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1、 嵌入式系统原理与应用实 验 指 导 书赵明玺 编写适用专业: 电气类本科 电子类本科 通信类本科 云南民族大学电气信息工程学院2013年 01月前 言随着芯片技术和电子系统智能化,网络化,一体化的快速发展,嵌入式技术开始受到广泛的关注。嵌入式系统融合了计算机软、硬件技术,通讯技术, 半导体微电子技术。通过进行嵌入式系统设计与开发实验,使学生了解嵌入式系统的开发方法和流程,熟悉硬件平台,熟悉嵌入式Linux操作系统的基本原理和概念,能够根据实际需要定制硬件系统,软件系统(包括内核,操作系统,驱动程序和应用程序)。为了使学生更好地理解和深刻地把握上述知识和技能,本课程设置如下实验项目,在ADS和
2、Linux环境下设置演示型实验5个、验证型实验3个、综合型实验4个、设计型实验5个和研究型实验1个。其中在Vision IDE环境下基础性实验5个(演示型2个,验证型3个),在嵌入式Linux环境下基础性实验3个(演示型3个)。在此基础上,本实验课程包含了综合设计性实验10个,重点训练和培养和嵌入式LinuxD设备驱动程序和复杂应用程序的开发能力,以使学生能够深入认识ARM体系结构和Linux操作系统工作原理,ARM处理器工作原理,常见外围设备工作原理与控制方法。对于电子类学生,重点培养ARM微处理器工作原理,如何实现常见嵌入式电子系统的设计,复杂设备的驱动程序的设计,信号提取与分析等知识和技
3、能。对于通信类学生,重点培养嵌入式系统的基本设计方法,各种通信模块、协议(如串口、TCP)的实现等知识和技能。对于其他专业学生,重点培养嵌入式系统的基本设计方法,设备驱动程序,应用程序的基本设计方法等知识和技能。目 录实验 1:EMBEST EDUKIT-V嵌入式实验平台概况及操作方法5实验 2:RealView MDK集成开发环境实验10实验 3:汇编指令实验21实验 4:Thumb 汇编指令实验31实验 5:ARM 处理器工作模式实验39实验 6:基于Vision IDE 的C语言编程实验47实验 7:汇编与 C 语言相互调用实验53实验 8:嵌入式Linux概况与常见命令使用61实验 9
4、:常用Linux命令与及编辑器vi的使用69实验 10:嵌入式 Linux 开发一般步骤82实验 11:HelloWorld 运行实验85实验 12:文件操作实验90实验 13:计时器实验95实验 14:TCP 实验102实验 15:LED 控制实验116实验 16:中断控制实验131实验 17:ADC 操作实验142实验 18:串口通信实验148实验 1:EMBEST EDUKIT-V嵌入式实验平台概况及操作方法实验学时:2实验类型:演示实验要求:必修一、实验目的1、熟悉EduKit-IV嵌入式ARM 教学实验平台的软硬件资源,了解本实验平台的特点;2、熟悉实验平台主板及CPU子板的原理、功
5、能及结构;3、掌握教学实验平台的操作方法及注意事项。二、实验内容1、介绍EMBEST EDUKIT-IV嵌入式实验平台的软硬件资源;2、重点结合电路原理图描述本实验平台的硬件结构;3、重点根据硬件接口定义,讲述实验平台主板及CPU子板的原理、功能及结构;4、讲述该嵌入式实验平台的操作方法和注意事项。三、实验原理、方法和手段Embest EduKit-IV 教学实验系统硬件由核心板、主板、功能模块板以及相应的适配器、连接线组成;软件资源包含了当前主流嵌入式操作系统Linux、Windows CE 6.0下的BSP 包以及应用程序。Embest EduKit-IV 支持多核多操作系统,用户可以根据
6、学习、研究、开发的需要选择软硬件资源。本实验主要介绍基于 SAMSUNG S3C2410 处理器的Linux 2.6 嵌入式开发方法,要求用户配备的软硬件资源主要包括Embest EduKit-IV 主板、Mini2410-IV核心子板(基于SAMSUNG S3C2410)、各种功能模块板(如GPRS 模块、蓝牙模块等)以及Linux 2.6下的Bootloader、kernel、rootfs 等。实验源码包。四、实验组织运行要求采用集中授课形式介绍EMBEST EDUKIT-IV嵌入式实验平台的构成和特点,讲述该嵌入式实验平台的操作方法和注意事项。五、实验条件硬件:Embest ARM Ed
7、uKit V开发箱, PC机;软件:Windows98/XP/2000 系统,ADS集成开发环境。六、实验步骤1. 系统简介Embest EduKit-IV教学实验平台是一款功能强大的32位嵌入式ARM 实验开发平台,是深圳市英蓓特信息技术有限公司推出的更具创新意识的EduKit系列第四代嵌入式教学实验平台。 如图1-1所示:图1-1 EduKit-IV 教学实验平台实验箱外观图(1)基本组成Embest EduKit-IV 教学实验系统硬件由核心板、主板、功能模块板以及相应的适配器、连接线组成;软件资源包含了当前主流嵌入式操作系统Linux、Windows CE 6.0下的BSP 包以及应用
8、程序。Embest EduKit-IV 支持多核多操作系统,用户可以根据学习、研究、开发的需要选择软硬件资源。(2)教学系统主板硬件介绍 Embest EduKit-IV主板遵循了模块化的设计思路,提供了丰富的接口,并且具有良好的扩展性。在EduKit-IV 上设计了2组独有专利技术规范的 CPU接口槽,用于连接EduKit-IV主板与核心子板,将核心板上的信号引至主板上。这种设计使得 EduKit-IV 主板可以支持不同的 CPU 核心子板,用户按照主板接口CPU接口槽的信号定义,可以开发自已的目标核心板。2. 主板硬件设计原理说明(图1-2)图 1-2 EduKit-IV 主板系统方框图3
9、. 主板硬件结构(如图1-3所示)图 1-3 主板结构图4. Mini2410-IV 核心子板硬件介绍Embest EduKit-IV 实验系统采用了主板与核心板分离的模块化设计架构。主板与核心板之间遵循了一定的接口信号定义,按照这种定义,核心板把CPU 的控制信号输出到主板上。在这里将讲述Mini2410-IV 核心子板与主板的接口信号以及其相关的设计原理。Mini2410-IV 核心子板采用了功能强大的ARM 处理器SAMSUNG S3C2410。(1)嵌入式系统与最小系统介绍嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格需求
10、的专用计算机系统。嵌入式系统包括硬件与软件,嵌入式系统发展有过很长一段单片机的独立发展道路,大多是基于 8位单片机,实现最底层的嵌入式统应用,硬件资源不是特别丰富、软件的规模也比较小。而随着嵌入式技术的深入发展、为了能够处理更复杂的事件以及管理更丰富的资源,现在广泛地使用了 32位嵌入式处理器,并且操作系统也被应用到了嵌入式系统中。从当前应用的角度来看,嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序等部分组成,用于实现对其它设备的控制、监视或管理功能。 在嵌入式系统的概念上又提出了嵌入式最小系统,嵌入式最小系统要保证在最精简的资源条件下,系统能够工作。通常,一个最
11、小系统是以处理器为控制和管理中心,具有相配接的电源电路、时钟电路、复位信号电路、系统存储单元。而作为嵌入式应用,为方便开发与调试,最小系统还应该包括系统总线扩展、调试电路(通常是JTAG电路)。 在本实验系统中,核心子板采用了处理器 SAMSUNG S3C2410,扩展了存储系统,系统总线以及调试JTAG电路,在此基础,利用处理器的硬件资源,根据需求扩展外部设备。(2)Mini2410-IV核心板原理说明 核心板硬件资源 处理器SAMSUNG S3C2410提供了各种应用接口,如LCD控制接口、SD 卡控制接口、USB 主/从控制接口、UART 控制接口等。 Mini2410-IV 核心子板利
12、用处理器 SAMSUNG S3C2410 提供的各种控制接口扩展了功能模块,这些接口信号最终通过核心板输送到主板上。比如,在核心板上通过CPU 引出LCD 控制信号,然后再输送到主板上的 LCD 连接器上。所以,在理解电路原理图时,读者应该结合主板,从整体上来把握。下面讲述核心板上的一些功能扩展电路。 核心板与主板的接口电路 EduKit-IV设计了2个符合PC104规范的接口Main_Con_A与Main_Con_B,用于连接EduKit-IV的主板和核心子板,将核心板的控制信号引至主板。5. 操作步骤(1)打开试验箱,将核心板插在扩展板上。(2)确定连线无误后打开开关。(3)不可带电插拔S
13、D卡等外接设备。七、思考题嵌入式系统的一般构成有哪些?试分析EduKit-IV嵌入式教学系统平台的特点。八、实验报告实验报告应包括实验目的,主要内容,简述实验原理,方法和手段,包括对Embest EduKit-IV 教学实验系统知识与操作环境的预习、实验过程、结果记录和心得体会等。九、其它说明实验 2:RealView MDK集成开发环境实验实验学时:2实验类型:演示实验要求:必修一、实验目的通过本实验的学习,使学生了解Embest ARM教学系统的基本构成,掌握EDK软件的使用。 二、实验内容Embest ARM教学系统包括Embest IDE集成开发环境,Embest JTAG仿真器,Fl
14、ash编程器,Embest Arm EduKit V开发箱、各种连接线、电源适配器以及实验指导书等。基本实验系统构成示意图如2-1所示:图2-1 实验系统构成示意图1、了解ULINK 2仿真器和RealView MDK 的使用;2、了解Vision IDE工程管理的方法与步骤。三、实验原理、方法和手段Vision 3 是一个基于窗口的软件开发平台,它集成了功能强大的编辑器、工程管理器以及make工具。Vision3 IDE 集成的工具包括C编译器、宏汇编器、链接/定位器和十六进制文件生成器。Vision 有编译和调试两种工作模式,两种模式下设计人员都可查看并修改源文件。Vision IDE由多
15、个窗口、对话框、菜单栏、工具栏组成。其中菜单栏和工具栏用来实现快速的操作命令;工程工作区(Project Workspace)用于文件管理、寄存器调试、函数管理、手册管理等;输出窗口(Output Window)用于显示编译信息、搜索结果以及调试命令交互灯;内存窗口(Memory Window)可以不同格式显示内存中的内容;观测窗口(Watch & Call Stack Window)用于观察、修改程序中的变量以及当前的函数调用关系;工作区(Workspace)用于文件编辑、反汇编输出和一些调试信息显示;外设对话框(Peripheral Dialogs)帮助设计者观察片内外围接口的工作状态。 四、实验组织运行要求根据本实验的特点、首先采用集中授课形式介绍Vision3 IDE开发环境和使用Vision3 IDE 建立工程,编译,链接,调试操作的具体过程。然后每个学生动手建立工程,完成编译,链接,调试等操作。五、实验条件硬件: Embest ARM EduKit V开发箱, PC机;软件:Windows98/XP/2000 系统