嵌入式實驗報告（答案）

實驗報告ARM嵌入式系統(tǒng)原理及應用開發(fā)目錄實驗一ARM匯編指令實驗1 1實驗二ARM匯編指令實驗2 4實驗三匯編與C語言的相互調(diào)用實驗 8實驗一ARM匯編指令實驗1一、實驗目的1．初步學會使用EmbestIDEforARM開發(fā)環(huán)境及ARM軟件模擬器；2．通過實驗掌握簡單ARM匯編指令的使用方法。二．實驗設備1．硬件：PC機；2．軟件：EmbestIDE2004集成開發(fā)環(huán)境。Windows98/2000/NT/XP。三．實驗內(nèi)容1．熟悉開發(fā)環(huán)境的使用，并使用LDR/STR和MOV等指令訪問存放器或存儲單元。2．使用ADD/SUB/LSL/LSR/AND/ORR等指令，完成根本數(shù)學/邏輯運算。四．實驗原理ARM處理器共有37個存放器：31個通用存放器，包括程序計數(shù)器〔PC〕，這些存放器都是32位；6個狀態(tài)存放器，這些存放器也是32位，但只使用了其中的12位。1．ARM通用存放器通用存放器〔R0~R15〕可分為3類，即不分組存放器R0~R7．分組存放器R8~R14．程序計數(shù)器R15。存儲器格式ARM體系結(jié)構(gòu)將存儲器看作是從零地址開始的字節(jié)的線性組合。字節(jié)0~3存放第一個字，字節(jié)4~7存放第2個字，以此類推。 ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲字數(shù)據(jù)，分別稱為大端格式和小端格式。GNU根底知識EmbestIDE集成了GNU匯編器as、編譯器gcc和鏈接器ld。因此，編寫程序要符合CNU的語法和規(guī)那么。關于as．gcc和ld的具體使用，請參照EmbestIDE所帶的電子文檔ProgRef.chm。五．實驗操作步驟1.實驗A〔1〕新建工程：先建一個文件夾如：H：\test1。然后運行ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境，選擇File→New菜單項，彈出一個對話框，然后出來圖1.1新建工程類型選擇對話框，選擇project,在“Projectname〞中輸入工程文件名〞test1〞,點擊確定，同時創(chuàng)立一個與工程名相同的工作區(qū)?！?〕建立源程序并添加到工程.在File的菜單項中選擇“New〞，彈出一個對話框，點擊“file〞，在“filename〞中輸入文件名test1.s編輯完后，點確定?！?〕添加源文件：選擇Project→AddToProject→File項，或單擊工程管理窗口中的相應右鍵快捷菜單命令，翻開文件選擇對話框，在工程目錄下選擇剛剛建立的源并添加到文件test1.s。在“AddFiles〞對話框中選擇“DebugRel〞〔4〕根本設置：設置中只需設置“entrypoint〞〔5〕生成目標代碼：按下列圖標生成目標代碼?！?〕調(diào)試設置：按下列圖標。首先編譯和鏈接之后，在工程test1所在的目錄下生成一個名為“test_data的目錄，同時翻開對話框使用Debugrel目標，選擇生成的test.axf用于調(diào)試?！?〕翻開存儲器窗口，觀察地址0x1000~0x101F的內(nèi)容.〔8〕單步執(zhí)行程序并觀察和記錄存放器與存儲器值的變化。〔9〕結(jié)合實驗內(nèi)容和相關資料，觀察程序運行，通過實驗加深理解ARM指令。2.實驗B(1)在工作區(qū)窗口工作區(qū)名稱上右擊鼠標，在彈出的快捷菜單中選擇“AddNewProjecttoWorkspace…〞?！?〕參照實驗A及相應的實驗參考程序，建立工程〔3〕參照實驗A的步驟完成目標代碼的生成與調(diào)試。六．實驗參考程序1.實驗A參考程序X EQU 45 /*定義變量x,并賦值為45*/Y EQU 64 /*定義變量y,并賦值為64*/STACK_TOP EQU 0x1000 /*定義棧頂0x1000*/ AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART /*程序代碼開始標志*/ MOV SP,#STACK_TOP MOV R0,#X /*x的值放入R0*/ STR R0,[SP] /*R0的值保存到堆棧*/ MOV R0,#Y /*y的值放入R0*/ LDR R1,[SP] /*取堆棧中的數(shù)到R1*/ ADD R0,R0,R1 STR R0,[SP]STOP B STOP /*程序結(jié)束，進入死循環(huán)*/END實驗B參考程序X EQU 45 /*定義變量x,并賦值為45/Y EQU 64 /*定義變量y,并賦值為64*/Z EQU 87 /*定義變量z,并賦值為87*/STACK_TOP EQU 0x1000 /*定義棧頂0x1000*/ AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART MOV R0,#X /*x的值放入R0*/ MOV R0,R0,LSL#8 /*R0的值乘以2的8次方*/ MOV R1,#Y /*y的值放入R1*/ ADD R2,R0,R1,LSR#1 /*R1的值除以2加上r0的值放入R2*/ MOV SP,#0x1000 STR R2,[SP] /*R2的值0x2D20放在0x1000的地址中*/ MOV R0,#Z /*z的值放入R0*/ AND R0,R0,#0xff /*取R0的低八位*/ MOV R1,#Y /*y的值放入R1*/ ADD R2,R0,R1,LSR#1 /*R1的值除以2加上r0的值放入R2*/ LDR R0,[SP] /*SP的值〔0X2D20〕放入R1*/ MOV R1,#0x01 /*R1賦值0x01*/ ORR R0,R0,R1 /*該指令設置R0的0位，其余位保持不變*/ MOV R1,R2 /*R2的值放入R1*/ ADD R2,R0,R1,LSR#1 /*R1的值除以2加上r0的值放入R2*/STOP B STOP /*程序結(jié)束，進入死循環(huán)*/ END七．實驗報告〔1〕畫出程序A、程序B的實現(xiàn)框圖，并說明實驗A、B程序?qū)崿F(xiàn)的功能是什么？實驗A：最后的值0x6D放在0x1000的地址中,實現(xiàn)的是兩數(shù)的想加45+64=109(0x6D)實驗B：0x1000的地址:64/2+45*2^8=11552(0x2D20)R1:〔64/2+87〕=0x77R0:0x2D20+0x01=0x2D21R2:0x77/2+0x2D21=0x2D5C〔2〕記錄程序A和程序B單步運行時有關存放器與存儲器的值，并分析有關結(jié)果是否正確。實驗1A實驗B地址：0x2D20放在0x1000的地址中，0x77放在R1中，0x2D21放在R0中，0x2D5C放在R2中實驗二ARM匯編指令實驗2一、實驗目的通過實驗掌握使用LDM/STM、B和BL等指令完成較為復雜的存儲區(qū)訪問和程序分支，學習使用條件碼，加強對CPSR的認識。二、實驗設備1．硬件：PC機；2．軟件：EmbestIDE2004集成開發(fā)環(huán)境。Windows98/2000/NT/XP。三、實驗內(nèi)容1．熟悉開發(fā)環(huán)境的使用并完成一塊存儲區(qū)的拷貝；2．完成分支程序設計，要求判斷參數(shù)，根據(jù)不同參數(shù)，調(diào)用不同的子程序。四、實驗原理1．ARM程序狀態(tài)存儲器在所有處理器模式下，都可以訪問當前程序狀態(tài)存放器CPSR。CPSR包含條件碼標志、中斷禁止位、當前處理器模式以及其他狀態(tài)和控制信息。每種異常模式都有一個程序狀態(tài)保存存放器SPSR。當異常出現(xiàn)時，SPSR用于保存CPSR的狀態(tài)。CPSR和SPSR的格式如下：313029282726876543210NZCVQDNM(RAZ)IFTMMMMM2．本實驗涉及到得as語法及規(guī)那么1〕標號的使用標號由一個符號后跟一個冒號組成，它表示程序中當前的指令或者數(shù)據(jù)地址。如果在程序中出現(xiàn)兩個相同的標號，匯編器會產(chǎn)生一個警告，同時，只有第一個標號有效。2)幾個偽指令〔1〕LDRLDR偽指令講一個32位常數(shù)或者一個地址值讀取到存放器中。當需要讀取到存放器中的數(shù)據(jù)超過了MOV或者MNV指令可以操作的范圍時，可以使用LDR偽指令將該數(shù)據(jù)讀取到存放器中。在匯編編譯器處理源程序時，如果該常數(shù)沒有超過MOV或者MNV可以操作的范圍，那么LDR指令被這兩條指令中的一條所替代；否那么，該常數(shù)將被放在最近的一個文字池〔LiteralPool〕內(nèi)，同時，本指令被一條基于PC的LDR指令代替。語法格式LDR<register>,=<expression>其中，expression為需要讀取的32位常數(shù)。Register為目標存放器。例如LDRr1,=0xffLDRr0,=0xfff0000(2)ADRADR指令將基于ＰＣ的地址值或者給予存放器的地址值讀取到存放器中。在匯編編譯器處理源程序時，ADR偽指令被編譯器替換成一條適宜的指令。通常，編譯器用一條ＡＤＤ指令或者SUB指令來實現(xiàn)該偽指令的功能。如果標號超出范圍或者標號在他那個一文件〔和同一段〕內(nèi)沒有定義，那么會產(chǎn)生一個錯誤，該指令不使用文字池。語法格式ADR<register><label>其中，register為目標存放器。Label為基于PC或者存放器的地址表達式。例如Label1：MOVr0,#25ADRr2,label1(3).ltorg.ltorg偽操作用于在當前段〔一般是.Text段〕的當前地址〔字對準地址〕產(chǎn)生一個文字池。語法格式.ltorg五、實驗操作步驟1.實驗A前面的步驟重復實驗一?！?〕翻開存儲器窗口，觀察地址0x104C~0x105F的內(nèi)容，以及地址0x1060~0X1073的內(nèi)容。〔2〕單步執(zhí)行程序并觀察和記錄存放器與存儲器值的變化，注意觀察的地址中的內(nèi)容變化。當執(zhí)行STMFD、LDMFD、LDMIA和STMIA指令時，注意觀察其后面的參數(shù)所指的地址段或存放器段的內(nèi)容變化?！?〕結(jié)合實驗內(nèi)容和相關資料，觀察程序運行，通過實驗加深理解ARM指令的使用。2.實驗B〔1〕創(chuàng)立新的工程，工程名為test2.mcp。〔2〕按照參考程序，重新編寫源代碼文件，并保持為test2.s，并把它們參加工程中?！?〕按照編譯→匯編器設置→鏈接器設置→調(diào)試器設置來設置新工程，并編譯、鏈接工程?！?〕下載調(diào)試文件，翻開Memrory/Register/Watch/Variable/CallStack窗口，單步執(zhí)行程序。通過以上窗口，跟蹤程序運行，觀察分析并記錄運行結(jié)果，通過實驗學會使用ADS1.2進行應用程序的開發(fā)與調(diào)試。六、實驗參考程序1實驗A參考程序NUM EQU 20 AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART LDRR0,=SRC LDRR1,=DST MOV R2,#NUM MOVSP,#0x400BLKCOPY MOVS R3,R2,LSR#3 BEQ COPYWORDS STMFD SP!,{R4-R11}OCTCOPY LDMIA R0!,{R4-R11} STMIA R1!,{R4-R11} SUBS R3,R3,#1 BNE OCTCOPY LDMFD SP!,{R4-R11}COPYWORDS ANDS R2,R2,#7 BEQ STOPWORDCOPY LDRR3,[R0],#4 STRR3,[R1],#4 SUBSR2,R2,#1 BNEWORDCOPYSTOP B STOPSRC DCB1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,10,11,12,13DST DCB0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0END七、實驗報告〔1〕畫出程序A的實現(xiàn)框圖，并說明實驗A程序?qū)崿F(xiàn)的功能是什么？功能：將0x104c~0x109b的20個子數(shù)據(jù)復制到目標地址區(qū)0x109c~0x10eb同時先將源數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址R0和目標數(shù)據(jù)區(qū)的R1以及總的子數(shù)據(jù)個數(shù)R2，第一次次批量8個批量復制到中間的存放器R4~R11，再將中間存放器的數(shù)據(jù)批量存儲到目的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，然后進行數(shù)據(jù)復制是否完畢的判斷，假設未復制完畢，修改有關數(shù)據(jù)的地址，并重復前面的數(shù)據(jù)復制工作，再批量一次復制8個數(shù)到中間的存放器R4~R11，再將中間存放器的數(shù)據(jù)批量存儲到目的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。剩下4個進行一個字的復制，通過R3復制4次最終到目標地址區(qū)?！?〕記錄程序A和程序B單步運行時有關存放器與存儲器的值，并分析有關結(jié)果是否正確。1.第一次運行R3=22，再一次運行R3=03.最后復制完畢123456781234567810111213實驗三匯編與C語言的相互調(diào)用實驗一、實驗目的1．閱讀EmbestS3CEV40啟動代碼，觀察處理器啟動過程。2．學會使用EmbestIDE輔助信息窗口來分析判斷調(diào)試過程和結(jié)果3．學會在EmbestIDE環(huán)境中編寫、編譯與調(diào)試匯編和C語言相互調(diào)用的程序。二、實驗設備1．硬件：PC機；2．軟件：EmbestIDE2004集成開發(fā)環(huán)境。Windows98/2000/NT/XP。三、實驗內(nèi)容使用匯編完成一個隨機數(shù)產(chǎn)生函數(shù)，通過C語言調(diào)用該函數(shù)，產(chǎn)生一系列隨機數(shù)，存放到數(shù)組中。四、實驗原理1．ARM過程調(diào)用ATPCS(ARM)ATPCS是一系列規(guī)定應用程序之間相互調(diào)用的根本規(guī)那么，包括：支持數(shù)據(jù)棧限制檢查；支持只讀段位置無關〔ROPI〕；支持可讀/寫段位置無關〔RWPI〕；支持ARM程序和Thumb程序的混合使用；處理浮點運算。使用以上規(guī)定的ATPCS規(guī)那么是，應用程序必須遵守如下：程序編寫遵守ATPCS；變量傳遞以中間存放器和數(shù)據(jù)棧完成；匯編器使用-apcs開關選項。關于其他ATPCS規(guī)那么，用戶可以參考ARM處理器相關書籍或登錄ARM公司網(wǎng)站。程序只要遵守ATPCS相應規(guī)那么，就可以使用不同的源代碼來編寫程序。程序間的相互調(diào)用最主要的是解決參數(shù)傳遞問題。應用程序之間使用中間及數(shù)據(jù)棧來傳遞參數(shù)，其中，第1~4個參數(shù)使用R0~R3，多用4個參數(shù)數(shù)據(jù)棧進行傳遞。這樣，接受參數(shù)的應用程序必須知道參數(shù)的個數(shù)。但是，在應用程序被調(diào)用時，一般無從知道所傳遞參數(shù)的個數(shù)。用不同語言編寫的應用程序在調(diào)用時可以自定義傳遞的約定。使用具有一定意義的形式來傳遞，可以很好地解決參數(shù)個數(shù)的問題。常用方法是把第1個或最后1個參數(shù)作為參數(shù)個數(shù)〔包括個數(shù)本身〕傳遞給應用程序。ATPCS中存放器的相應關系如表3.1所列。表3.1ATPCS規(guī)那么中存放器列表ARM

存放器ATPCS

別名ATPCS存放器說明ARM

存放器ATPCS

別名ATPCS存放器說明R0~R3a1~a4參數(shù)/結(jié)果/scratch存放器1~4R10v7、slARM狀態(tài)局部變量存放器7，數(shù)據(jù)棧限制指針存放器R4v1局部變量存放器1R11v8ARM狀態(tài)局部變量存放器8R5v2局部變量存放器2R12ip子程序內(nèi)部調(diào)用的臨時(scratch)存放器R6v3局部變量存放器3R13sp數(shù)據(jù)棧指針存放器R7v4、wr局部變量存放器4

Thumb狀態(tài)工作存放器R14lr鏈接存放器R8v5ARM狀態(tài)局部變量存放器5R15PC程序計數(shù)器R9v6、sbARM狀態(tài)局部變量存放6

RWPI的靜態(tài)基址存放器五、實驗操作步驟1.首先先創(chuàng)立一個新的工程randomnumber.mcp。2.再把實驗中提供的程序?qū)⒃次募andtest.c、init.s、random.s和ldscript.scf參加到新的工程里面。3.按照編譯→匯編器設置→鏈接器設置→調(diào)試器設置來設置新工程，并編譯、鏈接工程。4.下載調(diào)試文件，翻開Memrory/Register/Watch/Variable/CallStack窗口，單步執(zhí)行程序。通過以上窗口，跟蹤程序運行，觀察分析并記錄運行結(jié)果，通過實驗學會使用ADS1.2進行應用程序的開發(fā)與調(diào)試。六、實驗參考程序1．randtest.c參考源代碼#include<stdio.h>externunsignedintrandomnumber(void);intmain(){ inti; intnTemp; unsignedintrandom[14]; for(i=0;i<14;i++) { nTemp=randomnumber(); random[i]=nTemp; } return(0);}2．init.s參考源代碼 AREAInit,CODE,READONLY CODE32 ENTRYSTART BReset_HandlerUndefined_Handler BUndefined_HandlerSWI_Handler BSWI_HandlerPrefetch_Handler BPrefetch_HandlerAbort_Handler BAbort_Handler NOP IRQ_Handler BIRQ_HandlerFIQ_Handler BFIQ_HandlerReset_Handler LDR SP,=0x00002000 IMPORTmain _main EXPORT_main ldrr0,=main mov