC/OS-II自身的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初始化。為了能使用習(xí)慣的方法來使任務(wù)

17、延時(shí)，uC/OS-II提供了一個(gè)可以用時(shí)、分、秒為參數(shù)的任務(wù)延時(shí)函數(shù)OSTimeDlyHMSM()比如延時(shí) 1秒可用OSTimeDlyHMSM(00, 0, 1000).(3)需要用到的任務(wù)管理函數(shù)：OSInit、OSTaskCreate OSStart、OSTimeDlyHMSM四、軟件設(shè)計(jì)(含流程圖、帶注釋的程序清單)/*main.c*/#include "includes.h"#include "stm32f10x.h"#include "stm32f10xrcc.h"#include "stdio.hconst ui

18、nt32_t SystemFrequency = 72000000;#define RCCGPIOLEDRCC_APB2Periph_GPIOD#define GPIOLEDGPIOD#define DS1PINGPIOPin4#define ITM_Port8(n) (/(volatile unsigned char*)(0xE0000000+4*n)#define ITM_Port16(n) (/(volatile unsignedshort*)(0xE0000000+4*n)#define ITM_Port32(n) (/(volatile unsigned long*)(0xE0000

19、000+4*n)#define DEMCR(/(volatile unsigned long*)(0xE000EDFC)#define TRCENA0x01000000GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;# defineTASK_1_PRIO5# defineTASK_2_PRIO6# defineTASK_3_PRIO7# define TASK_4_PRIO 8# defineTASK_1_STK_SIZE100# defineTASK_2_STK_SIZE100# defineTASK_3_STK_SIZE100# define TASK_4_STK_

20、SIZE 100OS_STK task_1_stkTASK_1_STK_SIZE;/定義堆棧OS_STK task_2_stkTASK_2_STK_SIZE;/定義堆棧OS_STK task_3_stkTASK_3_STK_SIZE;/定義堆棧OS_STK task_4_stkTASK_4_STK_SIZE;/定義堆棧 struct _FILE int handle; ;FILE _stdout;FILE _stdin;/* *重寫fputc函數(shù)*/ int fputc(int ch, FILE *f)if (DEMCR & TRCENA)while (ITM_Port32(0) =

21、0);ITM_Port8(0) = ch;return(ch); void Task_1(void *arg)while (1)GPIO_ResetBits(GPIO_LED,DS1_PIN); 點(diǎn)亮 LED3 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,1000);GPIO_SetBits(GPIO_LED,DS1_PIN); / 熄滅 LED3 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,1000);void Task_2(void *arg)while (1)GPIO_ResetBits(GPIO_LED,GPIO_Pin_2); / 點(diǎn)亮 LED1 OSTimeDlyHMSM(0, 0,0,1

22、500);GPIO_SetBits(GPIO_LED,GPIO_Pin_2); / 熄滅 LED1GPIO_ResetBits(GPIO_LED,GPIO_Pin_3); / 點(diǎn)亮 LED2 OSTimeDlyHMSM(0, 0,0,1500);GPIO_SetBits(GPIO_LED,GPIO_Pin_3);/熄滅LED2GPIO_ResetBits(GPIO_LED,GPIO_Pin_7);/點(diǎn)亮LED4OSTimeDlyHMSM(0, 0,0,1500);GPIO_SetBits(GPIO_LED,GPIO_Pin_7);/熄滅LED4void Task_3(void *arg)whi

23、le (1)GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3); / 無源蜂鳴器響 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,1000);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3); / 無源蜂鳴器不響 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,1500);void Task_4(void *arg)while (1)printf("hello,world!n");int main(void)SystemInit(); /配置系統(tǒng)時(shí)鐘為72MSysTick_Config(SystemFrequency/OS_TICKS_PER_SEC); / 使

24、能 SysTick定時(shí)器RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_LED | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); / 使能 GPIOAF口 GPIOD勺時(shí)鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIO_LED , &GPIO_InitStructure);/LED 燈相關(guān)的GPI

25、O初始化GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure); /無源蜂鳴器相關(guān)的GPIO初始化GPIO_SetBits(GPIO_LED ,GPIO_Pin_All);/熄滅所有 LED指示燈GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);/ 讓無源蜂鳴器 不響OSInit(); /操作系統(tǒng)初始化OSTaskCreate(Task_1,(void *)0,&task_1_stkTASK_1_STK_SIZE-1,TASK_1_PRIO);/ 創(chuàng)建任務(wù) Task_1OSTaskCreate(Task_2,(void *)0,&tas

26、k_2_stkTASK_2_STK_SIZE-1,TASK_2_PRIO);/ 創(chuàng)建任務(wù) Task_2OSTaskCreate(Task_3,(void *)0,&task_3_stkTASK_3_STK_SIZE-1,TASK_3_PRIO);/ 創(chuàng)建任務(wù) Task_3OSTaskCreate(Task_4,(void *)0,&task_4_stkTASK_4_STK_SIZE-1,TASK_4_PRIO);/ 創(chuàng)建任務(wù) Task_4OSStart(); / 啟動(dòng)操作系統(tǒng)/* */ /* STM32DBG.INI: STM32 Debugger Initialization

27、 File */* */ / <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> / /* */ /* This file is part of the uVision/ARM development tools.*/ /* Copyright (c) 2005-2007 Keil Software. All rights reserved.*/ /* This software mayonly be used under the terms of a valid, current,*/* end user li

28、cence from KEIL for a compatible version of KEIL software */* development tools. Nothing else gives you the right to use thissoftware. */* */FUNC void DebugSetup (void) / <h> Debug MCU Configuration/ <o1.0> DBG_SLEEP <i> Debug Sleep Mode/ <o1.1> DBG_STOP <i> Debug Stop

29、Mode/ <o1.2> DBG_STANDBY <i> Debug Standby Mode/ <o1.5> TRACE_IOEN <i> Trace I/O Enable/ <o1.6.7> TRACE_MODE <i> Trace Mode/<0=> Asynchronous/<1=> Synchronous: TRACEDATA Size1/<2=> Synchronous: TRACEDATA Size2/<3=> Synchronous: TRACEDATA Si

30、ze4/ <o1.8> DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted/ <o1.9> DBG_WWDG_STOP <i> WindowWatchdog Stopped when Core-13 -is halted/ <o1.10> DBG_TIM1_STOP <i>/ <o1.11> DBG_TIM2_STOP <i>/ <o1.12> DBG_TIM3_STOP <i>/ <o1.13> DBG_TIM4_STOP <i>Timer 1 Stopped when Core is haltedTimer 2 Stopped when Core is haltedTimer 3 Stopped when Core is haltedTimer 4 Stopped when Core is halted/ <o1.14> DBG_CAN_STOP <i> CAN Stopped when Core is halted/ </h>_