嵌入式系统原理与应用实验报告

嵌入式系统 实验报告18/55嵌入式系统原理与应用实验报告实验一ARM汇编指令实验—简单数据搬移实验一、实验目的熟悉实验开发环境,掌握简单ARM汇编指令的使用方法。二、实验环境硬件:PC机软件:ADS1.2集成开发环境三、实验内容熟悉开发环境并使用LDR/STR,MOV等指令访问寄存器或存储单元;使用ADD/SUB/LSL/LSR/AND/ORR等指令,完成基本数学/逻辑运算。四、实验要求(1)按照2.3节介绍的方法,在ADS下创建一个工程asmlab1,定义两个变量x,y和堆栈地址0x1000,将变量x的内容存到堆栈顶,然后计算x+y,并将和存到堆栈的下一个单元。通过AXD查看寄存器和memory和寄存器中数据变化。(2)在指令后面加上适当注释,说明指令功能。(3)指出程序执行完成后各相关寄存器及存储器单元的具体内容。五、实验过程(1)在ADS下创建一个工程asmlab1,定义两个变量x,y和堆栈地址0x1000,将变量x的内容存到堆栈顶,然后计算x+y,并将和存到堆栈的下一个单元。通过AXD查看寄存器和memory和寄存器中数据变化。创建工程:通过AXD查看寄存器和memory中数据变化:(2)在指令后面加上适当注释,说明指令功能。AREAInit,CODE,READONLY;AREA用于声明一个只读或读写的代码或数据段

ENTRY;ENTRY声明程序入口

CODE32;CODE32用于申明以下代码为32位ARM指令

xEQU45;x=45

yEQU64;y=64

stack_topEQU0x1000;definethetopaddressforstacks栈顶为0x1000

startMOVSP,#stack_top;SP=0x1000

MOVR0,#x ;R0=45

STRR0,[SP] ;[1000]存放45

MOVR0,#y;R0=64

LDRR1,[SP]；LDR加载指令

ADDR0,R0,R1;将R0与R1相加赋值给R0

STRR0,[SP,#4]；STRR0,[SP，#4]；先执行SP+4，再将寄存器R0

B.END；END程序结束。(3)指出程序执行完成后各相关寄存器及存储器单元的具体内容。六、相关知识(1)相关指令及伪指令AREA用于声明一个只读或读写的代码或数据段,ENTRY声明程序入口,CODE32用于申明以下代码为32位ARM指令,END程序结束。LDR加载指令,STR存储指令.STRR0,[SP,#4];先执行SP+4,再将寄存器R0内容复制到SP指向的存储器(2)存储器的大小端存储格式:1)大端格式在这种格式中,字数据的高位字节存储在低地址中,而字数据的低位字节则存放在高地址中,如下图所示。2)小端格式在这种格式中,字数据的高位字节存储在高地址中,而字数据的低位字节则存放在低地址中,如下图所示。实验二ARM汇编指令实验—字符串拷贝实验一、实验目的通过实验掌握使用LDB/STB,b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。二、实验环境硬件:PC机。软件:ADS1.2集成开发环境三、实验内容熟悉开发环境的使用并完成一块存储区的拷贝。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、实验要求(1)按照2.3节介绍的方法,在ADS下创建一个工程asmlab2,定义两个数据存储区Src和Dst,Src用于存放原字符串,Dst用于存放目的字符串。堆栈地址0x400,将变量原字符串的内容拷贝到目的字符串中,要能判断原字符串的结束符(0),并统计字符串中字符的个数。通过AXD查看寄存器和memory和寄存器中数据变化。(2)在指令后面加上适当注释,说明指令功能。(3)指出程序执行完成后各相关寄存器及存储器单元的具体内容。五、实验过程(1)按照2.3节介绍的方法,在ADS下创建一个工程asmlab2,定义两个数据存储区Src和Dst,Src用于存放原字符串,Dst用于存放目的字符串。堆栈地址0x400,将变量原字符串的内容拷贝到目的字符串中,要能判断原字符串的结束符(0),并统计字符串中字符的个数。通过AXD查看寄存器和memory和寄存器中数据变化。创建工程如下：通过AXD查看寄存器和memory中数据变化：(2)在指令后面加上适当注释,说明指令功能。AREAInit,CODE,READONLY；AREA用于声明一个只读或读写的代码或数据段，这里是只读代码段ENTRY ；ENTRY声明程序入口CODE32 ；CODE32用于申明以下代码为32位ARM指令START ；标号“start”MOVSP,#0x400；SP=0x400LDRR0,=Src；LDR伪指令将源字符串的地址值读取到R0寄存器中LDRR1,=Dst；LDR伪指令将目的字符串的地址值读取到R1寄存器中MOVR3,#0；R3=0进行初始化，用来统计字符串中字符的个数Strcopy ；标号“strcopy”LDRBR2,[R0],#1；将源地址起始位置的一个字节数据装入R2中，且R0=R0+1CMPR2,#0 ；比较R2和结束符0的大小BEQendcopy；若R2==0表示跳转到endcopy处STRBR2,[R1],#1；若R2！=0，把寄存器R2中的字数据（32位）保存到目的地址的内存地址中，且R1=R1+1ADDR3,R3,#1；R3=R3+1用来统计字符串中字符的个数Bstrcopy；跳转回标号“strcopy”处Endcopy ；标号“endcopy”LDRR0,=ByteNum
;LDR伪指令将ByteNum的地址值读取到R0寄存器中STRR3,[R0]
；将统计得到的字符个数存储到ByteNum内存单元中B. ；无限循环跳转到当前地址AREADatapool,DATA,READWRITE；AREA用于声明一个只读或读写的代码或数据段，这里是读写数据段SrcDCB"string"
；源字符串数据存储地址 DstDCB0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0；目的字符串存储地址ByteNumDCD0；字符个数统计单元存储地址END ；END程序结束(3)指出程序执行完成后各相关寄存器及存储器单元的具体内容。六、相关知识相关指令及伪指令LDR:LDR伪指令将一个32位的常数或者一个地址值读取到寄存器中。当需要读取到寄存器中的数据超过了MOV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寄存器中。在汇编编译器处理源程序时,如果该常数没有超过MOV可以操作的范围,则LDR指令被一条MOV替代,否则,该常数将被放在最近的一个文字池内(literalpool),同时,本指令被一条基于PC的加载指令LDR替代。语法格式:LDR<register>,=<expression>其中,expression为需要读取的32位常数。register为目标寄存器。加载或者存储一个字节的数据时,使用的指令为:LDRB和STRB实验三ARM汇编指令实验--ARM处理器工作模式实验一、实验目的(1)通过实验掌握学会使用msr/mrs指令实现ARM处理器工作模式的切换,观察不同模式下的寄存器,加深对CPU结构的理解;(2)通过实验掌握ld中如何使用命令行指定代码段起始地址。二、实验设备硬件:PC机软件:ADS1.2集成开发环境三、实验内容通过ARM汇编指令,在各种处理器模式下切换并观察各种模式下寄存器的区别;掌握ARM不同模式的进入与退出。四、实验原理1.ARM处理器模式ARM体系结构支持下表所列的7种处理器模式。2.程序状态寄存器程序状态寄存器CPSR和SPSR包含了条件码标志,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寄存器SPSR。当异常出现时,SPSR用于保留CPSR的状态。CPSR和SPSR的格式如下:条件码标志:
N,Z,C,V大多数指令可以检测这些条件码标志以决定程序指令如何执行2)控制位:最低8位I,F,T和M位用作控制位。当异常出现时改变控制位。当处理器在特权模式下也可以由软件改变。中断禁止位:I置1则禁止IRQ中断;F置1则禁止FIQ中断。T位:T=0指示ARM执行;T=1指示Thumb执行。在这些体系结构的系统中,可自由的使用能在ARM和Thumb状态之间切换的指令。模式位:M0,M1,M2,M3和M4(M[4:0])是模式位.这些位决定处理器的工作模式.如下表所示。ARM工作模式M[4:0]M[4:0]模式可访问的寄存器0b10000用户模式PC,R14-R0,CPSR0b10001FIQ模式PC,R14_fiq-R8_fiq,R7-R0,CPSR,SPSR_fiq0b10010IRQ模式PC,R14_irq-R8_fiq,R12-R0,CPSR,SPSR_irq0b10011管理模式PC,R14_svc-R8_svc,R12-R0,CPSR,SPSR_svc0b10111中止模式PC,R14_abt-R8_abt,R12-R0,CPSR,SPSR_abt0b11011未定义模式PC,R14_und-R8_und,R12-R0,CPSR,SPSR_und0b11111系统模式PC,R14-R0,CPSR3.状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令ARM指令中有两条指令MSR和MRS,用于在状态寄存器和通用寄存器之间传送数据。修改状态寄存器一般是通过“读取-修改-写回”三个步骤的操作来实现的。需要注意的是不能通过该指令直接修改CPSR中的T控制位直接将程序状态切换到Thumb状态,必须通过BX等指令来完成程序状态的切换。(1)状态寄存器到通用寄存器的传送指令(MRS)
MRS指令用于将状态寄存器的内容传到通用寄存器中,它主要用于以下三种场合: 通过“读取-修改-写回”操作序列修改状态寄存器的内容。MRS指令用于将状态寄存器的内容读到通用寄存器中;
 当异常中断允许嵌套时,需要在进入异常中断之后,嵌套中断发生之前保存当前处理器模式对应的SPSR。这时需要先通过MRS指令读出SPSR的值,再用其他指令将SPSR值保存起来;
 当进程切换时也需要保存当前寄存器值。(2)通用寄存器到状态寄存器的传送指令(MSR)
当需要保存或修改当前模式下CPSR或SPSR的内容时,这些内容首先必须传送到通用寄存器中,再对选择的位进行修改,然后将数据回写到状态寄存器。这里讲述的MSR指令完成这一过程的最后一步,即将立即数常量或通用寄存器的内容加载CPSR或SPSR的指定区域。指令格式:
MSR{<cond>}CPSR_f|SPSR_f,#<32-bitimmediate>MSR{<cond>}CPSR_<field>|SPSR_<field>,Rm这里<field>表示下列情况之一:c-控制域-PSR[7:0]。x-扩展域-PSR[15:8](在当前ARM中未使用)。s-状态域-PSR[23:16](在当前ARM中未使用)。f-标志位域-PSR[31:24]。五、实验过程(1)按照2.3节介绍的方法,在ADS下创建一个工程asmmodelab,完成各个模式下的堆栈初始化工作,并将R1-R12的内容存入当前模式下堆栈。通过AXD运用单步执行方式调试程序,验证工作模式的切换,注意观察CPSR寄存器中的变化。随着程序调试过程中在模式间的切换,使用寄存器观察器切换到不同的工作模式下观察SP(R13)的变化情况。创建工程如下：参考程序及注释如下:usr_stack_legthequ64 ;用户模式svc_stack_legthequ32 ;管理模式fiq_stack_legthequ16 ;快速中断模式irq_stack_legthequ64 ;中断模式abt_stack_legthequ16 ;中止模式und_stack_legthequ16 ;未定义模式 areareset,code,readonly ;声明只读代码段reset entry ；ENTRY声明程序入口 code32 ；CODE32用于申明以下代码为32位ARM指令startmovr0,#0 movr1,#1 movr2,#2 movr3,#3 movr4,#4 movr5,#5 movr6,#6 movr7,#7 movr8,#8 movr9,#9 movr10,#10 movr11,#11 movr12,#12 blinitstack;初始化各模式下的堆栈指针BL(BranchwithLink跳转将PC拷入LR,用于子程序返回);打开irq中断(将cpsr寄存器的i位清0) mrsr0,cpsr ;r0<--cpsr bicr0,r0,#0x80 ;开IRQ中断 msrcpsr_cxsf,r0 ;cpsr<--r0;切换到用户模式msrcpsr_c,#0xd0 ；(CPSR[4:0]=10000,同时CPSR[7:6]=11,CPSR[5]=0保留,即CPSR[7:0]=11010000=0xd0) mrsr0,cpsr ;保存当前CPSR,将CPSR传入R0;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。stmfdsp!,{r1-r12} ;观察由用户模式能否切换到其他模式;切换到管理模式 msrcpsr_c,#0xdf mrsr0,cpsr ;保存当前CPSR,将CPSR传入R0 stmfdsp!,{r1-r12} ;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。haltbhalt ;留在此处Initstack ;初始化各模式下的堆栈子程序;子程序内容r0<--lr,因为各种模式下r0是相同的而各个模式movr0,lr ;R0<-LR,各模式下的R0是相同的 ;设置管理模式堆栈 ；先切换到管理模式下再设置该模式下的SP

msrcpsr_c,#0xd3;11010011cpsr[4:0] ldrsp,stacksvc ;将StackSvc代表的地址装入SPstmfdsp!,{r1-r12} ;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。;设置中断模式堆栈；先切换到中断模式下再设置该模式下的SP,;中断模式CPSR[7:0]=110,10010 msrcpsr_c,#0xd2 ldrsp,stackirq ;将stackirq代表的地址装入SP;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。 stmfdsp!,{r1-r12} msrcpsr_c,#0xd1; ;设置快速中断模式堆栈 ldrsp,stackfiq ;将stackfiq代表的地址装入SP;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。 stmfdsp!,{r1-r12} ;设置中止模式堆栈 ；先切换到中断模式下再设置SP msrcpsr_c,#0xd7 ldrsp,stackabt ;将stackabt代表的地址装入SP;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。 stmfdsp!,{r1-r12} ;设置未定义模式堆栈 msrcpsr_c,#0xdb ldrsp,stackund ;将stackund代表的地址装入SP;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。 stmfdsp!,{r1-r12};设置系统模式堆栈 msrcpsr_c,#0xdf ldrsp,stackusr ;将stackusr代表的地址装入SP;STM指令把寄存器列表中索引最小的寄存器存在最低地址，所以R1在最低地址，向上依次是R1,R2,...R12,LR。完成后SP指向保存R1的地址。 stmfdsp!,{r1-r12} movpc,r0 ;返回;定义堆栈首地址,即最高地址处stackusrdcdusrstackspace+(usr_stack_legth-1)*4stacksvcdcdsvcstackspace+(svc_stack_legth-1)*4stackirqdcdirqstackspace+(irq_stack_legth-1)*4stackfiqdcdfiqstackspace+(fiq_stack_legth-1)*4stackabtdcdabtstackspace+(abt_stack_legth-1)*4stackunddcdundstackspace+(und_stack_legth-1)*4 areareset,data,noinit,align=2 ;分配栈堆空间usrstackspacespaceusr_stack_legth*4 ;分配USR_STACK_LENGTH*4个字节svcstackspacespacesvc_stack_legth*4irqstackspacespaceirq_stack_legth*4fiqstackspacespacefiq_stack_legth*4abtstackspacespaceabt_stack_legth*4undstackspacespaceund_stack_legth*4 end通过AXD运用单步执行方式调试程序，验证工作模式的切换,注意观察CPSR寄存器中的变化。随着程序调试过程中在模式间的切换,使用寄存器观察器切换到不同的工作模式下观察SP(R13)的变化情况。(2)实验过程中请记录并思考以下内容:1)程序复位之后系统处于什么模式?管理模式。2)记录每种模式下的初始堆栈指针,以及执行R1-R12内容压栈后本模式堆栈相关内存单元的数值。并分析快速中断FIQ模式与其他模式存入的R1-R12有什么不同。管理模式，初始化堆栈指针:0x8240中断模式，初始化堆栈指针:0x8340快速中断模式，初始化堆栈指针:0x8380只到r7就停了，快速中断模式有自己的分组寄存器R8_fiqR14_fiq。中止模式，初始化堆栈指针:0x8c0未定义模式，初始化堆栈指针:0x8400系统模式，初始化堆栈指针:0x81c03)切换成用户模式之后还能否从用户模式切换到其他模式(如系统模式)?能，例如可以切换到中断模式。4)用户模式下能否执行堆栈压栈操作?如果能得话,观察用户模式下压栈之前和压栈之后其堆栈区域的变化情况。用户模式下能执行压栈操作。堆栈的变化情况如图所示。5)观察本程序模式切换过程中SPSR有无变化,并解释其原因。无变化，因为没有产生异常情况。实验四ARM汇编与C混合编程实验—ARM启动过程控制实验一、实验目的(1)

掌握建立基本完整的ARM工程,包含启动代码,C语言程序等;
(2)

了解ARM启动过程,学会编写简单的C语言程序和汇编启动代码并进行调试;
(3)

掌握如何指定代码入口地址与入口点;
(4)

掌握通过memory/register/watch/variable窗口分析判断结果。二、实验设备硬件:PC机软件:ADS1.2集成开发环境三、实验内容使用汇编语言编写初始化程序,并引导至C语言main函数,用汇编语言编写延时函数实现毫秒级的延时,在C语言中调用延时函数,实现1s钟定时。四、实验原理
1.ARM异常向量表结构当正常的程序执行流程暂时挂起时,称之为异常,例如:处理一个外部的中断请求。在处理异常之前,必须保存当前的处理器状态,以便从异常程序返回时可以继续执行当前的程序。ARM异常向量表如下:处理器允许多个异常同时发生,这时,处理器会按照固定的顺序进行处理,参照下面的异常优先级。高优先级:
1Reset
2Dataabort
3FIQ
4IRQ
5Prefetchabort低优先级:6UndefinedInstruction,Softwareinterrupt由上可见,Reset入口,即为整个程序的实际入口点。因此,我们在编写代码的时候,一般地,我们使用下面的代码:Reset_Handler: BReset_HandlerUndefined_Handler:BUndefined_HandlerSWI_Handler: BSWI_HandlerPrefetch_Handler: BPrefetch_HandlerAbort_Handler: BAbort_HandlerNOP/*Reservedvector*/IRQ_Handler: BIRQ_HandlerFIQ_Handler: BFIQ_Handler2.ARMC与汇编混合编程及其接口ATPCS标准ATPCS(ARM-ThumbProduceCallStandard)是ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则,目的是为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用。这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则。(1)、寄存器的使用规则(2)、数据栈的使用规则ATPCS规定数据栈为FD(满递减)类型,并且对数据栈的操作是8字节对齐的。(3)、参数的传递规则当参数不超过4个时,可以使用寄存器R0~R3来传递参数;当参数超过4个时,还可以使用数据栈来传递参数。结果为一个32位的整数时,可以通过寄存器R0返回;结果为一个64位整数时,可以通过寄存器R0和R1返回,依次类推。(4)、内嵌汇编指令的语法格式ARMC汇编器使用关键字“__asm"。如果有多条汇编指令需要嵌入,可以用{“}”将它们归为一条语句。C编译器在对程序进行编译时,会直接将asm函数内部的内容直接引用到期编译成的汇编语言程序中。asm函数的语法格式为:__asm{指令指令}(5)、C与汇编程序的相互调用1)在C语言程序中调用汇编程序为了保证程序调用时参数的正确传递,汇编程序的设计要遵守ATPCS。在汇编程序中需要使用EXPORT伪操作来声明,使得本程序可以被其它程序调用。同时,在C程序调用该汇编程序之前需要在C语言程序中使用extern关键词来声明该汇编程序。2)在汇编程序中调用C语言程序为了保证程序调用时参数的正确传递,汇编程序的设计要遵守ATPCS。在C程序中不需要使用任何关键字来声明将被汇编语言调用的C程序,但是在汇编程序调用该C程序之前需要在汇编语言程序中使用IMPORT伪操作来声明该C程序。在汇编程序中通过BL指令来调用子程序。五、实验过程(1)按照2.3节介绍的方法,在ADS下创建一个工程armasmc,编写3个文件，其中一个初始化汇编语言文件Init.s,该文件中主要完成异常矢量表的建立,模式堆栈初始化,并将程序引导至C语言的main函数。C语言程序保存为armasmc.c，C语言中调用汇编语言文件delay.s中的毫秒延时程序delayxms,C语言将延时的毫秒数通过参数传递到汇编语言,汇编语言完成延时,然后返回C语言函数。通过AXD运用单步执行方式调试程序。观察程序执行过程中的寄存器及存储器的变化情况。创建工程如下：通过AXD运用单步执行方式调试程序，观察程序执行过程中的寄存器及存储器的变化情况。(2)实验过程中请记录并思考以下内容:1)如何建立异常矢量入口表?编写以下程序startbReset_HandlerUndefined_Handler bUndefined_HandlerSWI_HandlerbSWI_HandlerPrefetch_handlerbPrefetch_handlerAbort_HandlerbAbort_Handlernop;ReservedvectoIRQ_HandlerbIRQ_HandlerFIQ_HandlerbFIQ_Handler2)如何在汇编语言中切换至C语言的main函数?用BLmain实现从汇编语言切换到C语言。3)如何在C语言中调用汇编语言函数,并完成参数传递?要在C语言中调用汇编函数，首先要用extern等标注函数，传递参数要遵从ATPS的规则。4)汇编语言函数中用到的寄存器如何保护与恢复,为什么要保护参考程序中的R11?要保护R11是因为之后的程序要用到R11=1000。5)将delay.s中的R11改成R4,并将两条R11的保护与恢复语句stmfdsp!,{r12}和ldmfdsp!,{r11}删掉,在C语言程序中的语句i--处设置端点,观察运行过程中变量i的变化情况,并解释其中的原因。更改的效果是，运行到i--时候，i从100变到0。原因是i的值存储在R4里面。实验五ARM硬件接口实验—基本IO实验一、实验目的(1)GPIO的功能配置方法;
(2)通过寄存器访问引脚的方法;
(3)实现GPIO输入输出功能的基本编程方法。二、实验设备硬件:北京博创UP-TECH三合一实验箱,J-Link仿真器套件,PC机软件:ADS1.2集成开发环境三、实验内容编写S3C2440X处理器的端口控制程序,实现利用按键控制的跑马灯程序。GPC5,GPC6,GPC7三个引脚连接发光二极管,按钮开关连接在GPF5引脚,如下图所示:上电之后,GPC5、GPC6、GPC7按照如下图所示的方向,轮流显示,当按钮开关按下去,方向反向,如下图所示:实验过程中要注意按键去抖动和每个发光二极管显示一定的时间(至少100ms)。四、实验原理1、S3C2440的GPIO功能简介S3C2440有130个多功能输入输出接口(GPIO),它们被分成9组,分别是:—PortA(GPA):25-outputport
—PortB(GPB):11-input/outport
—PortC(GPC):16-input/outputport—PortD(GPD):16-input/outputport—PortE(GPE):16-input/outputport—PortF(GPF):8-input/outputport—PortG(GPG):16-input/outputport—PortH(GPH):9-input/outputport—PortJ(GPJ):13-input/outputport每个端口的功能可由软件进行配置。这些端口的功能如下表所示:S3C2440APortConfiguration（略）PortA,B,C,D,E,F,G,H,JSelectablePinFunctions（具体见嵌入式开发实验手册）2、GPIO特殊功能寄存器对GPIO进行配置和控制的特殊功能寄存器,主要有3类,分别是:端口控制寄存器GPxCON寄存器,端口数据寄存器GPxDAT寄存器和端口上拉寄存器GPxUP。GPxCON寄存器GPxCON寄存器是为了配置引脚功能的,每一个引脚都可以配置成为输入、输出、外部中断组、特殊功能引脚中的至少三种情况。(2)GPxDAT寄存器GPxDAT是用来读/写引脚状态的:当引脚设置为输出时,向该寄存器的对应位写“1”可输出高电平,写“0”可输出低电平;当引脚设置为输入时,读此寄存器便可得知相应引脚的电平状态;引脚被设置成为特殊功能时,读写此寄存器无效。(3)GPxUP寄存器GPxPUD寄存器是用来设置引脚的内部上/下拉电阻的,寄存器每两位控制一个引脚的上下拉电阻。当引脚对应的两位为“00”时,禁止上/下拉,为“01”时,下拉使能,为“10”时上拉使能。上拉电阻和下拉电阻的作用是:当GPIO引脚处于第三态(高阻态,相当于没接芯片)时,它的电平状态由上拉电阻或下拉电阻确定。3、端口配置(1)GPC5,GPC6和GPC7三个管脚定义为输出口,输出低电平时相应的LED灯点亮。#definerGPCCON(*(volatileunsigned*)(0x56000020))

#definerGPCDAT(*(volatileunsigned*)(0x56000024))

#definerGPCUP(*(volatileunsigned*)(0x56000028))

#defineGPC5_ONrGPCDAT&~(1<<5)

#defineGPC5_OFFrGPCDAT|(1<<5)

#defineGPC6_ONrGPCDAT&~(1<<6)

#defineGPC6_OFFrGPCDAT|(1<<6)

#defineGPC7_ONrGPCDAT&~(1<<7)

#defineGPC7_OFFrGPCDAT|(1<<7)

rGPCCON=rGPCCON&~(0x3f<<10)|(0x15<<10);//GPC5～7端口设置为输出

rGPCUP=rGPCUP|(7<<5);//禁止GPC的5～7端口引脚上拉(2)GPF5定义为输入,用于实现按键识别#definerGPFCON(*(volatileunsigned*)(0x56000050))

#definerGPFDAT(*(volatileunsigned*)(0x56000054))

#definerGPFUP(*(volatileunsigned*)(0x56000058))

rGPFCON=rGPFCON&~(0x3<<10);//将GPF的5端口设置为输入

rGPFUP=rGPCUP&~(1<<5);//GPF的5端口引脚上拉

charKey_Scan()//按键扫描程序

{

if(!(rGPFDAT&(1<<5)))//如果GPF5被按下，读取到低电平

{

delay(20);//延时去抖动，由于ARM11为流水线结构，这里只

//是一个大概的延时值

if(!(rGPFDAT&(1<<5)))//再次判断

return1;//返回“1”

else

return0;

}

else

return0;

}

voiddelay(inttime)//延时函数,用于扫描按键时去软件抖动

{

U8i,j,k;

for(i=0;i<time;i++)

or(j=0;j<255;j++)

}五、实验过程开发调试环境设置
(1)CodeWarrior开发环境设置(2)AXD调试环境设置为了向SDRAM中下载程序,并运行和调试程序,则需要在上电之初在AXD的CommandLineInterface中输入一系列的命令,这些命令可以直接操纵CPU内部的寄存器,进而完成对DRAM和看门狗的一些初始化工作,具体需要设置的内容如下:
将上面的这些内容输入一个text文件2440init.txt,并在AXD中进行设置,使其在打开之后自动运行这些初始化命令。(1)按照前面介绍的方法,在ADS下创建一个工程GPIO,并将前面示例程序加入工程。(注意将实验箱中的JP1402设置为2-3短接,即选择ARMICE模式)。创建工程如下：运行AXD加载生成的image文件,点击按钮,运用程序。观察程序执行的效果。并观察按键按下和松开跑马灯轮换的方向。结果如下：正向：反向：(2)实验过程中请记录并思考以下内容:1)如何访问寄存器并修改其中的1位或多位数据?通过与、或、非等关系来访问寄存器并修改其中的1位或者多位数据的。2)如何配置S3C2440的PIO端口?通过配置相应的寄存器。
3)在C语言中如何实现按键处理程序?在C语言中一定要通过延时按键延时消抖4)如何初始化DRAM,从而实现程序下载并在线调试?为了向SDRAM中下载程序，并运行和调试程序，则需要在上电之初在AXD的CommandLineInterface中输入一系列的命令，这些命令可以直接操纵CPU内部的寄存器，进而完成对DRAM和看门狗的一些初始化工作。（具体命令详见嵌入式开发实验手册）。5)尝试实现利用按键切换控制跑马灯的顺序轮换(不是控制其轮换方向,而是在有按键按下并松开后实现一次跑马灯切换)。可改变轮换方向。实验六ARM硬件接口实验—外部中断实验一、实验目的(1)

通过实验掌握ARM处理器的中断方式和中断处理。
(2)

熟悉S3C2440X的中断控制寄存器的使用;
(3)

理解S3C2440X的中断处理机制
(4)

熟练掌握如何进行ARM处理器中断处理的软件编程方法。
(5)

掌握生成离线运行(Release模式)程序的开发环境设置方法。
(6)

掌握通过J-link向Norflash烧些程序的方法。
二、实验设备硬件:北京博创UP-TECH三合一实验箱,J-Link仿真器套件,PC机软件:ADS1.2集成开发环境三、实验内容硬件电路和前面的实验五完全相同。这里将按钮开关所连接的GPF5引脚设定为外部中断EINT5,中断模式位IRQ,在中断服务程序中完成LED灯的切换,即正常状态时LED5灯亮,按下按钮开关时LED6灯亮。四、实验原理1.ARM中断(1)中断源S3C2440具有56个中断源。这些中断源可以是来自片内外设的中断,比如DMA、UART、IIC等;也可以是处理器的外部中断输入引脚。在这些中断源中,部分中断源通过分支中断控制器来申请使用中断,这部分中断源包括(11个):INT_ADCADC转换中断
INT_TC触摸屏中断
INT_ERR2UART2收发错误中断INT_TXD2UART2发送中断INT_RXD2UART2接收中断
INT_ERR1UART1收发错误中断INT_TXD1UART1发送中断
INT_RXD1UART1接收中断
INT_ERR0UART0收发错误中断INT_TXD0UART0发送中断
INT_RXD0UART0接收中断(2)中断控制器实际上最初CPU内核只有FIQ(快速中断请求)和IRQ(通用中断请求)两种中断,其它中断都是各个芯片厂家在设计芯片时,通过加入一个中断控制器来扩展定义的,这些中断根据中断的优先级高低来进行处理,更符合实际应用系统中要求提供多个中断源的要求。例如,如果你定义所有的中断源为IRQ中断(通过中断模式寄存器设置),并且同时有10个中断发出请求,这时可以通过读中断优先级寄存器来确定哪一个中断将被优先执行。中断控制器(InterruptControlerLogic)的任务是在片内外围和外部中断源组成的多重中断发生时,选择其中一个中断通过FIQ或IRQ向CPU内核发出中断请求。当多重中断源请求中断时,硬件优先级逻辑会判断哪一个中断将被执行,同时,硬件逻辑将会执行位于0X18(或0X1C)地址处的指令,再由软件编程识别各个中断源,然后再根据中断源跳转到相应的中断处理程序。中断优先级仲裁电路如下图所示:S3C2440X中的优先级产生模块包含7个单元,1个主单元和6个从单元。两个从优先级产生单元管理4个中断源,四个从优先级产生单元管理6个中断源。主优先级产生单元管理6个从单元。每一个从单元有4个可编程优先级中断源和2个固定优先级中断源。这4个中断源的优先级是由ARB_SEL和ARM_MODE决定的。另外2个固定优先级中断源在6个中断源中的优先级最低。(3)中断控制寄存器中断控制器有5个控制寄存器:源挂起寄存器(SRCPND)、中断模式寄存器(INTMOD)、中断屏蔽寄存器(INTMSK)、中断优先权寄存器(PRIORITY)、中断挂起寄存器(INTPND)。中断源发出的中断请求首先被寄存器在中断源挂起寄存器(SRCPND)中,INTMOD把中断请求分为两组:快速中断请求(FIQ)和中断请求(IRQ),PRIORITY处理中断的优先级。1)中断源挂起寄存器(SRCPND)中断源挂起寄存器SRCPND共有32位,每一位对应着一个中断源,当中断源发出中断请求的时候,就会置位源挂起寄存器的相应位。反之,中断的挂起寄存器的值为0。SRCPND每一位的是否置1只与该位对应的中断源是否提出中断请求有关系,与该中断源是否被屏蔽没有关系。如果在中断服务过程中,为了允许同一源的其他中断源能够进一步引起中断,或者为了防止一次中断多次服务,用户可以清除相应的中断标志位,清除的方法是向相应的位写1(即:写1清0),写0是没有影响的。2)中断模式寄存器(INTMOD)中断模式寄存器INTMOD共有32位,每一位对应着一个中断源,当中断源的模式位设置为1时,对应的中断会由ARM920T内核以FIQ模式来处理。相反的,当模式位设置为0时,中断会以IRQ模式来处理。注意,中断控制寄存器中只有一个中断源可以被设置为FIQ模式,因此只能在紧急情况下使用FIQ。如果INTMOD寄存器把某个中断设为FIQ模式,FIQ中断不影响INTPND和INTOFFSET寄存器,因此,这两个寄存器只对IRQ模式中断有效。3)中断屏蔽寄存器(INTMSK)这个寄存器有32位,分别对应一个中断源。当中断源的屏蔽位设置为1时,CPU不响应该中断源的中断请求,反之,等于0时CPU能响应该中断源的中断请求。4)中断优先级寄存器(PRIORITY)中断优先级寄存器管理32个中断源的优先级仲裁规则以及是否允许优先级轮换。5)中断挂起寄存器(INTPND)中断挂起寄存器INTPND共有32位,每一位对应着一个中断源,当中断请求被响应的时候,相应的位会被设置为1。在某一时刻只有一个位能为1,因此在中断服务子程序中可以通过判断INTPND来判断哪个中断正在被响应,在中断服务子程序中必须在清零SRCPND中相应位后清零相应的中断挂起位,清零方法和SRCPND相同。注意:1.FIQ响应的时候不会影响INTPND相应的标志位2.向INTPND等于“1”的位写入“0”时,INTPND寄存器和INTOFFSET寄存器会有无法预知的结果,因此,千万不要向INTPND的“1”位写入“0”,推荐的清零方法是把INTPND的值重新写入INTPND。6)IRQ偏移寄存器中断偏移寄存器给出INTPND寄存器中哪个是IRQ模式的中断请求。7)子中断源挂起寄存器SUBSRCPND对于多合一的中断源,利用子中断源挂起寄存器SUBSRCPND来进一步标明提出请求的到底是哪个中断源。8)子中断源屏蔽寄存器INTSUBMSK用于控制子中断源是否被屏蔽。9)外部中断控制寄存器(EXTINTn)S3C2410X的24个外部中断有几种中断触发方式,EXTINTn配置外部中断的触发类型是电平触发、边沿触发以及触发的极性。其中EXTINT0寄存器管理外部中断源0-7,EXTINT1寄存器管理外部中断源8-15,EXTINT2寄存器管理外部中断源16-23。10)外部中断屏蔽寄存器EINTMASK11)外部中断挂起寄存器EINTPEND各中断源与上述各中断管理寄存器之间的关系如下图所示:2.中断程序设计要想正确地执行2440的外部中断,一般需要完成两个部分内容:中断初始化和中断处理函数。(1)中断初始化:在执行中断之前,要初始化好要用的中断。中断初始化工作包含几个部分:端口功能设定:2440的外部中断引脚EINT与通用IO引脚F和G复用,要想使用中断功能,就要把相应的引脚配置成中断模式。2)

中断模式选定:为INTMOD寄存器相关位设定合时的数值(0或1),将所使用的中断影射为FIQ或IRQ。
3)

中断优先级设定:为所使用的中断源设定合时的中断优先级。
4)

为外部中断选定合适的触发方式。
5)

关联相应的中断服务程序。
(2)中断使能:中断使能的工作有以下几部分1)清除当前的中断标志位,包括中断源挂起寄存器SRCPND,中断挂起寄存器INTPND,以及外部中断源挂起寄存器EINTPEND。注意要想清除某一中断标志,需要向相对应的位写1(写1清0)。2)打开有关中断屏蔽位,使能相关中断。方法是向中断屏蔽寄存器INTMSK和外部中断屏蔽寄存器EINTMASK相关位写0。(3)中断处理函数负责执行具体的中断指令,除此以外还需要把SRCPND和INTPND中的相应的位清零(通过置1来清零),因为当中断发生时,2440会自动把这两个寄存器中相对应的位置1,以表示某一中断发生,如果不在中断处理函数内把它们清零,系统会一直执行该中断函数。五、实验过程开发调试环境设置CodeWarrior开发环境设置通过J-Link烧写Norflash程序(1)按照2.3节介绍的方法,在ADS下创建一个工程ext_interrupt,并将前面示例程序加入工程。按照上面的介绍进行环境设置,并进行程序写入。创建工程如下：关掉实验箱电源,将其核心板上的拨动开关拨到右边Nor的位置,观察程序运行结果。按下INTKEY按钮,再次观察程序运行效果。结果如下：（2）实验过程中请记录并思考以下内容：

1）打开s2440addr.h头文件，观察并分析其内容。//%%%%%%%%%%%%%%s3c2440.h%%%%%%%%%%%%%%%%/*WOTCHDOGregister*/#defineWTCON(*(volatileunsignedlong*)0x53000000)/*SDRAMregisers*/#defineMEM_CTL_BASE0x48000000#defineSDRAM_BASE0x30000000/*NANDFlashregisters*/#defineNFCONF(*(volatileunsignedint*)0x4e000000)#defineNFADDR(*(volatileunsignedchar*)0x4e000008)#defineNFDATA(*(volatileunsignedchar*)0x4e00000c)#defineNFSTAT(*(volatileunsignedchar*)0x4e000010)/*GPIOregisters*/#defineGPBCON(*(volatileunsignedlong*)0x56000010)#defineGPBDAT#defineGPFCON#defineGPFDAT#defineGPFUP#defineGPGCON#defineGPGDAT#defineGPGUP#defineGPHCON#defineGPHDAT#defineGPHUP/*UARTregisters*/#defineULCON0#defineUCON0#defineUFCON0#defineUMCON0#defineUTRSTAT0#defineUTXH0#defineURXH0#defineUBRDIV0/*interruptregistes*/#defineSRCPND#defineINTMOD(*(volatileunsignedlong*)0x56000014)(*(volatileunsignedlong*)0x56000050)(*(volatileunsignedlong*)0x56000054)(*(volatileunsignedlong*)0x56000058)(*(volatileunsignedlong*)0x56000060)(*(volatileunsignedlong*)0x56000064)(*(volat