信息與通信嵌入式單片機(jī)

1、信息與通信嵌入式單片機(jī) 華中科技大學(xué) RENESAS嵌入式MCU聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開課儀式課程名稱: 嵌入式微控制器 及程序設(shè)計(jì) 主講教師: 黃一夫 何頂新參考書:嵌入式微控制器程序設(shè)計(jì)(黃一夫等編)一.授課目的:通過瑞薩M16C學(xué)習(xí)板的教學(xué)和試驗(yàn)微型計(jì)算機(jī)原理 組成,存儲(chǔ)構(gòu)造,指令系統(tǒng),中斷技術(shù),接口技術(shù)等匯編語言,C語言,程序設(shè)計(jì)根底知識(shí) M16C學(xué)習(xí)板CPU,內(nèi)置周邊功能存儲(chǔ)器配置復(fù)位根底操作程序設(shè)計(jì)根底2.集成開發(fā)環(huán)境:工具管理器TM運(yùn)行環(huán)境TM的安裝,啟動(dòng)工具的登陸(調(diào)試器KD30,編譯器,編輯器,閃存ROM寫入器)MAKE的編寫方法工程的制作Build程序的寫入及固化嵌入式用C語言開發(fā)前的

2、準(zhǔn)備預(yù)處理程序設(shè)計(jì)步驟(結(jié)合范例)課程的安排:共計(jì) 32學(xué)時(shí)上課 24學(xué)時(shí)試驗(yàn) 8學(xué)時(shí)(集中進(jìn)展)四.嵌入式系統(tǒng)(Embedded Systems) 概念狹義的概念 嵌入到各種機(jī)器中,執(zhí)行控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),即將軟硬件可剪裁的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),嵌入到應(yīng)用環(huán)境的系統(tǒng)中,使之構(gòu)成一種智能型裝置的系統(tǒng).廣義的概念 為了專用目的設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是嵌入式系統(tǒng),換言之,是指嵌入到系統(tǒng)里面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng).家電(電飯鍋,洗衣機(jī),枯燥機(jī),熱水器,空調(diào))AV (高清晰度電視,DVD,MP3,數(shù)碼相機(jī),數(shù) 字音像)娛樂/教育(游戲機(jī),電子樂器,卡拉OK)個(gè)人數(shù)字助理(電子筆記本,汽車顯示器)PC機(jī)周邊設(shè)備(打印機(jī),掃描

3、儀,讀機(jī)卡,硬盤驅(qū)動(dòng)器,光盤驅(qū)動(dòng)器)OA機(jī)器(復(fù)印機(jī), 機(jī))通訊終端( ,手機(jī))網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(交換機(jī),路由器)運(yùn)輸設(shè)備(汽車,信號(hào)機(jī),鐵道,機(jī)車控制,飛機(jī),船舶)工業(yè)控制(電機(jī),生產(chǎn)機(jī)械,機(jī)床,機(jī)器人)設(shè)備機(jī)器(照明,空調(diào),電力系統(tǒng))醫(yī)療/福利器械(血壓器,心電計(jì),X射線透視儀,CT)航空/軍事(火箭,人造衛(wèi)星,導(dǎo)彈)其它業(yè)務(wù)用機(jī)器(數(shù)據(jù)終端,自動(dòng)售貨機(jī))計(jì)測(cè)儀器(電爐測(cè)試,電流計(jì),同步加速器)專用目的的系統(tǒng) 整個(gè)系統(tǒng)為完成一個(gè)專用目的而設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的資源限制 低本錢,低功耗,小型化 內(nèi)核:微控制器 軟件:精簡(jiǎn)的微內(nèi)核構(gòu)造高可靠性的要求確保實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)嵌入式微控制器的現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核是

4、微控制器 (Micro Contrller Unit 簡(jiǎn)稱MCU) 微控制器是主要用于控制目的的一種專用微處理器,20世紀(jì)70年代首次出現(xiàn),目前生產(chǎn)廠家有: RENESAS MOTOROLA INTEL NEC FUJITSU TOSHIBA 品種有4位,8位,16位,32位,瑞薩公司有720,740,7700,M16C,M32R系列, 預(yù)測(cè)到2021年,每人平均可接觸到350片MCU.嵌入式微控制器的新技術(shù)開展低功耗可擴(kuò)展總線型單片機(jī)型: 嵌入DRAM,嵌入SRAM,內(nèi)置FLASH技術(shù)并行總線串行總線: 總線,SPI總線,CAN總線技術(shù)多CPU單MCU I/O控制,以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通訊,精簡(jiǎn)指令

5、集功能增強(qiáng) 數(shù)據(jù)采集,模糊控制.智能接口 適應(yīng)工業(yè)對(duì)象,伺服驅(qū)動(dòng),人機(jī)對(duì)話,通訊網(wǎng)絡(luò)的要求.M16C/62型單片機(jī)采用高性能硅柵CMOS工藝,是M16C/60系列單片機(jī)中的一種.它具有和所有M16C/60系列單片機(jī)一樣的CPU內(nèi)核,采用100腳塑料封裝QFP.M16C/62型單片機(jī)包括各種產(chǎn)品,差異僅在于片內(nèi)存儲(chǔ)器類型和容量的不同,以及封裝的形式不同. 我們常用的有兩種QFP封裝形式,分別是100P6S-A和100P6Q-A 下面是100P6S-A的引腳構(gòu)造圖,它有100個(gè)引腳CPU的存放器組成數(shù)據(jù)存放器(R0,R1,R2,R3) 這四個(gè)存放器為16位存放器.根據(jù)命令語句可以作為8位或32位存

6、放器用.地址存放器(A0,A1) A0,A1為具有和數(shù)據(jù)存放器一樣功能的16位存放器,可用作相對(duì)尋址或間接尋址中的地址存放器.幀基址存放器(FB) FB為16位存放器,使用于幀相對(duì)尋址.程序計(jì)數(shù)器(PC) PC由20位組成,指示執(zhí)行命令的地址中斷表格存放器(INTB) 它由20位組成,指示有中斷向量表的初始地址堆棧指針(USP/ISP) 由16位組成,有用戶堆棧指針(USP)和中斷堆棧指針(ISP)兩種.用堆棧指針選擇標(biāo)志,可設(shè)定使用其中的一種. 靜態(tài)基址存放器(SB)為16位的存放器,用于相對(duì)尋址.標(biāo)志存放器(FLG)由11位組成,每位用作一個(gè)標(biāo)志或用于匯編語言記敘程序時(shí)的分支判斷條件,或用

7、于設(shè)定CPU的操作 如以下圖所示:嵌入式微控制器M16C/32的組成構(gòu)造M16C/32的芯片中,除了用來執(zhí)行算法和邏輯操作的中央處理器(CPU)和存放指令以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)(ROM,RAM)外,內(nèi)置有多種具有周邊功能的單元,如定時(shí)器,監(jiān)視定時(shí)器,數(shù)據(jù)傳送控制器DMCA D/A轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器,時(shí)鐘同步/異步串行口,CRC運(yùn)算電路,系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器,時(shí)鐘同步串行口等這些單元通過P0-P10等I/O接口進(jìn)展數(shù)據(jù)的傳送和控制.嵌入式微控制器M16C/62的組成構(gòu)造如以下圖所示:存儲(chǔ)器配置地址空間從00000H-FFFFFH為止,共1MBM30620FCAFP有單片工作模式,存儲(chǔ)器擴(kuò)展工作模式,CPU工

8、作模式等三種工作模式.存儲(chǔ)器可以擴(kuò)展.但是M16C/62學(xué)習(xí)板僅有單片工作模式.下面是對(duì)單片工作模式的存儲(chǔ)器配置加以說明:SFR(專用存放器區(qū)): 在此區(qū)內(nèi)集中了CPU的工作模式,外部功能控制等存放器.內(nèi)部RAM:M30620FCAFP中使用著128KB的閃存,內(nèi)部ROM的一局部(FFFDCH-FFFFFH)是固定的向量地址.中斷發(fā)生時(shí)存放執(zhí)行程序的初始地址,如以下圖所示:八、M16C/62的操作可執(zhí)行根本操作過程如下: 的內(nèi)容作為地址信息輸出 4.將指定地址的內(nèi)容作為指令取進(jìn)PC 見下面框圖:文件構(gòu)成和生成目標(biāo)文件 下面是從源文件到M16C/62學(xué)習(xí)板能執(zhí)行的文件的流程加以說明。如下圖， 在

9、M16C/62學(xué)習(xí)板中調(diào)試程序kd30使用的文件和Flashstart寫入閃存軟件處理的文件有區(qū)別，為了制成這些文件，需要用nc30WA來進(jìn)展編譯，實(shí)際上文件的生成是沿著編譯匯編鏈接ROM化的順序完成的。源文件有如下三種：test.cC語言源文件Start0.a30匯編語言源文件Sect30.inc匯編語言源文件開發(fā)流程如下：5.用4步做成的test.x30生成test.mot摩托羅拉S格式化文件供Flashstart用M16C/62學(xué)習(xí)板的開發(fā)步驟 下面是用集成開發(fā)環(huán)境TM進(jìn)展操作的開發(fā)步驟,這些過程能使開發(fā)操作順利進(jìn)展.編碼編譯 包含編譯,匯編,鏈接等操作.用C語言記述的程序用NC30WA

10、編譯器變成匯編語言,然后用AS30匯編器變成機(jī)器語言.并且用LN30鏈接器,將機(jī)器語言文件加以歸納,決定地址,做成絕對(duì)目標(biāo)文件(可執(zhí)行文件)編譯器NC30的介紹 NC30編譯器的組成： NC30是供M16C60系列單片機(jī)用的C編譯器。它由下面的四個(gè)程序組成： 1.編譯驅(qū)動(dòng)器nc30。它啟動(dòng)編譯器，匯編器和連接器。 2.預(yù)處理器cpp30。它用來處理宏和條件編譯。 3.編譯器主體ccom30。它把c語言源文件轉(zhuǎn)換成匯編語言源文件。 4.aopt30 匯編程序最優(yōu)化5.StkViewer&stk它計(jì)算程序所用的堆棧的大小(StkViewer是GUI)6.utl30 用于SBDATA聲明和專門頁函數(shù)

11、的聲明7.MapViewer圖觀測(cè)器(只包含在PC版本中)(圖觀測(cè)器是GUI(圖形用戶界面) NC30的編譯流程 1.2.1 nc30 nc30是編譯驅(qū)動(dòng)器，通過設(shè)置選項(xiàng)它還可以完成一系列從編譯到連接的操作。1.2.2 cpp30是預(yù)處理器，用來處理宏和條件編譯1.2.3 ccom30 ccom30是編譯器自帶的執(zhí)行文件。C源程序經(jīng)cpp30轉(zhuǎn)換成能在as30上運(yùn)行的匯編源程序。1.2.4堆棧大小計(jì)算程序stk30，它用來就算程序所用的堆棧的大小。NC30管理的段NC30對(duì)數(shù)據(jù)和代碼按段進(jìn)展管理，段的類型如下表，各個(gè)段還按照屬性進(jìn)一步劃分，各個(gè)屬性及其意義如下表： Int I=1;/ data

12、 section char c=c;/ int j,k;/ bss section const char cc=a; / rom sectionVoid main()int m; / stack sectionI=I+k;/ program section 各個(gè)段還按照屬性進(jìn)一步劃分，各個(gè)屬性及其意義如下表：預(yù)處理命令：預(yù)處理命令是用“開場(chǎng)的一個(gè)字符串，其作用為包含文件，宏定義，條件編譯和其它擴(kuò)展功能。主要有： #define 串1 串2如： #define LED_off Oxff#progma ADDRESS 變量名 絕對(duì)地址如： #progma ADDRESS p7 3edH啟動(dòng)程序 為

13、了使編好的程序能正常工作在執(zhí)行程序前需先對(duì)單片機(jī)進(jìn)展初始化，并設(shè)置堆棧，這些處理通常不是用C語言 編寫的，而是用匯編語言寫的，單獨(dú)構(gòu) 成“啟動(dòng)程序，NC30的啟動(dòng)程序?yàn)椤皀crt30.a30和“ sect30.inc其實(shí)現(xiàn)的功能如下：3。初始化靜態(tài)變量區(qū)4.設(shè)置中斷表格存放器“INTB堆棧大小的計(jì)算：在啟動(dòng)程序中要設(shè)置一個(gè)適當(dāng)大小的堆棧區(qū)。堆棧過小會(huì)使程序失控，過大那么會(huì)浪費(fèi)存儲(chǔ)單元，在NC30中使用堆棧的有：堆棧的大小可以根據(jù)程序推算，但另一種較方便的方法是在啟動(dòng)NC30時(shí)使用開關(guān)量“showstackusage，這時(shí)在編譯時(shí)會(huì)產(chǎn)生包含堆棧信息的文件“xxx.stk，由此文件即可計(jì)算出堆棧的

14、最大值，還可以運(yùn)行stk30程序自動(dòng)對(duì)堆棧的大小進(jìn)展計(jì)算。啟動(dòng)程序的修改7.單片模式下不使用“near ROM和“far RAM,把它們刪除。用NC運(yùn)行例程的流程上圖各局部的介紹：1.用nc30來編譯C的源程序AA.c，然后用as30來匯編成可重定位的relocatable目標(biāo)文件AA.r30；2.啟動(dòng)程序nctr0.30和sect30.inc，其中包含段中的信息，是通過改變段映射、段大小和中斷向量表的設(shè)置來到達(dá)系統(tǒng)的要求的；3.修改后的啟動(dòng)程序匯編成可重定位的目標(biāo)文件ncrt0.a30；4.兩個(gè)可重定位的目標(biāo)文件AA.r30和ncrt0.a30通過連接器ln30，創(chuàng)立絕對(duì)模塊文件AA.x30

15、。而ln30是從nc30中運(yùn)行的 調(diào)試 用KD30調(diào)試器確認(rèn)程序的動(dòng)作.KD30是運(yùn)行于主機(jī)的調(diào)試器。KD30與存儲(chǔ)于閃存的檢測(cè)程序相通，提供高效率的調(diào)試環(huán)境。 KD30的特點(diǎn)： 1.匯編語言和構(gòu)造匯編語言的源線路調(diào)試，并且C語言是可以應(yīng)用的。 2.指向一個(gè)通道計(jì)數(shù)里，斷點(diǎn)的兩個(gè)指針可以同時(shí)設(shè)定。 3.當(dāng)不具有程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性能而執(zhí)行目標(biāo)程序時(shí)，RAM檢測(cè)功能允許你檢測(cè)內(nèi)存的內(nèi)容。4.你可以應(yīng)用C語言變量，在一個(gè)構(gòu)造變量和一個(gè)全局變量里，也可以應(yīng)用一個(gè)成員變量5.在調(diào)試軟件PD30時(shí)，KD30在操作上有兼容性。啟動(dòng)KD30 1.點(diǎn)擊開場(chǎng)菜單 start - program - MITSUBIS

16、HI-TOOL - KD30啟動(dòng)KD30。 2.當(dāng)KD30啟動(dòng)時(shí)，顯示以下圖所示的初始(Init)對(duì)話框。KD30的操作環(huán)境在這個(gè)窗口中設(shè)置。 以下圖為初始對(duì)話框：初始對(duì)話框中操作環(huán)境工程填寫完之后，點(diǎn)擊“ OK按鈕。當(dāng)KD30能與OAKS16-BaordKit上檢測(cè)程序連接(communicate)時(shí)，KD30自動(dòng)啟動(dòng)，且KD30窗口(KD30的主窗口)如下圖。 當(dāng)KD30不能正常連接時(shí)，出現(xiàn)下面的窗口：點(diǎn)擊錯(cuò)誤窗口的“ok，按鈕后，初始化對(duì)話框如再次顯示，注意檢測(cè)連接是否錯(cuò)誤。KD的操作 指向菜單 File Download Load Module 然后下載窗口翻開，點(diǎn)擊對(duì)象文件()以及“

17、Open按鈕 2.顯示源程序(the program source)點(diǎn)擊程序窗口上的 “View,然后源程序窗口翻開，指向你想顯示的源程序的名稱。源程序被顯示: 根本的窗口菜單 :設(shè)置存儲(chǔ)地址 :設(shè)置啟動(dòng)地址到PC和中斷地址，然后點(diǎn)擊“GO雙擊BRK欄設(shè)置中斷地址4.觀察和改變C變量 為了改變變量的值，翻開當(dāng)?shù)卮翱趌ocal window接著設(shè)置變量的值：寫入ROM 將調(diào)試器上述符合標(biāo)準(zhǔn)的程序用Flashstart寫入器寫入到閃存ROM中,使其動(dòng)作.到此開發(fā)工作完成. 見下面流程:M16C/62學(xué)習(xí)板的存儲(chǔ)器配置與前面介紹的M30620FCAFP的存儲(chǔ)器進(jìn)展比較,其中RAM和ROM的一局部使用

18、了監(jiān)控程序以下圖是M16C/62學(xué)習(xí)板的存儲(chǔ)配置寫入ROM時(shí)存儲(chǔ)的配置程序的寫入要啟動(dòng)寫入閃存用軟件Flashstart,它寫在M16C/62的bootROM中,bootROM是在通常使用的用戶ROM之外,有8KB的內(nèi)存.出廠時(shí)存放在標(biāo)準(zhǔn)I/O模式的程序中.以下圖是寫入ROM時(shí)存儲(chǔ)的配置FlashSta的介紹：FlashSta被用來在flash存儲(chǔ)器上寫程序。當(dāng)你寫程序到flash存儲(chǔ)器中的時(shí)候，與開場(chǎng)時(shí)寫入flash存儲(chǔ)器的KD30相通訊的監(jiān)控程序被消除啟動(dòng)FlashSta 確保在啟動(dòng)FlashSta之前將你的PC與OAKS16-BoardKit連接好短接OAKS16-BoardKit的JP

19、1連接器，并選擇復(fù)位按鈕雙擊復(fù)制的“Flashsta.exe來啟動(dòng)FlashSta，當(dāng)FlashSta啟動(dòng)時(shí)下面的窗口將翻開，設(shè)置所用的端口當(dāng)下面的窗口出現(xiàn)時(shí)，就要檢查 OAKS16-BoardKit連接是否正確或者電源是否翻開。之后點(diǎn)擊“OK按鈕，出現(xiàn)如下面的窗口：退出FlashSta 要退出FlashSta，選擇“Exit按鈕 集成開發(fā)環(huán)境TM(Tool Manager)是將編譯器/匯編器/編輯器等工具群集成在圖形界面內(nèi),改善軟件開發(fā)效率的工具.在集成開發(fā)環(huán)境TM里,可以從TM工具欄里啟動(dòng)登陸在TM內(nèi)的編輯器,編譯器,調(diào)試器,閃存寫入ROM等軟件工具.編譯器的啟動(dòng)用make來進(jìn)展,以提高開

20、發(fā)效率TM的操作界面工程欄各按鈕功能如下: Customize(制作)按鈕工具的登錄調(diào)節(jié)器KD30的登錄:點(diǎn)擊 會(huì)出現(xiàn)下面窗口點(diǎn)擊按鈕 會(huì)出現(xiàn)如下界面:點(diǎn)擊選擇KD30的文件夾,選擇KD.EXE文件,將之放到文件名中.將會(huì)顯示:點(diǎn)擊OK,出現(xiàn)下面窗口在DEBUG TOOL里選中KD30,點(diǎn)擊OK.那么調(diào)試器設(shè)定完畢編輯器的登陸點(diǎn)擊工具欄中的會(huì)出現(xiàn)如下,選擇EDIT TOOL顯示出工具EDIT TOOL對(duì)話框,選上默認(rèn)的Notepad即可.點(diǎn)擊確定,那么編輯器登錄了.閃存ROM寫入工具(Flashstrat)的登錄點(diǎn)擊工具欄上的在出現(xiàn)的窗口中選擇APPLICATION,點(diǎn)擊ADD按鈕指定文件fl

21、ashsta.exe,那么會(huì)在Tool information對(duì)話框中顯示如下,追加flashsta.exe文件,點(diǎn)擊OK,那么flashstart登陸成功.制作工程(新建工程)根本工程制作的步驟如下:2.顯示工程編輯界面,如圖:在Project中鍵入工程名,如sampleA.指定路徑.在Target中選中M16C Family指定目錄后,點(diǎn)擊按鈕下一步.會(huì)出現(xiàn)下面的對(duì)話框:3.選擇C語言編輯器,點(diǎn)擊下一步.出現(xiàn)下面的窗口:4.指定編譯器啟動(dòng)程序,在Custom中指定M16C/62學(xué)習(xí)板的ncrt0.a30啟動(dòng)程序,然后點(diǎn)擊下一步 5.顯示工程確實(shí)認(rèn)畫面,點(diǎn)擊按鈕 ,那么設(shè)定完成.工程編輯工程

22、編輯是在工程編輯窗口中進(jìn)展的,可進(jìn)展包括在做成的工程內(nèi)的源文件及編譯時(shí)的任選項(xiàng),生成順序等的定義和更改.在TM中,即使不知道m(xù)ake的編寫方法,也可以用工程編輯器添加文件,指定命令任選項(xiàng),在內(nèi)部可自動(dòng)生成makefile,并且點(diǎn)擊build按鈕,可執(zhí)行make.exe軟件,生成目的文件.工程編輯窗口構(gòu)成包括菜單欄,工具欄,生成順序窗口,工程信息窗口,狀態(tài)欄,成員欄窗口,文本窗口.以下圖為工程信息欄窗口工程信息窗口用生成順序窗口顯示選擇工程信息的詳細(xì)內(nèi)容.文件的添加下面介紹用工程編輯器添加文件的方法按照前面的方法新生成下面界面后:翻開工程文件,點(diǎn)擊all前面的+標(biāo)志符顯示所要的文件.添加文件:

23、選擇sampleb.X30,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,依次選擇Edit Item/Add File,出現(xiàn)下面的窗口.選擇已編好的后綴名為.C的文件,我們這里是Test01.c文件.添加后,點(diǎn)擊+符號(hào),顯示全部文件如下,至此,添加文件工作完成.摩托羅拉S格式文件的制作在TM中使用Lmc30進(jìn)展工具使用設(shè)定步驟如下:1.翻開工程編輯器,確認(rèn)sampleb.x30的命令,顯示LN30的啟動(dòng)命令,如以下圖2.從工程菜單上選擇Information3.點(diǎn)擊Tool,選擇lmc30命令. 至此,就將絕對(duì)模塊文件做成摩托羅拉S格式的文件了.在工程信息窗口的命令里添加了lmc30的啟動(dòng)文件.按鈕build的使用Build是用工程編輯器執(zhí)行工程(顯示的內(nèi)容)命令的程序TM的build有三種 1.build:和make一樣,在目的文件不存在,或進(jìn)展源文件變更的場(chǎng)合執(zhí)行命令. 2.rebuild:執(zhí)行記述有clean的命令以后,進(jìn)展build(由于clean,中間生成文件,目的程序被刪除) 3.局部build:用工程編輯器對(duì)選擇的項(xiàng)進(jìn)展buildbuild的啟動(dòng)選好工程文件名