嵌入式实验报告（答案）

实验报告ARM嵌入式系统原理及应用开发目录实验一ARM汇编指令实验1 1实验二ARM汇编指令实验2 4实验三汇编与C语言的相互调用实验 8实验一ARM汇编指令实验1一、实验目的1．初步学会使用EmbestIDEforARM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：EmbestIDE2004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和MOV等指令访问存放器或存储单元。2．使用ADD/SUB/LSL/LSR/AND/ORR等指令，完成根本数学/逻辑运算。四．实验原理ARM处理器共有37个存放器：31个通用存放器，包括程序计数器〔PC〕，这些存放器都是32位；6个状态存放器，这些存放器也是32位，但只使用了其中的12位。1．ARM通用存放器通用存放器〔R0~R15〕可分为3类，即不分组存放器R0~R7．分组存放器R8~R14．程序计数器R15。存储器格式ARM体系结构将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。字节0~3存放第一个字，字节4~7存放第2个字，以此类推。 ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，分别称为大端格式和小端格式。GNU根底知识EmbestIDE集成了GNU汇编器as、编译器gcc和链接器ld。因此，编写程序要符合CNU的语法和规那么。关于as．gcc和ld的具体使用，请参照EmbestIDE所带的电子文档ProgRef.chm。五．实验操作步骤1.实验A〔1〕新建工程：先建一个文件夹如：H：\test1。然后运行ADS1.2集成开发环境，选择File→New菜单项，弹出一个对话框，然后出来图1.1新建工程类型选择对话框，选择project,在“Projectname〞中输入工程文件名〞test1〞,点击确定，同时创立一个与工程名相同的工作区。〔2〕建立源程序并添加到工程.在File的菜单项中选择“New〞，弹出一个对话框，点击“file〞，在“filename〞中输入文件名test1.s编辑完后，点确定。〔3〕添加源文件：选择Project→AddToProject→File项，或单击工程管理窗口中的相应右键快捷菜单命令，翻开文件选择对话框，在工程目录下选择刚刚建立的源并添加到文件test1.s。在“AddFiles〞对话框中选择“DebugRel〞〔4〕根本设置：设置中只需设置“entrypoint〞〔5〕生成目标代码：按下列图标生成目标代码。〔6〕调试设置：按下列图标。首先编译和链接之后，在工程test1所在的目录下生成一个名为“test_data的目录，同时翻开对话框使用Debugrel目标，选择生成的test.axf用于调试。〔7〕翻开存储器窗口，观察地址0x1000~0x101F的内容.〔8〕单步执行程序并观察和记录存放器与存储器值的变化。〔9〕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。2.实验B(1)在工作区窗口工作区名称上右击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择“AddNewProjecttoWorkspace…〞。〔2〕参照实验A及相应的实验参考程序，建立工程〔3〕参照实验A的步骤完成目标代码的生成与调试。六．实验参考程序1.实验A参考程序X EQU 45 /*定义变量x,并赋值为45*/Y EQU 64 /*定义变量y,并赋值为64*/STACK_TOP EQU 0x1000 /*定义栈顶0x1000*/ AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART /*程序代码开始标志*/ MOV SP,#STACK_TOP MOV R0,#X /*x的值放入R0*/ STR R0,[SP] /*R0的值保存到堆栈*/ MOV R0,#Y /*y的值放入R0*/ LDR R1,[SP] /*取堆栈中的数到R1*/ ADD R0,R0,R1 STR R0,[SP]STOP B STOP /*程序结束，进入死循环*/END实验B参考程序X EQU 45 /*定义变量x,并赋值为45/Y EQU 64 /*定义变量y,并赋值为64*/Z EQU 87 /*定义变量z,并赋值为87*/STACK_TOP EQU 0x1000 /*定义栈顶0x1000*/ AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART MOV R0,#X /*x的值放入R0*/ MOV R0,R0,LSL#8 /*R0的值乘以2的8次方*/ MOV R1,#Y /*y的值放入R1*/ ADD R2,R0,R1,LSR#1 /*R1的值除以2加上r0的值放入R2*/ MOV SP,#0x1000 STR R2,[SP] /*R2的值0x2D20放在0x1000的地址中*/ MOV R0,#Z /*z的值放入R0*/ AND R0,R0,#0xff /*取R0的低八位*/ MOV R1,#Y /*y的值放入R1*/ ADD R2,R0,R1,LSR#1 /*R1的值除以2加上r0的值放入R2*/ LDR R0,[SP] /*SP的值〔0X2D20〕放入R1*/ MOV R1,#0x01 /*R1赋值0x01*/ ORR R0,R0,R1 /*该指令设置R0的0位，其余位保持不变*/ MOV R1,R2 /*R2的值放入R1*/ ADD R2,R0,R1,LSR#1 /*R1的值除以2加上r0的值放入R2*/STOP B STOP /*程序结束，进入死循环*/ END七．实验报告〔1〕画出程序A、程序B的实现框图，并说明实验A、B程序实现的功能是什么？实验A：最后的值0x6D放在0x1000的地址中,实现的是两数的想加45+64=109(0x6D)实验B：0x1000的地址:64/2+45*2^8=11552(0x2D20)R1:〔64/2+87〕=0x77R0:0x2D20+0x01=0x2D21R2:0x77/2+0x2D21=0x2D5C〔2〕记录程序A和程序B单步运行时有关存放器与存储器的值，并分析有关结果是否正确。实验1A实验B地址：0x2D20放在0x1000的地址中，0x77放在R1中，0x2D21放在R0中，0x2D5C放在R2中实验二ARM汇编指令实验2一、实验目的通过实验掌握使用LDM/STM、B和BL等指令完成较为复杂的存储区访问和程序分支，学习使用条件码，加强对CPSR的认识。二、实验设备1．硬件：PC机；2．软件：EmbestIDE2004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完成一块存储区的拷贝；2．完成分支程序设计，要求判断参数，根据不同参数，调用不同的子程序。四、实验原理1．ARM程序状态存储器在所有处理器模式下，都可以访问当前程序状态存放器CPSR。CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。每种异常模式都有一个程序状态保存存放器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的状态。CPSR和SPSR的格式如下：313029282726876543210NZCVQDNM(RAZ)IFTMMMMM2．本实验涉及到得as语法及规那么1〕标号的使用标号由一个符号后跟一个冒号组成，它表示程序中当前的指令或者数据地址。如果在程序中出现两个相同的标号，汇编器会产生一个警告，同时，只有第一个标号有效。2)几个伪指令〔1〕LDRLDR伪指令讲一个32位常数或者一个地址值读取到存放器中。当需要读取到存放器中的数据超过了MOV或者MNV指令可以操作的范围时，可以使用LDR伪指令将该数据读取到存放器中。在汇编编译器处理源程序时，如果该常数没有超过MOV或者MNV可以操作的范围，那么LDR指令被这两条指令中的一条所替代；否那么，该常数将被放在最近的一个文字池〔LiteralPool〕内，同时，本指令被一条基于PC的LDR指令代替。语法格式LDR<register>,=<expression>其中，expression为需要读取的32位常数。Register为目标存放器。例如LDRr1,=0xffLDRr0,=0xfff0000(2)ADRADR指令将基于ＰＣ的地址值或者给予存放器的地址值读取到存放器中。在汇编编译器处理源程序时，ADR伪指令被编译器替换成一条适宜的指令。通常，编译器用一条ＡＤＤ指令或者SUB指令来实现该伪指令的功能。如果标号超出范围或者标号在他那个一文件〔和同一段〕内没有定义，那么会产生一个错误，该指令不使用文字池。语法格式ADR<register><label>其中，register为目标存放器。Label为基于PC或者存放器的地址表达式。例如Label1：MOVr0,#25ADRr2,label1(3).ltorg.ltorg伪操作用于在当前段〔一般是.Text段〕的当前地址〔字对准地址〕产生一个文字池。语法格式.ltorg五、实验操作步骤1.实验A前面的步骤重复实验一。〔1〕翻开存储器窗口，观察地址0x104C~0x105F的内容，以及地址0x1060~0X1073的内容。〔2〕单步执行程序并观察和记录存放器与存储器值的变化，注意观察的地址中的内容变化。当执行STMFD、LDMFD、LDMIA和STMIA指令时，注意观察其后面的参数所指的地址段或存放器段的内容变化。〔3〕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。2.实验B〔1〕创立新的工程，工程名为test2.mcp。〔2〕按照参考程序，重新编写源代码文件，并保持为test2.s，并把它们参加工程中。〔3〕按照编译→汇编器设置→链接器设置→调试器设置来设置新工程，并编译、链接工程。〔4〕下载调试文件，翻开Memrory/Register/Watch/Variable/CallStack窗口，单步执行程序。通过以上窗口，跟踪程序运行，观察分析并记录运行结果，通过实验学会使用ADS1.2进行应用程序的开发与调试。六、实验参考程序1实验A参考程序NUM EQU 20 AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART LDRR0,=SRC LDRR1,=DST MOV R2,#NUM MOVSP,#0x400BLKCOPY MOVS R3,R2,LSR#3 BEQ COPYWORDS STMFD SP!,{R4-R11}OCTCOPY LDMIA R0!,{R4-R11} STMIA R1!,{R4-R11} SUBS R3,R3,#1 BNE OCTCOPY LDMFD SP!,{R4-R11}COPYWORDS ANDS R2,R2,#7 BEQ STOPWORDCOPY LDRR3,[R0],#4 STRR3,[R1],#4 SUBSR2,R2,#1 BNEWORDCOPYSTOP B STOPSRC DCB1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,10,11,12,13DST DCB0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0END七、实验报告〔1〕画出程序A的实现框图，并说明实验A程序实现的功能是什么？功能：将0x104c~0x109b的20个子数据复制到目标地址区0x109c~0x10eb同时先将源数据区的起始地址R0和目标数据区的R1以及总的子数据个数R2，第一次次批量8个批量复制到中间的存放器R4~R11，再将中间存放器的数据批量存储到目的数据存储区，然后进行数据复制是否完毕的判断，假设未复制完毕，修改有关数据的地址，并重复前面的数据复制工作，再批量一次复制8个数到中间的存放器R4~R11，再将中间存放器的数据批量存储到目的数据存储区。剩下4个进行一个字的复制，通过R3复制4次最终到目标地址区。〔2〕记录程序A和程序B单步运行时有关存放器与存储器的值，并分析有关结果是否正确。1.第一次运行R3=22，再一次运行R3=03.最后复制完毕123456781234567810111213实验三汇编与C语言的相互调用实验一、实验目的1．阅读EmbestS3CEV40启动代码，观察处理器启动过程。2．学会使用EmbestIDE辅助信息窗口来分析判断调试过程和结果3．学会在EmbestIDE环境中编写、编译与调试汇编和C语言相互调用的程序。二、实验设备1．硬件：PC机；2．软件：EmbestIDE2004集成开发环境。Windows98/2000/NT/XP。三、实验内容使用汇编完成一个随机数产生函数，通过C语言调用该函数，产生一系列随机数，存放到数组中。四、实验原理1．ARM过程调用ATPCS(ARM)ATPCS是一系列规定应用程序之间相互调用的根本规那么，包括：支持数据栈限制检查；支持只读段位置无关〔ROPI〕；支持可读/写段位置无关〔RWPI〕；支持ARM程序和Thumb程序的混合使用；处理浮点运算。使用以上规定的ATPCS规那么是，应用程序必须遵守如下：程序编写遵守ATPCS；变量传递以中间存放器和数据栈完成；汇编器使用-apcs开关选项。关于其他ATPCS规那么，用户可以参考ARM处理器相关书籍或登录ARM公司网站。程序只要遵守ATPCS相应规那么，就可以使用不同的源代码来编写程序。程序间的相互调用最主要的是解决参数传递问题。应用程序之间使用中间及数据栈来传递参数，其中，第1~4个参数使用R0~R3，多用4个参数数据栈进行传递。这样，接受参数的应用程序必须知道参数的个数。但是，在应用程序被调用时，一般无从知道所传递参数的个数。用不同语言编写的应用程序在调用时可以自定义传递的约定。使用具有一定意义的形式来传递，可以很好地解决参数个数的问题。常用方法是把第1个或最后1个参数作为参数个数〔包括个数本身〕传递给应用程序。ATPCS中存放器的相应关系如表3.1所列。表3.1ATPCS规那么中存放器列表ARM

存放器ATPCS

别名ATPCS存放器说明ARM

存放器ATPCS

别名ATPCS存放器说明R0~R3a1~a4参数/结果/scratch存放器1~4R10v7、slARM状态局部变量存放器7，数据栈限制指针存放器R4v1局部变量存放器1R11v8ARM状态局部变量存放器8R5v2局部变量存放器2R12ip子程序内部调用的临时(scratch)存放器R6v3局部变量存放器3R13sp数据栈指针存放器R7v4、wr局部变量存放器4

Thumb状态工作存放器R14lr链接存放器R8v5ARM状态局部变量存放器5R15PC程序计数器R9v6、sbARM状态局部变量存放6

RWPI的静态基址存放器五、实验操作步骤1.首先先创立一个新的工程randomnumber.mcp。2.再把实验中提供的程序将源文件randtest.c、init.s、random.s和ldscript.scf参加到新的工程里面。3.按照编译→汇编器设置→链接器设置→调试器设置来设置新工程，并编译、链接工程。4.下载调试文件，翻开Memrory/Register/Watch/Variable/CallStack窗口，单步执行程序。通过以上窗口，跟踪程序运行，观察分析并记录运行结果，通过实验学会使用ADS1.2进行应用程序的开发与调试。六、实验参考程序1．randtest.c参考源代码#include<stdio.h>externunsignedintrandomnumber(void);intmain(){ inti; intnTemp; unsignedintrandom[14]; for(i=0;i<14;i++) { nTemp=randomnumber(); random[i]=nTemp; } return(0);}2．init.s参考源代码 AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART BReset_HandlerUndefined_Handler BUndefined_HandlerSWI_Handler BSWI_HandlerPrefetch_Handler BPrefetch_HandlerAbort_Handler BAbort_Handler NOP IRQ_Handler BIRQ_HandlerFIQ_Handler BFIQ_HandlerReset_Handler LDR SP,=0x00002000 IMPORTmain _main EXPORT_main ldrr0,=main mov