實驗一、ARMSDT2.5開發環境一、實驗目的熟悉ARMSDT2.5開發環境，學會ARM并行口仿真器的使用。使用SDT編譯，下載，調試，并跟蹤一段已有的程序。了解嵌入式開發的基本思想和過程。二、實驗內容本次試驗使用ARMSDT2.5集成開發環境。新建一個基于操作系統的工程文件，并編譯這個工程。學習ARM并行口仿真器的使用和開發環境的設置。下載已經編譯好的文件到嵌入式控制器中運行。學會在程序中設置斷點，觀察系統內存和變量，為調試應用程序打下基礎。三、預備知識C語言的基礎知識、程序調試的基礎知識和方法四、實驗設備及工具（包括軟件調試工具）硬件：ARM嵌入式開發板、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC機Pentumn100以上軟件：PC機操作系統win2000、ARMSDT2.51集成開發環境、仿真器驅動程序五、實驗步驟1、運行ARMSDT2.5集成開發環境（ARMProjectManager）。選擇File｜New菜單，在對話框中選擇Project，并在如圖1-1所示，新建一個工程文件（work1.apj）。圖1-1“新建工程”對話框2、在新建的工程中，如圖1-2所示，選中工程樹的“根部”。使用菜單Project|ToolConfigurationforwork1.apj|<asm>=armasm|Set，對整個工程的匯編進行設置。圖1-23、因為開發板上的嵌入式處理器ARM7TDMI沒有浮點處理器，所以，如圖1-3所示，在彈出的對話框中設置FloatingPointProcessor為none。保持其它的設置不變。圖1-34、選中工程樹的“根部”，通過菜單Project|ToolConfigurationforwork1.apj|asmlink|Set，對整個工程的連接方式進行設置。5、在彈出的對話框中，選中EntryBase選項卡，如圖1-4所示，設置連接的Read-Only（只讀）和Read-Write（讀寫）地址。地址0xC000000是開發板上SDRAM的真實地址，是由系統的硬件決定的；0xC600000指的是系統可讀寫的內存的地址。也就是說，在0xC000000—0xC5ffffff之間是只讀區域，存放程序的代碼段，在0xC600000開始是程序的數據段。圖1-46、選擇LinkerConfiguration的ImageLayout選項卡，如圖1-5所示，設置程序的入口模塊。指定在生成的代碼中，程序是從44binit.s開始運行的。圖1-57、選中工程樹中DebugRel子樹，用Delete鍵刪除，同樣，選中工程樹中Release子樹，用Delete鍵刪除，提示：在系統工程樹中Debug子樹是下面生成的是應用程序的調試版本，在生成的目標代碼中，包含了系統的調試信息。Release子樹是應用程序的發行版本，生成的代碼中不包括調試信息，而且編譯器還針對速度和代碼的大小進行優化。DebugRel子樹是一個折衷版本，通常用不到，本實驗中均只考慮Debug子樹。8、按以下步驟步驟使編譯器輸出bios.bin文件。選擇工程樹的“根部”，選擇Project—>EditVariablesforwork1.apj…彈出圖1-6的窗口，將變量build_target的值<$projectname.axf>改為<$projectname.bin>，單擊ok。圖1-6選擇Project—>EditProjectTemplate…彈出圖1-7，單擊EditDetails…將標題改為Rom。單擊New…新加一個CreateRome構建過程。如圖1-8所示。圖1-7圖1-8選擇Project—>EditVariablesforwork1.apj…在Name和Value項中如圖1-9填寫，點擊OK；在下圖窗口中，將$$Projectname的值改為bios。圖1-99、至此，工程文件設置完畢。因為設置過程比較繁瑣，可以保存此工程，下次新建項目的時候復制即可。提示：可以使用File|SaveasTamplete菜單把當前工程的設置保存為模板，比如，Rom.apj文件。把此文件復制到ARMSDT編譯器的\ARM251\Template目錄下，以后創建工程的時候，就可以直接選擇使用此模板了。模板文件也是一個工程文件（*.apj），但是，模板文件中不包括工程中文件的信息，只有編譯器環境的設置。10、把\bsp及其子目錄和main.c復制到work1的目錄下。如圖1-10所示。選中工程樹中Debug子樹的Sources選項。通過菜單Project|AddFilestoSources，把bsp\bspinit.c，bsp\cpu\44binit.s，bsp\cpu\44blib.c，bsp\uart\uart.c和main.c文件加入工程的源文件中，如圖1-10所示。圖1-1011、選中工程樹中Debug子樹，通過Project|Buildwork1.apj“Debug”菜單（或者工具欄中的相應按鈕）編譯整個工程。12、把ARM的JTAG仿真器連接到PC機的并行口和開發板上，打開開發板的電源，將光盤中jtag目錄拷貝到C:\下，按照“C:\jtag\SDT251在線調試方法.pdf”中的要求安裝仿真器的驅動程序，然后在開始->運行中輸入cmd命令，在彈出窗口中輸入cdc:\jtag，和winntjtag起動仿真器連接程序。13、使用Project|Debugwork1.apj“Debug”菜單（或者工具欄中的相應按鈕）啟動ARMDebugger軟件調試程序。14、在ARMDebugger中，通過Options|ConfigureDebugger菜單設置仿真器。如圖1-9所示，在彈出的對話框中，設置TargetEnvironment為Remote_A圖1-1115、單擊Configure按鈕，按照如圖1-10所示，設置仿真器，添加本機的IP地址。圖1-1216、出現如下提示以后，請先按開發板復位按鈕，然后點YES，ARMDebbuger開始通過仿真器裝載程序。如圖1-11所示。圖1-1317、裝載完畢以后，通過Option|Addsearchpath設置工程文件路徑，然后點擊View|Sourcefiles,會看到工程中的文件信息，如圖1-14所示。圖1-1418、通過Execute|Go菜單（或者工具欄中的相應按鈕）運行程序。程序運行的時候，可以使用Execute|Stop菜單（或者工具欄中的相應按鈕）暫停運行程序。如圖1-12所示，在Execute窗口中將顯示出程序暫停的位置。圖1-1519、通過Execute|Step菜單（或者工具欄中的相應按鈕）可以單步運行程序。也可以使用StepIn、StepOut菜單命令進入或者跳出函數的調用。20、在源文件列表中打開Main.c文件。選擇源文件中的某一行，右擊鼠標，如圖1-14所示，用ToggleBreakpoint快捷菜單命令可以設置斷點，使程序運行到這里停下來。圖1-1621、使用在View菜單下的Registers、Variables和Memory命令可以查看工作寄存器或者內存變量。讀者可以逐一的嘗試，為以后調試程序打下基礎。實驗二：開發基本的嵌入式應用程序一、實驗目的學習使用UltraEditC代碼文本編輯器。掌握Uart_Printf（）函數的用法。學會使用ppcboot，tftp和超級終端進行嵌入式應用開發。二、實驗內容使用UltraEditC代碼文本編輯器，編寫一段程序，在串口顯示“Helloworld”等文本。利用ppcboot與tftp將程序下載到ARM板。三、預備知識用ARMSDT2.5集成開發環境，編寫和調試程序的基本過程。四、實驗設備及工具（包括軟件調試工具）硬件：ARM嵌入式開發板、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC機Pentumn100以上,串口線。軟件：PC機操作系統win2000、ARMSDT2.51集成開發環境、仿真器驅動程序、UltraEdit、tftp。五、實驗步驟在ARMSDT2.51中，打開實驗一中創建好的工程work1。啟動UltraEdit，通過UltraEdit的Files|Open菜單（或者相應的工具欄按鈕）打開eg1\main.c。可以看到，UltraEdit是一個很方便的C代碼閱讀和編輯工具，它會自動區分C語言的語法，把變量、函數和宏定義等都特殊的顯示出來便于閱讀。很適合于編輯大型軟件。花20分鐘熟悉一下UltraEdit，同時閱讀main.c文件的代碼。3、重點分析Main函數中的代碼，了解系統的啟動過程。Main函數的代碼如下：voidMain(void){ Bsp_Init(); while(1) { Uart_Printf("HelloWorld!\n"); Delay(10000); }}4、系統從bsp\cpu\44binit.s開始執行，進行簡單的初始化后即進入main()函數，Bsp_Init()用于初始化ARM板，然后進行while(1)死循環（注意系統任務都是死循環形式，沒有返回）。Uart_Printf()的格式可以參看bsp\uart\uart.h。5、讀者可以將Uart_Printf()中的內容變更，看運行后超級終端有什么不同。6、編譯并下載程序，調試程序。開啟tftp服務程序，設置bios.bin（此即為將要下到ARM板運行的映象文件）的路徑，如圖2-1圖2－17、運行windows系統下的超級終端（HyperTerminal）應用程序，如圖2-2所示新建一個終端通訊，取名為arm。單擊確定按鈕。圖2-28、選擇終端的連接的串口（比如：串行口1），如圖2-3所示，設置通訊的格式和協議。圖2-39、設置完成超級終端以后，就可和嵌入式開發板中固化的ppcboot建立通訊。按嵌入式開發板系統的復位按鈕，使系統通過BIOS引導，通過PC機鍵盤可以和嵌入式開發板通訊，按回車鍵，此時超級終端等待命令輸入。輸入tftpc000000，終端顯示下載完畢，再輸入goc000000開始程序運行。如圖2-4。關于ppcboot的詳細使用可參看“ppcboot的移植與使用”。實驗三、μCOSII在ARM上的移植一、實驗目的1．了解UC/OS-II內核的主要結構。2．掌握將UC/OS-II內核移植到ARM7處理器上的基本方法。二、實驗內容1．將UC/OS-II內核移植到ARM7處理器上。2．按鍵盤上的任意鍵，在超級終端上顯示對應的鍵值。三、預備知識1．掌握在ARMSDT2.5集成開發環境中編寫和調試程序的基本過程。2．會使用UltraEdit編輯C語言源程序。3．了解ARM7處理器的結構。4．了解利用ppcboot和tftp進行下載文件的方法。5．了解UC/OS-II系統結構。四、實驗設備及工具硬件：ARM嵌入式開發板、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC機Pentumn100以上,串口線。軟件：PC機操作系統win2000、ARMSDT2.51集成開發環境、仿真器驅動程序、UltraEdit、tftp。五、實驗原理所謂移植，指的是一個操作系統可以在某個微處理器或者微控制器上運行。雖然μCOS-II的大部分源代碼是用C語言寫成的，但是，仍需要用C語言和匯編語言完成一些與處理器相關的代碼。比如：μCOS-II在讀寫處理器寄存器時只能通過匯編語言來實現。因為μCOS-II在設計的時候就已經充分考慮了可移植性，所以，μCOS-II的移植還是比較容易的。要使μCOS-II可以正常工作，處理器必須滿足如下要求：1．處理器的C編譯器能產生可重入代碼。可重入的代碼指的是一段代碼（比如：一個函數）可以被多個任務同時調用，而不必擔心會破壞數據。也就是說，可重入型函數在任何時候都可以被中斷執行，過一段時間以后又可以繼續運行，而不會因為在函數中斷的時候被其他的任務重新調用，影響函數中的數據。下面的兩個例子可以比較可重入型函數和非可重入型函數：程序1：可重入型函數voidswap(int*x,int*y){inttemp;temp=*x;*x=*y;*y=temp;}程序2：非可重入型函數inttemp;voidswap(int*x,int*y){temp=*x;*x=*y;*y=temp;}程序1中使用的是局部變量temp作為變量，通常的C編譯器，把局部變量分配在棧中。所以，多次調用同一個函數，可以保證每次的temp互不影響。而程序2中temp定義的是全局變量，多次調用函數的時候，必然受到影響。代碼的可重入性是保證完成多任務的基礎，除了在C程序中使用局部變量以外，還要C編譯器的支持。筆者使用的是ARMSDT的集成開發環境，可以生成可重入的代碼。2．在程序中可以打開或關斷中斷。在μCOS-II中，可以通過OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏來控制系統關閉或者打開中斷。這需要處理器的支持。在ARM7TDMI的處理器上，可以設置相應的寄存器來關閉或者打開系統的所有中斷。3．處理器支持中斷，并能產生定時中斷（通常在10Hz~1000Hz之間）μCOS-II是通過處理器產生的定時器的中斷來實現多任務之間的調度的。在ARM7TDMI的處理器上可以產生定時器中斷。4．處理器支持能夠容納一定量數據（可能是幾千字節）的硬件堆棧。5．處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出和存儲到堆棧或內存中的指令。移植工作包括以下幾個內容：1．用#define設置一個常量的值（OS_CPU.H）。2．聲明10個數據類型（OS_CPU.H）。3．用#define聲明三個宏（OS_CPU.H）。4．用C語言編寫六個簡單的函數（OS_CPU_C.C）。5．編寫四個匯編語言函數（OS_CPU_A.ASM）。μCOS-II進行任務調度的時候，會把當前任務的CPU寄存器存放到此任務的堆棧中，然后，再從另一個任務的堆棧中恢復原來的工作寄存器，繼續運行另一個任務。所以，寄存器的入棧和出棧是μCOS-II多任務調度的基礎。在移植過程中，INCLUDES.H使得用戶項目中的每個.C文件不用分別去考慮它實際上上需要那些頭文件。使用INCLUDES.H的唯一缺點是，它可能會包括一些實際不相關的頭文件。這意味著每個文件的編譯時間可能會增加。但由于它增強了代碼的可移植性，所以我們還是決定使用這一方法。用戶可以通過編輯INCLUDES.H來增加自己的頭文件，但用戶的頭文件必須添加在頭文件列表的最后。圖15-1uC/OS硬件和軟件體系結構六、實驗步驟1．設置OS_CPU.H中與處理器和編譯器相關的代碼/**********************************************************************與編譯器相關的數據類型*********************************************************************/typedefunsignedchar BOOLEAN;typedefunsignedchar INT8U;//8位無符號整數typedefsignedchar INT8S;//8位有符號整數typedefunsignedshort INT16U;//16位無符號整數typedefsignedshort INT16S;//16位有符號整數typedefunsignedlong INT32U;//32位無符號整數typedefsignedlong INT32S;//32位有符號整數typedeffloat FP32;//單精度浮點數typedefdouble FP64;//雙精度浮點數typedefunsignedint OS_STK;//堆棧入口寬度為16位#defineBYTE INT8S//字節型#defineUBYTE INT8U//為了與uC/OSV1.xx.兼容#defineWORD INT16S//...uC/OS-II.#defineUWORD INT16U#defineLONG INT32S#defineULONG INT32U/*********************************************************************與ARM處理器相關的代碼********************************************************************/#defineOS_ENTER_CRITICAL()ARMDisableInt()/*關閉中斷*/#defineOS_EXIT_CRITICAL()ARMEnableInt()/*開啟中斷*//*設施堆棧的增長方向*/#defineOS_STK_GROWTH1/*堆棧由高地址向低地址增長*/2．用C語言編寫六個操作系統相關的函數（OS_CPU_C.C）void*OSTaskStkInit(void(*task)(void*pd),void*pdata,void*ptos,INT16Uopt){unsignedint*stk;opt=opt;/*'opt'isnotused,preventwarning*/stk=(unsignedint*)ptos;/*Loadstackpointer*//*buildacontextforthenewtask*/*--stk=(unsignedint)task;/*pc*/*--stk=(unsignedint)task;/*lr*/*--stk=0;/*r12*/*--stk=0;/*r11*/*--stk=0;/*r10*/*--stk=0;/*r9*/*--stk=0;/*r8*/*--stk=0;/*r7*/*--stk=0;/*r6*/*--stk=0;/*r5*/*--stk=0;/*r4*/*--stk=0;/*r3*/*--stk=0;/*r2*/*--stk=0;/*r1*/*--stk=(unsignedint)pdata;/*r0*/*--stk=(SVC32MODE|0x0); /*cpsrIRQ,FIQdisable*/*--stk=(SVC32MODE|0x0); /*spsrIRQ,FIQdisable*/return((void*)stk);}voidOSTaskCreateHook(OS_TCB*ptcb){ptcb=ptcb;//防止編譯時出現警告}voidOSTaskDelHook(OS_TCB*ptcb){ptcb=ptcb;//防止編譯時出現警告}voidOSTaskSwHook(void)voidOSTaskStatHook(void)voidOSTimeTickHook(void)后5個函數為鉤子函數，可以不加代碼。3．用匯編語言編寫四個與處理器相關的函數（OS_CPU.ASM）（1）OSStartHighRdy（）；運行優先級最高的就緒任務;BL OSTaskSwHook;Calluser-definedhookfunctionLDR r4,addr_OSRunning;IndicatethatmultitaskinghasstartedMOV r5,#1STRB r5,[r4];OSRunning=trueLDR r4,addr_OSTCBHighRdy;GethighestprioritytaskTCBaddressLDR r4,[r4];getstackpointerLDR sp,[r4];switchtothenewstackLDMFD sp!,{r4};popnewtasksspsrMSR SPSR_cxsf,r4LDMFD sp!,{r4};popnewtaskspsrMSR CPSR_cxsf,r4LDMFD sp!,{r0-r12,lr,pc};popnewtasksr0-r12,lr&pc（2）OSCtxSw（）；任務級的任務切換函數STMFD sp!,{lr};pushpc(lrisactuallybepushedinplaceofPC)STMFD sp!,{r0-r12,lr};pushlr®isterfileMRS r4,CPSRSTMFD sp!,{r4};pushcurrentpsrMRS r4,SPSRSTMFD sp!,{r4};pushcurrentspsr_OSCtxSwLDR r4,=OSPrioCur;OSPrioCur=OSPrioHighRdyLDR r5,=OSPrioHighRdyLDRB r6,[r5]STRB r6,[r4]LDR r4,=OSTCBCur;GetcurrenttaskTCBaddressLDR r5,[r4]STR sp,[r5];storespinpreemptedtaskssTCB;BL OSTaskSwHook;callTaskSwitchHookLDR r6,=OSTCBHighRdy;GethighestprioritytaskTCBaddressLDR r6,[r6]LDR sp,[r6];getnewtasksstackpointerSTR r6,[r4];setnewcurrenttaskTCBaddressLDMFD sp!,{r4};popnewtaskspsrMSR SPSR_cxsf,r4LDMFD sp!,{r4};popnewtaskcpsrMSR CPSR_cxsf,r4LDMFD sp!,{r0-r12,lr,pc};popnewtaskr0-r12,lr&pc（3）OSIntCtxSw（）；中斷級的任務切換函數STMDBsp!,{r0-r1}LDR r0,addr_OSIntCtxSwFlag;OSIntCtxSwFlag=trueMOV r1,#1STR r1,[r0]LDMIA sp!,{r0-r1}MOV pc,lr;return（4）OSTickISR（）；中斷服務函數 SUB lr,lr,#4 STMDBsp!,{r0-r12,lr};pushr0-r12registerfileandlr(pcreturnaddress) MRS r4,SPSR STMFD sp!,{r4};pushcurrentspsr_irq(=cpsr_svc) ;interruptdisable(notnessary) mrs r0,CPSR orr r0,r0,#0x80 ;andsetIRQdisableflag msr CPSR_cxsf,r0 BL OSIntEnter BL do_irq;heredo_IRQisusedtoclearsomevirtual-hardwareflags BL OSIntExit LDR r0,addr_OSIntCtxSwFlag;checkifOSIntCtxFlagismarkedastrue LDR r1,[r0] CMP r1,#1 LDREQ pc,=_IntCtxSw ;ifOSIntCtxFlag=true,thenjumpto_IntCtxSw LDMFD sp!,{r4};getcpsr_svcfromstack MSRSPSR_cxsf,r4;preparespsrtoreturnsvcmode LDMFD sp!,{r0-r12,pc}^ ;recoverr0-r12andpcfromstack,cpsralso_IntCtxSwMOV r1,#0;clearOSIntCtxSwFlag=flaseSTR r1,[r0] LDMFD sp!,{r4} ;restorespsr_irq MSR SPSR_cxsf,r4 LDMFD sp!,{r0-r12,lr} ;reco