嵌入式处理器原理及应用上机实验.ppt

电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式处理器原理及应用上机实验 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心一、实验目的一、实验目的理解并理解并实现ARM7ARM7处理器的模式切理器的模式切换、C C语言中言中对ARMARM汇编子程序的子程序的调用、用、中断中断处理程序的理程序的设计和和编写。写。理解理解W90P710W90P710高高级中断控制器使用中断控制器使用的基本方法和一般的中断的基本方法和一般的中断处理方法。理方法。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心了解了解W90P710ARM7W90P710ARM7处理器中用于理器中用于输入入输出的出的GPIOGPIO的基本用法，了解外部的基本用法，了解外部芯片芯片BC7281BBC7281B中中LED7LED7段数段数码管管显示示功能的基本使用方法。功能的基本使用方法。掌握使用掌握使用W90P710W90P710处理器通理器通过GPIOGPIO对外部芯片外部芯片进行控制的基本原理。行控制的基本原理。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心二、实验设备二、实验设备硬件：硬件：PC 机机 一台一台 W90P710 学习板学习板一台一台 软件：软件：Windows2000/XP 系统系统 LambdaEDU3 集成开发环境集成开发环境 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心三、实验内容三、实验内容配置配置 AIC；配置配置 Timer；配置配置LED7，利用，利用GPIO实现对实现对LED7的控的控制；制；为为 Timer 中断编写中断处理程序，响应时中断编写中断处理程序，响应时钟中断并将中断次数在钟中断并将中断次数在LED7上显示。上显示。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心四、实验原理四、实验原理1.定定时器原理器原理Timer，能，能产生特定的周期性中断。生特定的周期性中断。这个中个中断可以看作是操作系断可以看作是操作系统心心脏的脉的脉动，用于，用于实现时间的延的延时和确和确认超超时。时钟节拍的拍的频率越高，系率越高，系统用于用于处理理时钟中断的中断的额外开外开销也越大。也越大。W90P710 的的24位位 Timer 含有两个通道，分含有两个通道，分别是是 Timer0 和和 Timer1。每个通道有一个独立的。每个通道有一个独立的时钟源，每隔一定源，每隔一定时间，计数寄存器的数寄存器的值减减 1，当，当计数寄存器的数寄存器的值达到零达到零时，就会触，就会触发一次中断。一次中断。设计通用通用软件可以在每个中断件可以在每个中断发生生时加加 1，达到，达到计数的目的。数的目的。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心对于于 W90P710，晶振，晶振输入入频率率为 15MHZ，用，用户可根据上面的等式可根据上面的等式计算出算出 Timer 中断的中断的频率，如下率，如下表：表：电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心2.中断中断Timer 触触发中断并在中断服中断并在中断服务子程序里子程序里实现相关的相关的计数功能。数功能。中断是操作系中断是操作系统处理事件的一种机制，以异理事件的一种机制，以异步的方式通知步的方式通知 CPU 有个事件有个事件发生了。中断一旦被生了。中断一旦被识别，CPU 保存保存现场，进入中断服入中断服务子程序子程序(ISR)，在返回前又恢复在返回前又恢复现场。这种机制使得种机制使得 CPU 可以在事可以在事件件发生生时予以予以处理，克服了早期的操作系理，克服了早期的操作系统中，中，CPU 轮询某个事件是否某个事件是否发生，造成生，造成 CPU 资源的浪源的浪费的缺点。的缺点。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARM 有有 7 种异常，分种异常，分别为：复位复位(reset)，未定未定义指令指令(undefined instruction)，软件中断件中断(software interrupt)，指令指令预取中止取中止(prefetch abort)，数据数据访问中止中止(data abort)，外部中断外部中断请求求(IRQ)，快速中断快速中断请求求(FIQ)。对应于于这 7 类异常，异常，ARM 有相有相应的异常工的异常工作模式，如下作模式，如下图所示：所示：电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心在上在上图下方的方格代表下方的方格代表 ARM 的的 7 种模式。其中种模式。其中 User 和和SYS 模式共用一模式共用一组寄存器，其它寄存器，其它 5 种模式各有自己种模式各有自己的一套寄存器的一套寄存器组，褐色部分的寄存器是各模式下的特殊寄，褐色部分的寄存器是各模式下的特殊寄存器，只有存器，只有进入了入了该模式，才可以模式，才可以访问。而淡。而淡蓝色部分的色部分的寄存器是共用的，寄存器是共用的，对各个模式可各个模式可见。观察察该图可知，可知，ARM 共有共有 37 个寄存器，每个寄存个寄存器，每个寄存器器 32 位位宽，无，无论何何时，至多只有，至多只有 18个寄存器个寄存器对处理器是可理器是可见的：的：r0-r15，cpsr，spsr。R0-R12：通用寄存器，用于保存数据和指：通用寄存器，用于保存数据和指针。R13：通常被看作堆：通常被看作堆栈指指针寄存器寄存器(SP)R14：链接寄存器，通常用于保存返回地址接寄存器，通常用于保存返回地址 R15：程序：程序计数器数器(PC)电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心CPSR：程序状：程序状态寄存器，用于寄存器，用于记录当前程序运行的当前程序运行的状状态。这里有必要再介里有必要再介绍下它的格式，如下下它的格式，如下图(因因为它可控制它可控制CPU 对中断是否响中断是否响应)：这里我里我们关注的是与中断相关的两个位：关注的是与中断相关的两个位：I，F(中断禁止位中断禁止位)：当当 I=1 时禁止禁止 IRQ 中断，中断，为零零时则打开中断打开中断当当 F=1 时禁止禁止 FIQ 中断，中断，为零零时则打开中断打开中断电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心M4-M0(M 控制位控制位)：用于控制：用于控制处理器模式，它理器模式，它们与与处理器模式的理器模式的对应关系如下关系如下图：SPSR：备份程序状份程序状态寄存器。当特定的异常中断寄存器。当特定的异常中断发生生时，这个寄存器用于保存当前程序状个寄存器用于保存当前程序状态器的内容。器的内容。在异常中断程序退出在异常中断程序退出时，可以用，可以用 SPSR 中保存的中保存的值来恢复来恢复 CPSR。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3.异常向量表异常向量表通常有两种方法将异常中断通常有两种方法将异常中断处理程序注册到异理程序注册到异常中断向量表中。一种是使用跳常中断向量表中。一种是使用跳转指令指令 BL，另一种，另一种使用数据使用数据读取指令取指令 LDR。但由于跳。但由于跳转指令只能在指令只能在 32MB 的范的范围内跳内跳转，所受的局限，所受的局限较大。故我大。故我们只介只介绍使用使用 LDR 的情况，的情况，这大体又可以分大体又可以分为用用 c 语言安装言安装和用和用汇编语言安装两种。言安装两种。在在 LambdaEDU3 集成开集成开发环境中，已境中，已经编写写好了好了针对华邦邦 W90P710 这块板子的异常向量表，使板子的异常向量表，使用的是用用的是用汇编语言安装中断言安装中断处理例程的方法，具体的理例程的方法，具体的启启动代代码在在 Lambda EDU3 安装目安装目录下的下的：LambdaEDUtargettoolbspsboardsarmw90p710_evbstartredboot _debugvectors.S 中。中。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心这些代些代码是用符合是用符合 GCC 汇编器器规范的代范的代码写的。写的。第一行代第一行代码是声明是声明该段并段并赋以以.vectors，ax的属性。的属性。以后的以后的 8 条条语句是数据句是数据读取指令取指令(除除 NOP 外，表示不操外，表示不操作作)，分，分别对应 ARM 的的 7 中异常中异常发生生时，处理开始的理开始的第一条指令。第一条指令。这里里简要介要介绍下另一种安装中断下另一种安装中断处理程序的方法，理程序的方法，它是用它是用 C 语言言实现的。下面的。下面给出出实际代代码：其中其中 INT32U 是无符号整型数据是无符号整型数据类型，型，0 xE59FF018 是是 LDR PC，PC，#0 x18指令的指令的编码，读者可根据先前的者可根据先前的描述仔描述仔细分析。分析。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心4.W90P710 硬件中断控制硬件中断控制在在 W90P710 微微处理器中有一个叫中断控制器理器中有一个叫中断控制器(AIC，advanced interrupt controller)的部件，可以的部件，可以处理多达理多达 32 个中断源，目前只定个中断源，目前只定义了了 31 种，每个中断种，每个中断源都源都对应了唯一的中断号，如下了唯一的中断号，如下图所示：所示：电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心此外，此外，为了更好的管理中断，了更好的管理中断，AIC 还实现了了一个一个 8 级(0-7)的中断的中断优先先级位表。如下表：位表。如下表：电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心其中中断号越低，其中中断号越低，优先先级就越高。例如就越高。例如 1 号号看看门狗中断狗中断优先先级最高。另外最高。另外优先先级为0 的四个中的四个中断触断触发的是的是 FIQ 中断，而其余中断，而其余级别的中断全都属于的中断全都属于 IRQ 中断。中断。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心5.通通过GPIO控制控制LED7GPIO 意意为通用目的的通用目的的输入入输出接口，通出接口，通过与其相关的寄存器与其相关的寄存器进行特定的配置，行特定的配置，该微微处理器引理器引脚将与微脚将与微处理器中特定的理器中特定的电路路进行行逻辑连接，接，实现特定的功能。每个特定的功能。每个 GPIO 组中包含的一个微中包含的一个微处理器理器引脚一般由寄存器（引脚一般由寄存器（GPIO_CFG）中特定位置的两个）中特定位置的两个 BIT 来控制，最多情况下，一个微来控制，最多情况下，一个微处理器引脚可以理器引脚可以被配置成被配置成 4 种模式（种模式（00、01、10、11），但是某一），但是某一个配置下个配置下仅仅能使用其中一个功能。能使用其中一个功能。具体寄存器及相关控制位的使用参具体寄存器及相关控制位的使用参见DATA SHEET。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心五、实验步骤五、实验步骤使用交叉网使用交叉网线（网（网线的一的一头为 T568A，另一，另一头为 T568B）连接接 W90P710 学学习板的网卡接口可板的网卡接口可 PC 机的网机的网卡接口。卡接口。使用串口使用串口线连接接 W90P710 学学习板的板的 UART0 和和 PC 机的机的串口。配置超串口。配置超级终端（具体操作，端（具体操作，请参考参考W90P710 学学习板板实验指南指南）。）。启启动 LambdaEDU3，新建一个，新建一个“标准准应用用项目目”，项目目名称自名称自拟，使用，使用“w90p710 标准准应用用(ARM)”作作为其其应用用程序框架（模板），程序框架（模板），选择“w90p710_evb_elf_RedBoot_debug”作作为其配置。其配置。在工程的在工程的 src 文件文件夹下分下分别创建自己的源程序文件并填写建自己的源程序文件并填写相相应的程序代的程序代码。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心 完成代完成代码后，展开后，展开“W90PP710_evb_elf_RedBoot_Debug”，双，双击“目目标板配置板配置”，在打开的，在打开的页面中，点面中，点击“W90P710_Excpetion 配置配置”，修改，修改“IRQ”设置置为“false”，保存所作的修改。，保存所作的修改。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心右右击项目名称目名称选择“重建重建 BSP 及及项目目”，完成，完成该项目的目的编译和和链接。接。在在“目目标机管理机管理”中添加一个中添加一个“基于基于标准准 RSP 的的连接方接方式式”，名称，名称为“RedBoot”，体系，体系结构构选择“arm”，连接接类型型选择“TCP”，IP 地址地址为“192.168.1.211”，端，端口口 号号 为“9000”。完完 成成 后后，在在“目目 标 机机 管管 理理”中中 右右 击“RedBoot(TCP;192.168.1.211:9000)”，选择“连接接”。在在“C/C+项目目”中右中右击项目中的目中的“w90p710_evb_elf_RedBoot_debug”，选择“运行运行”，执行程序（开始向目行程序（开始向目标板上下板上下载程序前，大程序前，大约需需要要 5 秒秒钟时间进行行连接准接准备）。）。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心 运行后，运行后，请从超从超级终端中可以看到运行端中可以看到运行结果，同果，同时也也可从可从LED7上看到上看到时钟中断的次数。中断的次数。注意：注意：RedBoot 使用了使用了 Timer0，为了不和了不和 RedBoot 冲突，冲突，实验中中应使用使用Timer1。另外，在另外，在读代代码过程中，一些程中，一些伪指令的写法和我指令的写法和我们课堂上堂上所所讲的的伪指令略有区指令略有区别。比如：比如：.extern W90P710_CPU_ISR_Handler 就是就是extern.global IRQ_ISR_Handler 就是就是GLOBAL.equ NO_INT,0 xC0 就是就是EQU电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心实验报告需完成内容实验报告需完成内容1.需在需在实验报告中回答以下告中回答以下问题：系系统的初始化由哪几个函数的初始化由哪几个函数实现？每个函数分？每个函数分别需需要完成什么功能要完成什么功能(可用文字叙述可用文字叙述)？init.c里里为什么有个空循什么有个空循环while(1)？AIC中断控制器支持多少个中断，中断控制器支持多少个中断，优先先级如何？每如何？每个中断所个中断所对应的中断的中断处理程序的名字是什么？理程序的名字是什么？(以如以如下表格形式写出下表格形式写出)序号中断名优先级中断处理程序名12电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心实验报告需完成内容实验报告需完成内容1.需在需在实验报告中回答以下告中回答以下问题：系系统的初始化由哪几个函数的初始化由哪几个函数实现？每个函数分？每个函数分别需需要完成什么功能要完成什么功能(可用文字叙述可用文字叙述)？init.c里里为什么有个空循什么有个空循环while(1)？AIC中断控制器支持多少个中断，中断控制器支持多少个中断，优先先级如何？每如何？每个中断所个中断所对应的中断的中断处理程序的名字是什么？理程序的名字是什么？(以如以如下表格形式写出下表格形式写出)序号中断名优先级中断处理程序名12电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心实验报告需完成内容实验报告需完成内容W90P710_CPU_A.S中中间有两行注有两行注释需要回答。需要回答。写出三写出三级中断所中断所对应的三的三级中断函数分中断函数分别是什么。是什么。W90p710_aic.c 中函数中函数W90P710_T1_INT_ISR()中中变量量i的作用是什么？的作用是什么？修改修改LED更新更新频率的方法有几种？每种方法需要在率的方法有几种？每种方法需要在哪个源代哪个源代码文件的哪一个地方把代文件的哪一个地方把代码修改成什么修改成什么样？电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心实验报告需完成内容实验报告需完成内容2.在代在代码中中补全内容：全内容：在在W90P710_CPU_A.S中中CPSR_Init标号的相号的相应之之处补全代全代码，完成更新，完成更新CPSR使开中断。使开中断。在在W90P710_CPU_A.S中最后一部分中最后一部分补全恢复全恢复现场的代的代码。在在LED7.c中中补全注全注释里要求的里要求的1行代行代码。注：注：补上的代上的代码不不仅需写在源文件相需写在源文件相应之之处，还应写写在在实验报告中。告中。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心实验需注意事项实验需注意事项1.需需请老老师或助教确或助教确认实验的完整性，包括演示的完整性，包括演示程序的正确运行程序的正确运行过程和程和LED显示示结果。果。2.当天内完成当天内完成实验报告，并提交。格式要求：正告，并提交。格式要求：正文文为小四号宋体，行小四号宋体，行间距距为1.25倍行距。倍行距。3.离开之前，离开之前，删除自己除自己电脑上的相关文件，并关上的相关文件，并关闭电脑后方可离开。后方可离开。