ARM应用技术实验指导书13秋.docx

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ARM应用技术实验指导书13秋

《嵌入式系统设计》

实验指导书

哈尔滨理工大学

自动化学院

电子信息科学与技术

20012-10

realviewMDK开发环境简介

一、RealViewMDK软件开发环境简介

RealViewMDK源自德国Keil公司，被全球超过10万的嵌入式开发工程师验证和使用，是ARM公司目前最新推出的对各种嵌入式处理器的软件开发工具。

RealViewMDK集成了业内最领先的技术，包括µVision3集成开发环境与RealView编译器，支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20％。

1、RealViewMDK的突出特性

—启动代码生成向导，自动引导，一日千里

—软件模拟器，完全脱离硬件的软件开发过程

—性能分析器，看得更远、看得更细、看得更清 

—Cortex-M3支持

—业界最优秀的编译器RealView编译器，代码更小，性能更高,配备ULINK2仿真器,无需安装驱动

—Flash编程模块轻松实现Flash烧写

2、产品模块介绍

µVision3IDE

启动代码生成向导

设备模拟器

性能分析器

RealView编译器

MircoLib

 RL-ARM（可选） 

ULINK2仿真器

صVision3IDE

µVisionIDE在全球拥有庞大的用户群，超过10万开发工程师在使用Keil开发工具。

不管以前是用8位、16位MCU，还是现在改用ARM32位处理器，µVisionIDE简单易用，能让您立马上手。

صVision3IDE主要特性：

●功能强大的源代码编辑器；

●可根据开发工具配置的设备数据库；

●用于创建和维护工程的工程管理器；

●集汇编、编译和链接过程于一体的编译工具；

●用于设置开发工具配置的对话框；

●真正集成高速CPU及片上外设模拟器的源码级调试器；

●高级GDI接口，可用于目标硬件的软件调试和ULINK2仿真器的连接；

●用于下载应用程序到FlashROM中的Flash编程器；

●完善的开发工具手册、设备数据手册和用户向导。

图1.1µVision3IDE

Ø启动代码配置向导

µVision3IDE的启动代码配置向导将各个所需配置的功能模块以对话框方式展示，附加的提示说明，帮助你快速轻松的做出选择，生成完善的启动代码，免除手工写几百行汇编程序的痛苦。

صVision3设备模拟器

µVision3设备模拟器的功能强大，能模拟整个MCU的行为。

使你在没有硬件或对目标MCU没有更深的了解的情况下，仍然可以立即开始开发软件。

Ø性能分析器

性能分析器可给所有的MCU实现如程序运行时间统计、被调用次数统计、代码覆盖率统计等高端功能，而这些功能对于快速定位死区代码，帮助优化分析等起了关键的作用。

ØRealView编译器（RVCT）

RealViewMDK集成的RealView编译器（跟RVDS使用一样的编译器），是业界最优秀的编译器，它能使代码容量更小、执行效率更高；使应用程序运行更快、系统成本更低。

ØMicroLib

为进一步改进基于ARM处理器的应用代码密度，RealViewMDK采用了新型microlibC库（用于C的ISO标准运行时库的一个子集），并将其代码镜像降低最小以满足微控制器应用的需求。

MicrolibC库可将运行时库代码大大降低。

ØRealView实时库RL-ARM（可选）

ØULINK2仿真器 

ULINKUSB-JTAG仿真器

JTAG仿真器也称为JTAG调试器，是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行调试的设备。

JTAG仿真器连接比较方便，通过现有的JTAG边界扫描口与ARMCPU核通信，属于完全非插入式（即不使用片上资源）调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。

另外，由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高频操作限制、AC和DC参数不匹配，电线长度的限制等被最小化了。

使用集成开发环境配合JTAG仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。

ULINKUSB-JTAG仿真器支持众多Philips、Samsung、Atmel、AnalogDevices、Sharp、ST等众多厂商ARM7及ARM9内核的ARM微控制器，其将PC机的USB端口与用户的目标硬件相连（通过JTAG或OCD），使用户可在目标硬件上调试代码。

通过使用KeiluVisionIDE/调试器和ULINKUSB-JTAG仿真器，用户可以方便地编辑、下载和在实际的目标硬件上测试嵌入式的程序，并且具有三个LED灯分别显示RUN,COM,和USB状态。

使用ULINKUSB-JTAG仿真器可以实现以下功能：

􀁺USB通讯接口高速下载用户代码

􀁺存储区域/寄存器查看

􀁺快速单步程序运行

􀁺添加多个程序断点

􀁺运行实时程序

􀁺片内Flash编程

􀁺运行实时程序

ULINK2USB-JTAG仿真器

ULINK2通过JTAG,SWD,或OCDS将目标硬件与您电脑的USB端口连接起来，使用ULINK2您

可以调试在目标硬件上运行的嵌入式程序。

ULINK2不仅包含了ULINKUSB-JTAG适配器具有的所有功能，而且具有如下新的特点：

􀁺标准WindowsUSB驱动支持ULINK2即插即用

􀁺支持基于ARMCortex-M3的串行线调试

􀁺支持程序运行期间的存储器读写、终端仿真和串行调试输出

􀁺既支持20针引脚，同时也支持10针引脚

􀁺ULINK2仿真器图如图1.2所示。

图1.2ULINK2USB-JTAG仿真器图

二、RealView使用

1、创建一个工程

µVision是一个标准的窗口应用程序，可以点击程序按钮开始运行。

为了创建一个新的µVision工程必须作如下处理：

选择工具集

创建工程文件

选择设备

1）选择工具集

µVision可以使用ARMRealView编译工具、ARMADS编译器、GNUGCC编译器和KeilCARM编译器。

当使用GNUGCC编译器或ARMADS编译器时必须另外安装它们编译集。

实际使用的工具集可以在µVisionIDE的Project–Manage-Components,Environment,andBooks对话框的Folders/Extensions页（见下图）中选择。

图1.3选择工具集

∙UseRealViewCompiler复选框表示本工程使用ARM开发工具。

RealViewFolder文本框指定开发工具的路径。

∙下面的例子显示了各种版本的ARMADS/RealView开发工具的路径：

a）µVision的RealView编译器:

BIN31\

b）ADSV1.2:

C:

\ProgramFiles\ARM\ADSv1_2\Bin

c）RealView评估版2.1:

C:

\ProgramFiles\ARM\RVCT\Programs\2.1\350\eval2-sc\win_32-pentium

∙UseKeilCARMCompiler复选框表示本工程使用KeilCARM编译器、KeilAARM汇编器和KeilLARM链接器/装载器。

∙UseGNUCompiler复选框表示本工程使用GNU开发工具。

CygnusFolder文本框指定GNU的安装路径。

∙Keil根目录的设置是基于µVision/ARM开发工具的安装目录的。

对于KeilARM工具来说，工具组件的路径是在开发工具目录中配置的。

2）创建工程文件

单击Project->New...->µVisionProject菜单项，µVision3将打开一个标准对话框，输入希望新建工程的名字即可创建一个新的工程，建议对每个新建工程使用独立的文件夹。

例如，这里先建立一个新的文件夹，然后选择这个文件夹作为新建工程的目录，输入新建工程的名字Project1，µVision将会创建一个以Project1.UV2为名字的新工程文件，它包含了一个缺省的目标（target）和文件组名。

这些内容在ProjectWorkspace->Files中可以看到。

3）选择设备

在创建一个新的工程时，µVision要求为这个工程选择一款CPU。

选择设备对话框显示了µVision的设备数据库，只需要选择用户所需的微控制器即可。

例如，选择PhilipsLPC2106微控制器，这个选择设置了LPC2106设备的必要工具选项、简化了工具的配置。

图1.4选择设备

注意：

∙当创建一个新的工程时，µVision会自动为所选择的CPU添加合适的启动代码。

∙对于一些设备而言，µVision需要用户手动地输入额外的参数。

请仔细阅读这个对话框右边的信息，因为它可能包含所选设备的额外配置要求。

创建源文件以后，就可以将这个文件添加到工程中。

µVision提供了几种方法将源文件添加到工程中。

例如，在ProjectWorkspace->Files页的文件组上点击鼠标右键，然后在弹出的菜单中选择AddFiles菜单项，这时将打开标准的文件对话框，选择我们创建的asm或c文件即完成源文件的添加。

2.建立一个新的源文件

创建一个工程之后，就应开始编写源程序。

选择菜单项File-New可创建新的源文件，μVisionIDE将会打开一个空的编辑窗口用以输入源程序。

在输入完源程序后，选择File-SaveAs…菜单项保存源程序，汇编语言源文件以*.S为扩展名，C语言源文件以*.C为扩展名。

3.工程中文件的加入

创建完源文件后便可以在工程里加入此源文件，μVision提供了多种方法加入源文件到工程中。

例如，在ProjectWorkspace–Files菜单项中选择文件组，右击将会弹出如图1.5所示快捷菜单，单击选项AddFilestoGroup…打开一个标准文件对话框，将已创建好的源文件加入到工程中。

图1.5加入源文件到工程中

4．编译、链接工程

1）设置目标硬件的工具选项

µVision可以设置目标硬件的选项。

通过工具栏按钮或Project-OptionsforTarget菜单项打开OptionsforTarget对话框，在Target页中设置目标硬件及所选CPU片上组件的参数。

图1.6设置目标硬件

下表描述了Target对话框的选项：

对话框项

描述

Xtal

设备的晶振（XTAL）频率。

大多数基于ARM的微控制器都使用片上PLL产生CPU时钟。

所以，一般情况下CPU的时钟与XTAL的频率是不同的。

Read/OnlyMemoryArea

配置片内、片外的ROM区地址以及大小

Read/WriteMemoryAreas

指定目标硬件的片内和片外的RAM区地址以及大小

CodeGeneration

选择产生ARMcode还是Thumbcode

2）、增加连接控制文件

对于GNU和ARMADS/RealView工具链来说，链接器的配置是通过链接器控制文件实现的。

这个文件指定了ARM目标硬件的存储配置。

预配置的链接器控制文件在文件夹..\ARM\GNU或..\ARM\ADS中。

 为了与目标硬件相匹配，用户可能会修改链接器控制文件，所以工程中的那个文件是预配置的连接控制文件的一个副本。

这个文件可以通过Project-OptionsforTarget对话框的Linker页添加到工程中。

图1.7设置linker选项

对于复杂的memorylayout分配方式，应该采用scatterfile，对于简单的工程，直接指定R/O和R/W的基地址即可。

3）编译链接

完成工程的设置后，就可以对工程进行编译链接了。

用户可以通过选择主窗口Project菜单的Buildtarget项或工具条

按钮，编译相应的文件或工程，同时将在输出窗的Build子窗口中输出有关信息。

如果在编译链接过程中，出现任何错误，包括源文件语法错误和其它错误时，编译链接操作立刻终止，并在输出窗的Build子窗口中提示错误，如果是语法错误，用户可以通过鼠标左键双击错误提示行，来定位引起错误的源文件行。

如图1.8

图1.8编译选项

5.程序调试

源文件编译成功产生应用程序以后就可开始调试了，点击Debug->Start/Stopdebugsession（CtrlF5）即进入调试模式。

进入调试模式之后，可以选择单步、全速运行。

可以设置断点等常规的调试。

所有有关调试的操作都可以在Debug菜单下找到。

如下图所示为进入调试模式下时的界面。

常用的调试手段：

▪单步、全速运行程序。

F10单步运行，F5全速运行。

▪对于各种模式下的寄存器，可以在左边的窗口查看。

对于ARM的7种模式下的寄存器，都可以查看。

当处理器处于任何一种模式时，可以查看Current中所有的寄存器的值，处理器从一种状态改变到另外一种状态时，该模式下物理上独立的寄存器将会被用到。

▪设置断点。

选中需要设置断点的行，然后F9即在改行设置断点，程序运行到此处就停止运行。

▪查看变量的实时值。

对于local的变量，打开View->Watch&CallStackWindow，在此Window中，选择Localstab就可以查看所有的local变量。

对于全局变量，选择Watchwindow中的Watch#1，加入你需要查看的变量就可以查看实时的全局变量的值。

▪外设模块仿真。

因为我们选择的是Simulator，所以可以通过RealViewMDK强大的仿真功能来调试程序。

打开Peripheral->GPIO可以看到每一个GPIOpin的实时状态信息。

全速运行程序后，GPIO的状态就开始按照程序的控制开始变化。

图1.9simulator调试

实验一汇编指令实验

一、实验目的

1、熟悉使用realviewMDKIDE开发环境及ARM软件模拟器；

2、通过实验掌握简单ARM汇编指令的使用方法。

二、实验设备

1、硬件：

PC机

2、软件：

realviewMDK集成开发环境，Windows98/2000/NT/XP。

三、实验内容

1、熟悉开发环境的使用并使用LDR/STR，MOV等指令访问寄存器或存储单元。

2、使用ADD/SUB/LSL/LSR/AND/ORR等指令，完成基本数学/逻辑运算。

四、实验步骤

1.实验A

1）新建工程

首先在\Keil\ARM\Examples\目录下建立文件夹命名为Asm1_a，运行μVision3IDE集成开发环境，选择菜单项Project–New…–μVisionProject，系统弹出一个对话框，输入相关内容。

点击“保存”按钮，将创建一个新工程asm_1a.Uv2。

2）为工程选择CPU

新建工程后，要为工程选择CPU，在此选择SAMSUNG的S3C44B0X。

然后会弹出一个对话框，问是否要添加启动代码。

由于本实验是简单的汇编实验，因此不需要启动代码，选择否。

3）建立源文件

点击菜单项File-New，系统弹出一个新的文本编辑窗，按照实验参考程序编辑输入源文件代码。

编辑完后，保存文件asm1_a.s。

4）添加源文件

单击工程管理窗口中的相应右键菜单命令，选择AddFilesto…，会弹出文件选择对话框，在工程目录下选择刚才建立的源文件asm1_a.s。

5）工程配置

选择菜单项Project->OptionforTarget…，将弹出工程设置对话框，如图

（1）所示。

Target选项页的配置如图

（1），Linker选项页的配置如图2，Debug选项页的配置如图3。

需要注意，在Debug选项页内需要一个初始化文件：

DebugINRam.ini。

此.INI文件用于设置生成的.AXF文件下载到目标中的位置，以及调试前的寄存器、内存的初始化等配置操作。

它是由调试函数及调试命令组成调试命令脚本文件。

图1基本配置—Targe

图2基本配置—Linker

图3基本配置—Debug

6）生成目标代码

选择菜单项Project-Buildtarget或快捷键F7，生成目标代码。

在此过程中，若有错误，则进行修改，直至无错误。

若无错误，则可进行下一步的调试。

7）调试

选择菜单项Debug-Start/StopDebugSession或快捷键Ctrl+F5，即可进入调试模式。

若没有目标硬件，可以用μVision3IDE中的软件仿真器。

做如下调试工作：

􀂋打开memory窗口，单步执行，观察地址0x8000~0x801f的内容与地址0xff0~0xfff的内容；

􀂋单步执行，观察寄存器的变化；

􀂋结合实验内容和相关资料，观察程序运行，通过实验加深理解ARM指令的使用；

􀂋理解和掌握实验后，完成实验练习题。

2、实验B

实验B与上述步骤完全相同，只要把对应的asm1_a.s文件改成asm1_b.s以及工程名即可。

五、实验参考程序

实验A汇编程序

;asm1_a.s

xEQU45;x=45

yEQU64;y=64/

stack_topEQU0x30200000;definethetopaddressforstacksexportReset_Handler

AREAtext,CODE,READONLY

exportReset_Handler;codestart

ldrsp,=stack_top

movr0,#x;putxvalueintoR0

strr0,[sp];savethevalueofR0intostacks

movr0,#y;putyvalueintoR0

ldrr1,[sp];readthedatafromstack,andputitintor1

addr0,r0,r1;R0=R0+R1

strr0,[sp]

stop

bstop;endthecode£¬cycling

end

调试命令脚本DebugINRam.ini：

/***<<

disalbe!

WizardinContextMenu>>>***/

/*Name:

DebugINRam.ini*/

FUNCvoidSetup（void）

{

//ProgramEntryPoint,.AXFFiledownloadAddress

PC=0x030000000;

}

map0x00000000,0x00200000readwriteexec

map0x30000000,0x34000000readwriteexec

Setup（）;//SetupforRunning

//g，main

实验B汇编程序

;asm1_b.s

xEQU45;/*x=45*/

yEQU64;/*y=64*/

zEQU87;/*z=87*/

stack_topEQU0x30200000;/*definethetopaddressforstacks*/

exportReset_Handler

AREAtext,CODE,READONLY

Reset_Handler;/*codestart*/

movr0,#x;/*putxvalueintoR0*/

movr0,r0,lsl#8;/*R0=R0<<8*/

movr1,#y;/*putyvalueintoR1*/

addr2,r0,r1,lsr#1;/*R2=（R1>>1）+R0*/

ldrsp,=stack_top

strr2,[sp]

movr0,#z;/*putzvalueintoR0*/

andr0,r0,#0xFF;/*getlow8bitfromR0*/

movr1,#y;/*putyvalueintoR1*/

addr2,r0,r1,lsr#1;/*R2=（R1>>1）+R0*/

ldrr0,[sp];/*putyvalueintoR1*/

movr1,#0x01

orrr0,r0,r1

movr1,R2;/*putyvalueintoR1*/

addr2,r0,r1,lsr#1;/*R2=（R1>>1）+R0*/

stop

bstop;/*endthecode£¬cycling*/

END

调试命令脚本文件与实验A相同。

六、练习题

1.编写程序循环对R4~R11进行累加8次赋值，R4~R11起始值为1～8，每次加操作后把R4~R11的内容放入SP栈中，SP初始设置为0x800。

最后把R4~R11用LDMFD指令清空赋值为0。

2.更改实验A中X、Y的值，观察执行结果。

实验二I/O接口实验

一、实验目的

1、掌握S3C44B0X芯片的I/O口控制寄存器的配置。

2、通过实验掌握ARM芯片使用I/O口控制LED显示。

3、了解ARM芯片中复用I/O口的使用方法。

二、实验设备

1、硬件：

EmbestEduKit-III实验平台，，ULINKUSB-JTAG仿真器套件，PC机。

2、软件：

μVisionIDEforARM集成开发环境，Windows98/2000/NT/XP。

三、实验内容

编写程序，控制实验平台的发光二极管LED1206和LED1207，使它们有规律地点亮和熄灭：

LED1206亮->LED1206关闭->LED1207亮->LED1206和LED1207全亮->LED1207关闭->LED1206关闭

四、实验原理

S3C44B0X芯片上共有71个多功能的输入输出管脚，它们分为7组I/O端口，每组端口都可以通过软件配置寄存器来满足不同系统和设计的需要。

在运行主程序之前，必须先对每一个用到的管脚的功能进行设置，如果某些管脚的复用功能没有使用，可以先将该管脚设置为I/O口。

该EmbestEduKit-III实验板上端口B的管脚PB9和PB10被设置为输出口，并且分别和LED1206、LED1207连接，参照电路设计。

如图，发光二极管LED1和LED2的正极与芯片