嵌入式实验指导书（计算机专业适用）08版 - 图文

计算机专业适用

嵌

入 式 系

实 验 指 导 书

信息科学与工程学院

2008年4月

统

目 录

目 录 ................................................................................................ 2 第一章 嵌入式系统开发与应用概述 .............................................................. 3

1.1 嵌入式系统开发与应用 .................................................................. 3 1.2 基于ARM的嵌入式开发环境概述 ..................................................... 3 第二章 Embest ARM实验教学系统 ............................................................. 5

2.1 教学系统介绍 ............................................................................. 5 2.2 教学系统安装 ........................................................................... 10 2.3 教学系统的硬件电路 ................................................................... 11 2.4 集成开发环境使用说明 ................................................................ 12 第三章 嵌入式软件开发基础实验 ............................................................... 26

3.1 ARM汇编指令实验一 .................................................................. 26 3.2 C语言程序实验一 ...................................................................... 32 第四章 基本接口实验 ............................................................................. 36

4.1 存储器实验 .............................................................................. 36 4.2 I/O 接口实验 ........................................................................... 46 4.3 数码管显示实验 ........................................................................ 53 第五章 人机接口实验 ............................................................................. 57

5.1 液晶显示实验 ........................................................................... 57 5.2 5x4 键盘控制实验 ..................................................................... 70 5.3 触摸屏控制实验 ........................................................................ 74 第六章 实时操作系统实验 ....................................................................... 83

6.1 uC/OS-II应用实验 .................................................................... 83

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第一章 嵌入式系统开发与应用概述

1.1 嵌入式系统开发与应用

以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络技术之后，又一个IT领域新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业具体应用等突出特征，目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制等各个领域。嵌入式的广泛应用可以说是无所不在。就我们周围的日常生活用品而言，各种电子手表、电话、手机、PDA、洗衣机、电视机、电饭锅、微波炉、空调器都有嵌入式系统的存在，如果说我们生活在一个充满嵌入式的世界，是毫不夸张的。据统计，一般家用汽车的嵌入式计算机在24个以上，豪华汽车的在60个以上。

ARM系列处理器核是英国先进RISC机器公司（Advanced RISC Machines，ARM）的产品。ARM公司自成立以来，一直以IP(Intelligence Property)提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，而自己从不介入芯片的生产销售，它提供一些高性能、低功耗、低成本和高可靠性的RISC处理器核、外围部件和系统级芯片的应用解决设计方案。。 ARM处理器核具有低功耗、低成本等卓越性能和显著优点，越来越多的芯片厂商早已看好ARM的前景。

目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI，ARM720T，ARM9TDMI，ARM920T，XScale等。此外，ARM芯片还获得了许多实时操作系统(Real Time Operating System)供应商的支持，比较知名的有：Windows CE、uCLinux、VxWorks、uC/OS等。

ARM公司具有完整的产业链，ARM的全球合作伙伴主要为半导体和系统伙伴、操作系统伙伴、开发工具伙伴、应用伙伴、ARM技术共享计划 （ATAP），ARM的紧密合作伙伴已发展为122家半导体和系统合作伙伴、50家操作系统合作伙伴，35家技术共享合作伙伴， 并在2002年在上海成立中国全资子公司。早在1999年，ARM就已突破1.5亿个，市场份额超过了50%，而在最新的市场调查表明，在2001年度里，ARM占据了整个32、64位嵌入式微处理器市场的75%，在2002年度里，占据了整个32、64位嵌入式微处理器市场的79.5%，全世界已使用了20多亿个ARM核。ARM已经成为业界的龙头老大,“每个人口袋中装着ARM”, 是毫不夸张的。因为几乎所有的手机、移动设备、PDA几乎都是用具有ARM核的系统芯片开发的。

1.2 基于ARM的嵌入式开发环境概述

1.2.1 交叉开发环境

作为嵌入式系统应用的ARM处理器，其应用软件的开发属跨平台开发，因此需要一个交叉开发环境。交叉开发是指在一台通用计算机上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备中进行运行调试的开发方式。用来开发的通用计算机可以选用比较常见的PC机、工作站等，运行通用的Windows或Unix操作系统。开发计算机一般称宿主机，嵌入式设备称为目标机，

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在宿主机上编译好的程序，下载到目标机上运行，交叉开发环境提供调试工具对目标机上运行的程序进行调试。

交叉开发环境一般由运行于宿主机上的交叉开发软件(最少必须包含编译调试模块)、宿主机到目标机的调试通道组成。

运行于宿主机上的交叉开发软件最少必须包含编译调试模块，其编译器为交叉编译器。作为宿主机的一般为基于x86体系的桌上型计算机，而编译出的代码必须在ARM体系结构的目标机上运行，这就是所谓的交叉编译了。在宿主机上编译好目标代码后，通过宿主机到目标机的调试通道将代码下载到目标机，然后由运行于宿主机的调试软件控制代码在目标机上运行调试。为了方便调试开发，交叉开发软件一般为一个整合编辑、编译汇编链接、调试、工程管理及函数库等功能模块的集成开发环境IDE（Integrated Development Environment）。

1.2.2 模拟开发环境

模拟开发环境建立在交叉开发环境基础之上，是对交叉开发环境的补充。这时，除了宿主机和目标机之外，还需要提供一个在宿主机上模拟目标机的环境，使得开发好的程序直接在这个环境里运行调试。软件模拟不可能完全代替真正的硬件环境，这种模拟调试只能作为一种初步调试，主要是用作用户程序的模拟运行，用来检查语法、程序的结构等简单错误，用户最终还必须在真实的硬件环境中实际运行调试，完成整个应用的开发。

1.2.3 评估电路板

评估电路板，也称作开发板，一般用来作为开发者学习板、实验板，可以作为应用目标板出来之前的软件测试、硬件调试的电路板。尤其是对应用系统的功能没有完全确定、初步进行嵌入式开发且没有相关开发经验的非常重要。开发评估电路板并不是ARM应用开发必须的，对于有经验的工程师完全可以自行独立设计自己的应用电路板和根据开发需要设计实验板。选购合适于自己实际应用的开发板可以加快开发进度，可以减少自行设计开发的工作量。

1.2.4 嵌入式操作系统

很多初学者认为嵌入式开发必须采用嵌入式操作系统。实际上，一个嵌入式应用是否采用嵌入式操作系统，采用哪种嵌入式操作系统完全由项目的复杂程度、实时性要求、应用软件规模、目标板硬件资源以及产品成本等因素决定。

嵌入式操作系统一般可以提供内存管理、多任务管理、外围资源管理，给应用程序设计带来很多好处，但嵌入式操作系统同时也会占用一定的系统资源，并且要在用户自己的目标板上运行起来，并基于操作系统来设计自己的应用程序，也会相应地带来很多新的问题。所以对于不太复杂的应用完全可以不用操作系统，而对于应用软件规模较大的场合，采用操作系统则可以省掉很多麻烦。

一般来说一套具备最基本功能的交叉开发环境是ARM嵌入式开发必不可少的，至于嵌入式实时操作系统、评估板等其他开发工具则可以根据应用软件规模和开发计划选用。

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第二章 Embest ARM实验教学系统

2.1 教学系统介绍

Embest ARM教学系统包括Embest IDE集成开发环境，Embest JTAG 仿真器，Flash编程器，Embest Arm EduKit II开发板、各种连接线、电源适配器以及实验指导书等。基本实验模型示意图如2-1所示：

图 2-1 实验模型示意图

2.1.1 Embest IDE集成开发环境

1）Embest IDE开发环境界面如图2-2 所示

图2-2 Embest IDE开发环境软件界面

2）Embest IDE主要特征

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