《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》課件第5章

第5章嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)5.1Cortex-A8處理器硬件電路5.2Eclipse集成開發(fā)環(huán)境5.3S5PV210驅(qū)動仿真調(diào)試實(shí)驗(yàn)5.4嵌入式Linux系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)5.5Android系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)習(xí)題

5.1Cortex-A8處理器硬件電路

S5PV210又名“蜂鳥”，是三星推出的一款適用于智能手機(jī)和平板電腦等多媒體設(shè)備的應(yīng)用處理器，S5PV210和S5PC110功能一樣，110小封裝適用于智能手機(jī)，210封裝較大，主要用于平板電腦和上網(wǎng)本，蘋果的iPad和iPhone4上的Ａ4處理器，就采用的是和S5PV210一樣的架構(gòu)(只是3D引擎和視頻解碼部分不同)，三星的GalaxyTab平板電腦上用的也是S5PV210。

5.1.1S5PV210芯片軟硬件資源

S5PV210芯片數(shù)據(jù)及圖形圖像處理能力強(qiáng)，通信接口豐富，具備以下特點(diǎn)：

(1)Cortex-Ａ8內(nèi)核，NEONTMSIMD協(xié)處理器，CPU主頻1GHz。

(2)采用45nm低功率制程，CPU典型功耗為11mW。

(3)支持1GBDDR2。

(4)0.65mm引腳間距，17ｍｍ×17ｍｍFBGA封裝。

(5)支持USBHost2.0、USBOTG2.0。

(6)4個SDIO/HS

MMC接口。

(7)支持MPEG-4/2/1、H.264/H263、VC-1、DivX的視頻編解碼1080Ｐ＠30fps(1080Ｐ是指分辨率，1920×1080像素，兩者相乘就知道約等于200萬像素，如果購買數(shù)碼攝像機(jī)，動態(tài)像素達(dá)到200萬就能拍攝出1080Ｐ的高清視頻；30fps是指屏幕的播放刷新速度為1秒30幀)。

(8)支持2D圖形加速，最大支持8000×8000分辨率。

(9)支持3D圖形加速(PowerVRSGX540)，OpenGL1.1＆2.0、OpenVG1.0。

(10)支持SD/MMC/SDIO接口存儲卡，最高支持32GB。

(11)支持JPEG硬件編解碼，最大支持65536×65536分辨率。

(12)視頻硬件編解碼，支持1080P＠30fps。

(13)HDMI、TVOUT、Camera×2。

5.1.2CVT-S5PV210教學(xué)平臺

1.CVT-S5PV210教學(xué)平臺硬件資源CVTS5PV210教學(xué)平臺硬件主要由三個部分組成：核心板、底板和邊板。

1)核心板核心板是嵌入式系統(tǒng)的最重要的組成部分，它由處理器、內(nèi)存、閃存、電源電路、時鐘電路、CPU擴(kuò)展接口組成。

(1)處理器：CVT-S5PV210教學(xué)平臺所用的CPU為三星公司的ARMCortex-Ａ8處理器S5PV210，主頻最高可達(dá)1GHｚ。

(2)內(nèi)存：本平臺采用三星公司的DDR2SDRAM芯片K4T1G164QQ，容量為1GB，它由8個Bank

組成，每個Bank對應(yīng)8Mb×16。其特點(diǎn)為低功耗、1.8Ｖ低電壓工作；支持休眠功能；BGM封裝，有效降低了PCB的面積；接口設(shè)計方便。

(3)閃存：如圖5-1所示，本平臺選用三星的NANDFlash芯片K9F8G08U0M，SLC架構(gòu)系列，1GB的存儲容量，為非易失性存儲器，其特點(diǎn)為功耗低、接口方便，易于擴(kuò)充。圖5-1NANDFlash電路圖

(4)電源電路：如圖5-2所示，核心板電源電路選用高集成度的MAXIM公司的PMU芯片MAX8698Ｃ。它具有3路DC/DC(將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓)和9路LDO電源，可實(shí)現(xiàn)電源管理的智能化和低功耗化。圖5-2核心板電源電路

(5)時鐘電路：如圖5-3所示，本系統(tǒng)核心板使用了四個無源晶振，連接到XXTI、XXTO上的24MHz提供給CPU內(nèi)核使用；連接到XUSBXTI、XUSBXXTO上的24MHz提供給USB使用；連接到XHDMIXTI、XHDMIXTO上的27MHz提供給顯示組件；連接到XRTCXTI、ＸRTCXTO上的32.768kHz

提供給實(shí)時時鐘電路使用。圖5-3時鐘電路

(6)CPU擴(kuò)展接口：用于將核心板和底板有效連接起來。采用Molex公司的0.635ｍｍ間距貼片插座，穩(wěn)定可靠，整體高度大大降低，引出CPU的所有信號線，可擴(kuò)展性高。

2)底板

底板作為CVT-S5PV210教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)常用外設(shè)的擴(kuò)展板。它依托核心板，進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展，引申出不同的外設(shè)功能，如音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)、攝像頭、Wi-Fi、指示及控制、數(shù)據(jù)采集等。

(1)底板電源：如圖5-4所示，底板采用LM2596系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，最高輸入電壓40V，最高輸出電流3A，工作頻率150kHz，轉(zhuǎn)換效率為75％～88％，正常工作溫度范圍為-40℃～+125℃，器件保護(hù)采用熱關(guān)斷及電流限制，控制方式為ＰＷＭ。圖5-4電源模塊

(2)AV視頻輸入：通過視頻解碼芯片SAA7113H實(shí)現(xiàn)，它可以輸入4路模擬視頻信號，通過內(nèi)部寄存器的不同配置可以對4路輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸入可以為4路CVBS或2路S

視頻(Y/C)信號，輸出8位VPO總線，為標(biāo)準(zhǔn)的ITU656、YUV4∶2∶2格式。

SAA7113H兼容PAL、NTSC、SECAM多種制式，可以自動檢測場頻適用的50Hｚ或60Hｚ，可以在PAL、NTSC之間自動切換。AV視頻輸入的原理圖如圖5-5所示。ｋHｚY/C圖5-5AV視頻輸入的原理圖

(3)SD/MMC：CPU共給出了四組SDIO。本電路中用SDIO0作為系統(tǒng)啟動。SDIO2為正常的SD/MMC卡接口，SDIO3為Wi-Fi的數(shù)據(jù)線。電路中，數(shù)據(jù)線都需上拉10kΩ的電阻。判斷SD/MMC是否插入通過CDN來判定。SDIO3作為Wi-Fi用，就不需要此信號進(jìn)行檢測。

SD/MMC電路原理圖如圖5-6所示。圖5-6SD/MMC電路原理圖

(4)音頻：音頻采用ＷＭ8580音頻CODEC芯片，ＷＭ8580是一款帶有S/PDIF收發(fā)器的多路音頻編碼解碼器，特別適用于DVD以及需要有環(huán)繞立體聲處理的家用高保真音響、汽車和其他視聽設(shè)備等應(yīng)用。

(5)串口：串行通信接口，按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS-232C、RS-422、RS-485、USB等。USB是近幾年發(fā)展起來的新型串行接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。

圖5-7為串行接口電路原理圖。在串行接口電路中，UART2作為調(diào)試通信口用，UART0作為外設(shè)通信口或ZigBee模塊接口，UART1作為GPS的通信口，UART3為GPRS通信口。圖5-7串行接口電路原理圖

(6)網(wǎng)絡(luò)接口：網(wǎng)絡(luò)接口采用DM9000AEP網(wǎng)絡(luò)接口芯片。DM9000系列是完全綜合的、低成本的單一快速以太網(wǎng)控制器芯片，具有通用的處理器接口。DM9000AEP采用CPU的16位數(shù)據(jù)總線XM0DATA，16位地址總線XM0ＡDDR。電路原理圖如圖5-8所示。

圖5-8網(wǎng)絡(luò)接口

(7)USBHost：USB作為串行接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，支持熱插拔、即插即用，USB1.1的最高數(shù)據(jù)傳輸率為12Mb/s，USB2.0則提高到480Mb/s。

從圖5-9可知，一個USB的D+和D-通過USBHub就可以轉(zhuǎn)換成4個USB接口。在原理圖中，每個USB接口需要一個獨(dú)立的電源供電，且在PCB布線時要布為差分線，提高USB的靈敏度。

圖5-9USBHost接口原理圖

3)邊板

邊板作為嵌入式相關(guān)接口的擴(kuò)展板，讓用戶可學(xué)習(xí)ARM+ＤSP雙處理器的方法，了解常用的控制單元如模擬電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)的控制，了解常用指示單元跑馬燈、7段數(shù)碼管、點(diǎn)陣LED等的控制，常用傳感器采集等。邊板也可選配GPS/GPRS模塊、RFID模塊。

(1)邊板電源電路設(shè)計。

邊板的大部分電路需要用到3.3V

電源，GPRS模塊需要用到4V

電源，這里采用從底板傳過來的12V

電源和5V

電源，利用DC/DC轉(zhuǎn)換芯片，分別轉(zhuǎn)換為4V

和3.3V

電源。

12V轉(zhuǎn)換為4V

電源電路如圖5-10所示，5V

轉(zhuǎn)換為3.3V

電源電路如圖5-11所示。圖5-115V

轉(zhuǎn)換為3.3V

電源電路

(2)邊板矩陣LED擴(kuò)展電路設(shè)計。

①地址譯碼電路：用于產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)、矩陣LED、7段數(shù)碼管、跑馬燈的不同的片選信號。地址譯碼電路如圖5-12所示。圖5-12地址譯碼電路

②矩陣LED控制電路如圖5-13所示。圖5-13矩陣LED控制電路

CVTS5PV210教學(xué)平臺實(shí)物圖如圖5-14所示。圖5-14CVTS5PV210教學(xué)平臺

2.CVT-S5PV210教學(xué)平臺軟件資源

1)支持GoogleAndroid2.3

(1)內(nèi)核：Linux。

(2)系統(tǒng)引導(dǎo)程序：UBoot1.3.4。

(3)交叉編譯工具：ARM2009q3。

(4)文件系統(tǒng)格式：Ramdisk、YAFFS2。

(5)GUI：GoogleAndroid2.3。

(6)軟件功能支持1080P視頻播放，F(xiàn)lashPlayerV10.3網(wǎng)頁Flash播放，SD圖形顯示，HDMI1.3高清數(shù)字輸出；支持1080P，MP3、MP4、RMVB等格式的音視頻播放，騰訊QQ、Skype即時通信，常見Android游戲，GoogleAndroid2.3其他功能。

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2)設(shè)備驅(qū)動

(1)無線Wi-Fi模塊：支持801.11b/g。

(2)無線藍(lán)牙模塊：支持藍(lán)牙通信。

(3)支持200萬像素COMS攝像頭驅(qū)動。

(4)GPS模塊：支持SIFⅢ全球定位。

(5)網(wǎng)口：10M/100M

自適應(yīng)網(wǎng)口驅(qū)動。

(6)支持HDMI輸出，同時支持圖像和聲音。.

(7)I2

S音頻接口，支持音頻播放和錄音功能。

(8)支持LTＥ480WVGA(800×480)。

(9)四線電阻式觸摸屏驅(qū)動。

(10)I2C驅(qū)動：Audio、Camera、HDMI等的I2C驅(qū)動。

(11)USBHost驅(qū)動：支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U

盤等。

(12)USBOTG驅(qū)動：支持Device功能，可與PC同步進(jìn)行資料拷貝。

(13)掃描鍵盤驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)Android常見按鍵功能。

(14)高速SD/MMC卡驅(qū)動。

(15)RTC驅(qū)動：支持實(shí)時時鐘。

(16)

MFC驅(qū)動：MultiFormatVideoCodec。

(17)UART驅(qū)動：支持串口通信。

(18)JPEG驅(qū)動：JPEGCodec。

(19)2D、3D硬件加速驅(qū)動。

5.2Eclipse集成開發(fā)環(huán)境

1)MDK-ARMMDK是專為MCU的用戶開發(fā)嵌入式軟件而設(shè)計的一套開發(fā)工具，支持ARM7、ARM9、CortexM3處理器，提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編譯工具和強(qiáng)大的調(diào)試支持。它包括根據(jù)器件定制的調(diào)試仿真支持，豐富的項(xiàng)目模板，固件示例以及為內(nèi)存優(yōu)化的RTOS庫。

2)RVDS

RVDS是ARM公司繼SDT與ADS1.2之后主推的新一代開發(fā)工具，目前有RVDS4.1標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版2種版本。RVDS是專為SoC、FPGA以及ASIC用戶開發(fā)復(fù)雜嵌入式應(yīng)用程序或者和操作系統(tǒng)平臺組件接口而設(shè)計的開發(fā)工具。RVDS支持器件設(shè)計，支持多核調(diào)試，支持基于所有ARM和Cortex系列CPU的程序開發(fā)。RVDS還可以和第三方軟件進(jìn)行很好的連接。

RVDS包含有四個模塊：

(1)IDE：RVDS中集成了EclipseIDE，用于代碼的編輯和管理；支持語句高亮和多顏色顯示，以工程的方式管理代碼，支持第三方Eclipse功能插件。

(2)RVCT：RVCT是業(yè)界最優(yōu)秀的編譯器，支持全系列的ARM和XSCALE架構(gòu)，支持匯編、C和C++。

(3)RVD：RVD是RVDS中的調(diào)試軟件，功能強(qiáng)大，支持Flash燒寫和多核調(diào)試，支持多種調(diào)試手段，快速錯誤定位。

(4)RVISS：RVISS是指令集仿真器，支持外設(shè)虛擬，可以使軟件開發(fā)和硬件開發(fā)同步進(jìn)行，同時可以分析代碼性能，加快軟件開發(fā)速度。

編譯器輸出的ELF格式的目標(biāo)文件，包含調(diào)試信息。除此之外，編譯器可以輸出所生成的匯編語言列表文件。RVDS的編譯器根據(jù)最新的ARM架構(gòu)進(jìn)行特別的優(yōu)化，針對每個ARM架構(gòu)都提供最好的代碼執(zhí)行性能和最優(yōu)的代碼密度?？梢愿鶕?jù)需要選擇調(diào)試信息級別以及不同的代碼優(yōu)化方向和優(yōu)化級別。

3)ARMDS-5

ARMDS-5從以下工具發(fā)展而來：DS-5—RVDS—ADS—SDT。目前RVDS、ADS和SDT都已經(jīng)停止更新，新項(xiàng)目推薦使用向后兼容的DS-5。

ARMDS-5基于Eclipse集成開發(fā)環(huán)境。ARMDS-5使用ARM編譯器，代碼優(yōu)化程度比GNU高30％以上。ARMDS-5配合DSTREAM仿真器、RVI仿真器、ULINKPRO仿真器、ULINKPROD仿真器進(jìn)行內(nèi)核和硬件調(diào)試。ARMDS-5配合gdbserver進(jìn)行Linux應(yīng)用調(diào)試。

4)Eclipse

Eclipse最初由OTI和IBM兩家公司的IDE產(chǎn)品開發(fā)組創(chuàng)建，起始于1999年4月。IBM提供了最初的Eclipse代碼基礎(chǔ)，目前，由IBM發(fā)起的Eclipse項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)展成為一個龐大的Eclipse聯(lián)盟，有150多家軟件公司參與到Eclipse項(xiàng)目中，其中包括Borland、RationalSoftware、RedHat、Sybase及Oracle等。

Eclipse是著名的開放源代碼、跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境。它主要由Eclipse項(xiàng)目、Eclipse工具項(xiàng)目和Eclipse技術(shù)項(xiàng)目三個項(xiàng)目組成，具體包括四個組成部分——EclipsePlatforｍ、JDT、CDT和PDE。

5)AndroidStudio工具

在GoogleI/O2013開發(fā)者大會上，谷歌隆重推出了全新的AndroidIDE(集成開發(fā)環(huán)境)——AndroidStudio。AndroidStudio基于Jetbrains公司的標(biāo)志性JavaIDE——IntelｌiJ(開發(fā)者社區(qū)開源版本)開發(fā)，該產(chǎn)品在功能和設(shè)計上別具匠心，可以讓開發(fā)者更容易地處理開發(fā)和布局設(shè)計工作。

為了簡化Android的開發(fā)力度，谷歌決定將重點(diǎn)建設(shè)AndroidStudio工具。谷歌將會全力專注于AndroidStudio編譯工具的開發(fā)和技術(shù)支持，中止為Eclipse提供官方支持，包括中止對EclipseADT插件以及AndroidAnt編譯系統(tǒng)的支持。

5.2.1Eclipse開發(fā)環(huán)境的安裝

打開光盤下的目錄，Eclipse開發(fā)環(huán)境配套軟件如表5-1所示。

1.安裝gcc編譯器

打開yagarto-bu-2.21_gcc-4.6.2-c-c++_nｌ-1.19.0_gdb-7.3.1_eabi_20111119.exe，這個工具為交叉編譯器。這里的安裝目錄需要記住，因?yàn)樵诤竺娴木幾g過程中，需要使用對應(yīng)的交叉編譯器。安裝目錄如圖5-15所示。圖5-15交叉編譯器安裝目錄

2.安裝GNUmake工具

打開yagarto-tools-20100703-Setup.exe，并安裝。

3.安裝FS-JTAG工具

FS-JTAG工具主要是用于仿真器連接目標(biāo)A8實(shí)驗(yàn)箱。打開Setup.exe。安裝過程如圖5-16所示。圖5-16JTAG調(diào)試工具安裝過程

4.安裝Java

開發(fā)包

打開jre6u7windowsi586-p-s.exe。如果電腦上已經(jīng)安裝過Java此類的工具，則不需要再次安裝。

5.安裝Eclipse

解壓05.Eclipse-cpp-helios-SR1-win32.zip壓縮包，解壓完成后，找到當(dāng)中的Eclipse.exe發(fā)送到桌面快捷方式，改名為Eclipse_c(這里的改名主要是為區(qū)別于Android高版本的Eclipse)。

打開Eclipse_c，設(shè)置過程如圖5-17所示，確定工作安裝目錄。圖5-17Eclipse工作目錄

如圖5-18所示，點(diǎn)擊最右邊的工作區(qū)按鈕，就進(jìn)入到Eclipse_c

操作主界面。圖5-18Eclipse操作主界面

6.ARM仿真器驅(qū)動的安裝

如圖5-19所示，實(shí)驗(yàn)選用Cortex-A8ARM仿真器，該款仿真器可以仿真Cortex-M3、ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-A8等多個ARM處理器系列。它是一款基于開源的OpenOcd接口的仿真器，外觀和JLINK相同，并且提供良好的交互界面，有著很全的調(diào)試功能，再加上Eclipse這樣強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，使得它同樣能成為工程師的首選。它既有USB特性，USB2.0全速接口、USB電源供電；又有JTAG特性，IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)；支持燒寫NOR/NANDFlash。圖5-19仿真器實(shí)物

如圖5-20所示，把仿真器一端接入計算機(jī)USB口，會提示發(fā)現(xiàn)新硬件，選擇從列表或指定位置安裝，然后單擊下一步。

單擊下一步會出現(xiàn)選擇驅(qū)動安裝目錄，單擊瀏覽找到DRIVER所在的目錄。選擇好，單擊確定后，會提示沒有通過微軟認(rèn)證，選擇“仍然繼續(xù)”。圖5-20仿真器驅(qū)動安裝過程

如果電腦裝的是Windows7操作系統(tǒng)，如圖5-21所示為ARM仿真器在Windows7操作系統(tǒng)下的安裝過程。

可在桌面選中“我的電腦”，點(diǎn)擊右鍵選擇屬性→硬件→設(shè)備管理器，在通用串行總線控制器目錄下選擇farsighe

JTAG、farsighe

Serial

Port的更新驅(qū)動程序選項(xiàng)。圖5-21Windows7下仿真器驅(qū)動安裝過程

5.2.2Eclipse的調(diào)試方法

1)指定一個工程存放目錄

EclipseforARM是一個標(biāo)準(zhǔn)的窗口應(yīng)用程序，可以點(diǎn)擊程序按鈕開始運(yùn)行。

2)創(chuàng)建一個工程

進(jìn)入Eclipse主界面后，單擊File→New→C

Project菜單項(xiàng)，Eclipse將打開一個標(biāo)準(zhǔn)對話框，輸入希望新建工程的名字，單擊Finish即可創(chuàng)建一個新的工程，建議對每個新建工程使用獨(dú)立的文件夾。

3)新建一個MakeFile文件

在創(chuàng)建一個新的工程后，單擊File→New→Other，在彈出的對話框中的General下單擊file，然后單擊next。選擇所要指定的工程后，在文件名選框中輸入文件名MakeFile，然后單擊Finish。

4)新建一個腳本文件

單擊File→New→Other，在彈出的對話框中的General下單擊file，然后單擊Next，然后選擇所要指定的工程后，在文件名選框中輸入文件名s5pc210.init，單擊Finish。

5)新建一個匯編源文件

單擊File→New→Other，在彈出的對話框中的General下單擊file，然后單擊Next，然后選擇所要指定的工程后，在文件名選框中輸入文件名led.s，單擊Finish。

6)編譯工程

工程建立完成后，保存文檔，編譯Project→BulitAll工程如圖5-22所示。圖5-22工程編譯結(jié)果

5.2.3Eclipse調(diào)試工程過程

(1)在Eclipse

的菜單中單擊Run→DebugConfigurations，彈出如圖5-23對話框。圖5-23調(diào)試工具配置窗口

(2)單擊ZyinEmbeddeddebug選項(xiàng)，然后右擊選擇“NEW”出現(xiàn)如圖5-24所示窗口。在Main選項(xiàng)卡中的Project框中，點(diǎn)擊Browse選擇led工程，在C/C++Application中單擊Browse找到工程目錄下的led.elf文件。圖5-24Main選項(xiàng)卡中選擇led.elf文件

(3)如圖5-25所示，在Debugger選項(xiàng)卡的Main中，找到GDBdebugger，單擊Browse，選擇前面安裝的C：\ProgramFiles\yagarto\bin\arm-none-eabi-gdb.exe(此處選擇自己的安裝目錄)，在GDBcommandfile中選擇自己工程目錄下的s5pc210.init文件。圖5-25選擇調(diào)試工具

(4)在Commands選項(xiàng)卡中輸入如圖5-26所示的調(diào)試命令。如果源程序?yàn)镃

程序，第二行則改為breakmain，或者選中如圖5-25中的Stoponstartupat：main選項(xiàng)。最后再點(diǎn)擊Apply，確保上面四處配置都修改正確。圖5-26輸入調(diào)試命令

(5)配置FA-JTAG調(diào)試工具。

FA-JTAG仿真器兩端分別連接好電腦與CVT-A8實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)箱上電運(yùn)行。先打開FA-JTAG調(diào)試工具，在Ｔarget選項(xiàng)中選擇s5pc100或者s5pc110，在WoekDirection選項(xiàng)中選擇工程目錄或者默認(rèn)C：\android路徑，單擊Connect按鈕后，該按鈕會變?yōu)镈isconnect。最后單擊Telnet按鈕(這一步可以跳過)，將會彈出Telnet窗口，顯示“OpenOn-ChipDebugger＞”，即表示已經(jīng)連上目標(biāo)板。出現(xiàn)如圖5-27所示的打印地址信息，即表示仿真器已經(jīng)與目標(biāo)實(shí)驗(yàn)箱連接成功。圖5-27FA-JTAG調(diào)試工具顯示信息

(6)通過Eclipse開啟工程調(diào)試。上面已經(jīng)點(diǎn)擊Apply按鈕后，此處點(diǎn)擊Debug按鈕開始調(diào)試運(yùn)行，等待程序編譯下載完成自動彈出提示進(jìn)入調(diào)試界面，如圖5-28所示。

程序會在斷點(diǎn)處停下，然后使用單步、stepover、stepin和全速等工具進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行程序，點(diǎn)擊全速運(yùn)行，會出現(xiàn)LED亮滅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。圖5-28Eclipse調(diào)試界面

5.3S5PV210驅(qū)動仿真調(diào)試實(shí)驗(yàn)

本節(jié)利用CVT-S5PV210教學(xué)平臺提供的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)素材，其實(shí)驗(yàn)文檔如圖5-29所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括gcd匯編程序?qū)嶒?yàn)、asm1匯編程序?qū)嶒?yàn)、C語言程序?qū)嶒?yàn)、Led跑馬燈實(shí)驗(yàn)、Seg數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)、Matrixled矩陣控制實(shí)驗(yàn)、MotorStepper步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、GpioLed控制實(shí)驗(yàn)、gpioled_s實(shí)驗(yàn)、Interrupt中斷實(shí)驗(yàn)、PWM蜂鳴器實(shí)驗(yàn)、Uart串口實(shí)驗(yàn)、KeyPad鍵盤實(shí)驗(yàn)。圖5-29實(shí)驗(yàn)文檔

5.3.1GPIO控制LED實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)熟悉Eclipse開發(fā)環(huán)境。

(2)熟悉在ARM裸機(jī)環(huán)境下的C語言編程。

(3)熟悉CVTS5PV210下，GPIO控制LED的操作。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)編寫程序，練習(xí)C語言的使用。

(2)實(shí)現(xiàn)對開發(fā)板上GpioLed的控制。

(3)代碼分別在Eclipse的Debug環(huán)境下運(yùn)行。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

(1)硬件：CVT-S5PV210嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、PC機(jī)。

(2)軟件：PC機(jī)操作系統(tǒng)WindowsXP(Win7)+Eclipse開發(fā)環(huán)境。

4.實(shí)驗(yàn)原理

GPIO，即通用I/O接口。在嵌入式系統(tǒng)中常常有數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)卻比較簡單的外部設(shè)備/電路，對這些設(shè)備/電路，有的需要CPU為之提供控制手段，有的則作為CPU的輸入信號。而且，許多這樣的設(shè)備/電路只要求一位，即只要有開/關(guān)兩種狀態(tài)就夠了。比如控制某個LED燈的亮與滅，或者通過獲取某個引腳的電平狀態(tài)來達(dá)到判斷外圍設(shè)備的狀態(tài)。對這些設(shè)備/電路的控制，使用傳統(tǒng)的串口或并口都不合適。所以在微控制器芯片上一般都會提供一個“通用可編程I/O接口”，即GPIO。

1)S5PV210的GPIO特性

(1)146個可中斷通用控制I/O。

(2)32個可控外部中斷。

(3)237個多功能復(fù)用I/O引腳。(4)142個內(nèi)存端口引腳。(5)休眠模式引腳狀態(tài)可控(除了GPH0、GPH1、GPH2和GPH3)。

2)GPIO分組及功能設(shè)定

3)GPIO常用寄存器

GPA0引腳有六個控制功能寄存器，前四個在正常模式下使用，后兩個是掉電模式用。

(1)GPA0控制寄存器。

在S5PV210中，大多數(shù)的引腳都可復(fù)用，所以必須對每個引腳進(jìn)行配置。接口控制寄存器(GPNCON)定義了每個引腳的功能，如表5-3所示。

(2)GPA0數(shù)據(jù)寄存器。

如果接口被配置成了輸入接口，可以從GPNDAT的相應(yīng)位讀出數(shù)據(jù)；如果接口被配置成了輸出接口，可以向GPNDAT的相應(yīng)位寫數(shù)據(jù)(1：高電平，0：低電平)；如果接口被配置成了其他功能引腳，則未定義的值將被讀取。表5-4所示為GPA0DAT數(shù)據(jù)寄存器。

(3)GPA0上/下拉寄存器。

表5-5所示為GPA0PUD寄存器。

圖5-30所示為上拉、下拉、高阻狀態(tài)示意圖。圖5-30上拉、下拉、高阻狀態(tài)示意圖

①上拉使能：輸出端相當(dāng)于一個推挽輸出。

輸出端上拉可以增加輸出電流的能力，當(dāng)ARM的IO端接的是OC或OD門時，如果不接上拉電阻是無法輸出高電平的，有了這個上拉寄存器，設(shè)計時該OC門就可以不接上拉電阻了。

②上拉禁止：輸出端相當(dāng)于一個OC門或OD門。

IO的輸入輸出功能與上拉功能不沖突，一般IC設(shè)計時，上拉功能是有一定電流限制的，不會造成功能異常；不需要上拉的情況較復(fù)雜，例如作為A/D輸入接口時，就不應(yīng)該上拉，以免影響實(shí)際的輸入電平；CPU低功耗睡眠狀態(tài)，上拉電阻也有可能切斷，降低功耗(這取決于不同芯片)。

(4)GPA0驅(qū)動能力控制寄存器。

當(dāng)接口需要輸出外接發(fā)光二極管等器件時，可選用此功能增大接口的驅(qū)動能力，實(shí)現(xiàn)不同驅(qū)動能力(1mA、2mA、4mA、8mA)的IO驅(qū)動。表5-6所示為GPA0ＤＲＶ寄存器。

(5)GPA0掉電模式配置寄存器(見表5-7)。

(6)GPA0掉電上/下拉寄存器(見表5-8)。

(7)GPIO中斷控制寄存器(見表5-9)。

GPIO中斷有22組，分別為GPA0、GPA1、ＧＰＢ、GPC0、GPC1、GPD0、GPD1、GPE0、GPE1、GPE0、GPE1、GPE2、GPE3、GPG0、GPG1、GPG2、GPG3、GPJ0、GPJ1、GPJ2、GPJ3和GPJ4。

5.實(shí)驗(yàn)電路

實(shí)驗(yàn)電路如圖5-31所示。從電路圖上可以看到，發(fā)光二極管LED的一端連接到了ARM的GPIOGPH3，另一端經(jīng)過一個限流電阻接電源VDD3.3V。圖5-31GPIO控制LED實(shí)驗(yàn)電路圖

當(dāng)GPIO口為低電平時，LED兩端產(chǎn)生電壓降，這時LED有電流通過并發(fā)光。反之當(dāng)GPIO為高電平時，LED將熄滅。注意亮滅之間要有一定的延時，以便人眼能夠區(qū)分出來。

GPH3配置寄存器有四個，分別是GPH3CON控制寄存器、GPH3DAT數(shù)據(jù)寄存器、GPH3PUD上/下拉寄存器、GPH3DRV驅(qū)動能力控制寄存器。

6.實(shí)驗(yàn)程序

7.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)首先打開Eclipse軟件，指定工作目錄。

(2)打開GpioLed工程，點(diǎn)擊工具欄的File，然后點(diǎn)擊Import；如圖5-32所示，點(diǎn)擊ExistingProjectintoWorkspace；再次點(diǎn)擊Browse按鈕，進(jìn)入目錄D：\Eclipse_projects\Gpi?oled\；點(diǎn)擊Finish按鈕。圖5-32打開GpioLed工程

(3)把Makefile的LDPATH和COMMON換成自己的路徑：

(4)選中工程點(diǎn)右鍵，點(diǎn)擊“BulidProject”按鈕對工程編譯，生成GpioLed.elf文件，如圖5-33所示。圖5-33編譯成功提示

(5)連接好仿真器，實(shí)驗(yàn)箱通電。打開FS-JTAG調(diào)試工具，連接成功。

(6)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察到GpioLed亮滅，流水閃亮，可以調(diào)節(jié)延遲時間實(shí)現(xiàn)快亮、慢亮。

5.3.2步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)熟悉Eclipse開發(fā)環(huán)境。

(2)熟悉在ARM裸機(jī)環(huán)境下的C語言編程。

(3)熟悉CVT-S5PV210下，步進(jìn)電機(jī)的操作。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)編寫程序，練習(xí)C語言的使用。

(2)實(shí)現(xiàn)對開發(fā)板上步進(jìn)電機(jī)的控制。

(3)代碼分別在Eclipse的Debug環(huán)境下運(yùn)行。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

(1)硬件：CVT-S5PV210嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、PC。

(2)軟件：PC機(jī)操作系統(tǒng)WindowsXP(Win7)+Eclipse開發(fā)環(huán)境。

4.實(shí)驗(yàn)原理

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。

步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一種單相或多相同步電動機(jī)。單相步進(jìn)電動機(jī)由單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進(jìn)電動機(jī)由多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。使用多相步進(jìn)電動機(jī)時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動機(jī)各項(xiàng)繞組。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度(稱為步距角)。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。

目前常用的步進(jìn)電機(jī)有三類：

(1)反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。它的結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做得相當(dāng)小，但動態(tài)性能相對較差。

(2)永磁式步進(jìn)電動機(jī)。它的出力大，動態(tài)性能好，但步距角一般比較大。

(3)混合步進(jìn)電動機(jī)。它綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動機(jī)。

1)步進(jìn)電機(jī)的工作原理

現(xiàn)以反應(yīng)式三相步進(jìn)電機(jī)為例說明其工作原理。定子鐵心上有六個形狀相同的大齒，相鄰兩個大齒之間的夾角為60°。每個大齒上都套有一個線圈，徑向相對的兩個線圈串聯(lián)起來成為一項(xiàng)繞組。各個大齒的內(nèi)表面上又有若干個均勻分布的小齒。轉(zhuǎn)子是一個圓柱形鐵心，外表面上圓周方向均勻地布滿了小齒。轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的。設(shè)計時應(yīng)使轉(zhuǎn)子齒數(shù)能被二整除。

2)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)的控制

本教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用的步進(jìn)電機(jī)為四相式步進(jìn)電機(jī)，但工作模式為兩相四拍。系統(tǒng)中采用74HC273鎖存芯片，將步進(jìn)電機(jī)的相位信號進(jìn)行鎖存，然后通過ULN2003驅(qū)動芯片，進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的電機(jī)有兩種工作模式：半步模式、整步模式。整步模式下的步距角為18°，半步模式則為9°，各模式下的脈沖信號及分配信號如圖5-34、圖5-35和表5-11、表5-12所示。圖5-34半步模式脈沖信號圖圖5-35整步模式脈沖信號圖

5.實(shí)驗(yàn)電路原理圖

由圖5-36可知，經(jīng)過74HC273鎖存后的信號輸出到ULN2003，由ULN2003芯片來驅(qū)動和控制電機(jī)。控制74HC273的片選地址為0ｘ88001000，D0～D3分別對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的MA、MB、MC、MD信號。圖5-36步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)電路原理圖

6.實(shí)驗(yàn)程序

7.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)首先打開Eclipse軟件，指定工作目錄。

(2)打開MotorStepper工程，點(diǎn)擊工具欄的File，然后點(diǎn)擊Import。然后點(diǎn)擊ExistingProjectintoWorkspace。再次點(diǎn)擊Browse按鈕。如圖5-37所示，進(jìn)入目錄D：\Eclipse_pro?jects\MotorStepper\。點(diǎn)擊Finish按鈕。成功添加工程到Eclipse中。圖5-37工程文檔目錄

(3)需要把Makefile的LDPATH和COMMON換成自己的路徑：

(4)點(diǎn)擊工程右鍵，點(diǎn)擊“BulidProject”按鈕，對工程進(jìn)行編譯，生成MotorStepper.elf文件。編譯成功提示如圖5-38所示。圖5-38編譯結(jié)果

5.3.3串口通信實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)熟悉Eclipse開發(fā)環(huán)境。

(2)熟悉在ARM裸機(jī)環(huán)境下的C

語言編程。

(3)熟悉CVT-S5PV210下串口UART的操作。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)編寫程序，練習(xí)C語言的使用。

(2)實(shí)現(xiàn)對開發(fā)板上串口的控制。

(3)代碼分別在Eclipse的Debug環(huán)境下運(yùn)行。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

(1)硬件：CVT-S5PV210嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、PC。

(2)軟件：PC機(jī)操作系統(tǒng)WindowsＸＰ(Win7)+Eclipse開發(fā)環(huán)境。

4.實(shí)驗(yàn)原理

串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器、EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成。采用的通信協(xié)議有兩類：異步協(xié)議和同步協(xié)議。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，通用的同步和異步接口芯片種類越來越多，它們的基本功能是類似的。采用這些芯片作為串行通信接口電路的核心芯片，會使電路結(jié)構(gòu)比較簡單。下面介紹異步串行通信的基本原理、串行接口的物理層標(biāo)準(zhǔn)以及串口控制器寄存器。

1)異步串行通信

異步串行通信方式是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位(例如先低位、后高位)地傳送。數(shù)據(jù)的各不同位可以分時使用同一傳輸通道，因此串行I/O可以減少信號連線，最少用一對線即可進(jìn)行。接收方對于同一根線上一連串的數(shù)字信號，首先要分割成位，再按位組成字符。為了恢復(fù)發(fā)送的信息，雙方必須協(xié)調(diào)工作。在微型計算機(jī)中大量使用異步串行I/O方式，雙方使用各自的時鐘信號，而且允許時鐘頻率有一定誤差，因此實(shí)現(xiàn)較容易。但是由于每個字符都要獨(dú)立確定起始和結(jié)束(即每個字符都要重新同步)，字符和字符間還可能有長度不定的空閑時間，因此效率較低。

圖5-39給出了異步串行通信中一個字符的傳送格式。開始前，線路處于空閑狀態(tài)，送出連續(xù)“1”。傳送開始時首先發(fā)一個“0”作為起始位，然后出現(xiàn)在通信線上的是字符的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。每個字符的數(shù)據(jù)位長可以約定為5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII編碼，后面是奇偶校驗(yàn)位。根據(jù)約定，用奇偶校驗(yàn)位將所傳字符中為“1”的位數(shù)湊成奇數(shù)個或偶數(shù)個。如果也約定不要奇偶校驗(yàn)，可取消奇偶校驗(yàn)位。最后是表示停止位的“1”信號，這個停止位可以約定持續(xù)1位、1.5位或2位的時間寬度。一個字符傳送完畢，線路進(jìn)入空閑，持續(xù)為“1”。經(jīng)過一段隨機(jī)的時間后，下一個字符開始傳送才又發(fā)出起始位。每一個數(shù)據(jù)位的寬度等于傳送波特率的倒數(shù)。異步串行通信中，常用的波特率為4800、9600、115200ｂ/ｓ等。圖5-39串行通信字符格式

2)串行接口的物理層標(biāo)準(zhǔn)

通用的串行I/O接口有許多種，現(xiàn)就最常見的兩種標(biāo)準(zhǔn)作簡單介紹。

(1)RS-232C。

圖5-40分別給出了DB-25和DB-9的引腳定義，表5-13列出了引腳的名稱以及簡要說明。

圖5-41給出了兩臺微機(jī)利用RS-232C接口通信的兩種基本連接方式。圖5-41RS-232C連線圖

(2)信號電平規(guī)定。

RS-232C規(guī)定了雙極性的信號邏輯電平，采用的是負(fù)邏輯定義：

-3V到-15V之間的電平表示邏輯“1”；

+3V到+15V之間的電平表示邏輯“0”。

以上電平標(biāo)準(zhǔn)稱為ＥＩＡ電平。

常用專門的RS232接口芯片，如SP3232、SP3220、MAX232、MC1488/1489等，在TTL電平和EIA電平之間實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。

3)實(shí)驗(yàn)使用寄存器

S5PV210芯片進(jìn)行UART通信所涉及的寄存器有：引腳配置、線控寄存器、控制寄存器、FIFO控制寄存器等。

(1)UART線控寄存器ULCONn。

表5-14列出了ULCONn各位的含義，有ULCON0、ULCON1、ULCON2、ULCON3，地址分別為0x0E90_0000、0x0E90_0400、0x0E90_0800、0x0E90_0Ｃ00。該寄存器的位6決定是否使用紅外模式，位5～位3決定校驗(yàn)方式，位2決定停止位長度，位1和位0決定每幀的數(shù)據(jù)位數(shù)。

(2)UART控制寄存器UCONn。

表5-15列出了UCONn各位的含義，有UCON0、UCON1、UCON2、UCON3，地址分別為0x0E900004、0x0E900404、0x0E900804、0x0E900Ｃ04。該寄存器對UART的工作時鐘、中斷類型、錯誤使能、工作模式等進(jìn)行了配置表。

(3)FIFO控制寄存器UFCONn。

表5-16列出了UFCONn各位的意義，有UFCON0、UFCON1、UFCON2、UFCON3，地址分別為0x0E90_0008、0x0E90_0408、0x0E90_0808、0x0E90_0Ｃ08。該寄存器用于收發(fā)緩沖的管理，包括緩沖的觸發(fā)字節(jié)數(shù)的設(shè)置、FIFO的清除和使能。

(4)MODEM控制寄存器UMCONn。

表5-17列出了UFCONn各位的意義，有UMCON0、UMCON1、UMCON2，地址分別為0xE290_000Ｃ、0xE290_040Ｃ、0xE290_080Ｃ。該寄存器用于設(shè)置流控方式。在實(shí)驗(yàn)中沒有使用流控。

(5)發(fā)送/接收狀態(tài)寄存器UTRSTATn。

表5-18列出了UTRSTATn各位的意義，寄存器可讀。有4個發(fā)送和接收寄存器UTRSTAT0、UTRSTAT1、UTRSTAT2、UTRSTAT3，地址分別為0xE290_0010、0xE290_0410、0xE290_0810、0xE290_0Ｃ10。

(6)錯誤狀態(tài)寄存器UERSTATn。

表5-19列出了UERSTATn各位的意義，寄存器可讀，它可以反映芯片當(dāng)前的錯誤類型。有4個錯誤狀態(tài)寄存器UERSTAT0、UERSTAT1、UERSTAT2、UERSTAT3，地址分別為0xE290_0014、0xE290_0414、0xE290_0814、0xE290_0Ｃ14。

(7)FIFO狀態(tài)寄存器UFSTATn。

表5-20列出了UFSTATn各位的意義，寄存器可讀，通過它讀出目前FIFO是否滿以及其中的字節(jié)數(shù)。有三個FIFO狀態(tài)寄存器UFSTAT0、UFSTAT1、UFSTAT2，地址分別為0xE290_0018、0xE290_0418、0xE290_0818。

(8)發(fā)送緩沖寄存器UTXH和接收緩沖寄存器URXH。

表5-21和表5-22列出了UTXH和URXH各位的意義。這兩個寄存器存放著發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，當(dāng)然只有一個字節(jié)8位數(shù)據(jù)。需要注意的是，在發(fā)生溢出錯誤時，接收的數(shù)據(jù)必須被讀出來，否則會引發(fā)下次溢出錯誤。發(fā)送緩沖寄存器有UTXH0、UTXH1、UTXH2、UTXH3，地址分別為0xE290_0020、0xE290_0420、0xE290_0820、0xE290_0C20，寄存器可寫。

(9)波特率分頻寄存器UBRDIVn。

表5-23列出了UBRDIVn各位的意義，該寄存器可讀寫。有四個波特率分頻寄存器UBRDIV0、UBRDIV1、UBRDIV2、UBRDIV3，地址分別為0xE290_0028、0xE290_0428、0xE290_0828、0xE290_0Ｃ28，可讀寫。

(10)UART通道波特率除數(shù)寄存器UDIVSLOTn。

表5-24列出了UDIVSLOTn各位的意義，該寄存器可讀寫。有四個波特率分頻寄存器UDIVSLOT0、UDIVSLOT1、UDIVSLOT2、UDIVSLOT3，地址分別為0xE290_002C、0xE290_042C、0xE290_082C、0xE290_0C2C。使用UDIVSLOT可以更精確地生產(chǎn)波特率。

(11)UART中斷等待寄存器UINTPn。

表5-25列出了UINTPn各位的意義，該寄存器可讀寫。有四個中斷等待寄存器UINTP0、UINTP1、UINTP2、UINTP3，地址分別為0xE290_0030、0xE290_0430、0xE290_0830、0xE290_0C30。如果以上4位中的某一位是邏輯1，則相應(yīng)UART通道產(chǎn)生中斷。

(12)UART中斷源等待寄存器UINTSPn。

表5-26列出了UINTSPn各位的意義，該寄存器可讀寫。有四個中斷源等待寄存器UINTSPn、UINTSP1、UINTSP2、UINTSP3，地址分別為0xE290_0034、0xE290_0434、0xE290_0834、0xE290_0Ｃ34。中斷源等待寄存器包含產(chǎn)生的中斷信息，不論中斷屏蔽寄存器的值為多少。

(13)UART中斷屏蔽寄存器UINTMn。

表5-27列出了UINTMn各位的意義，該寄存器可讀寫。有四個中斷屏蔽寄存器UINTM0、UINTM1、UINTM2、UINTM3，地址分別為0xE290_0038、0xE290_0438、0xE290_0838、0xE290_0Ｃ38。

中斷屏蔽寄存器包含那些中斷源被屏蔽的信息。如果一個特定的位被設(shè)置為1，中斷控制器將不產(chǎn)生中斷請求信號，即使相應(yīng)的中斷產(chǎn)生了。即使在這種情況下，所對應(yīng)的位UINTSPn寄存器也被設(shè)置為1。如果屏蔽位是0，則對相應(yīng)中斷源的中斷請求提供服務(wù)。如圖5-42所示為三種中斷寄存器之間的關(guān)系。圖5-42三種中斷寄存器之間的關(guān)系

5.實(shí)驗(yàn)說明

串口在嵌入式系統(tǒng)中是一個重要的資源，常用作輸入輸出設(shè)備，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中將使用串口的功能。串口的基本操作有三個：串口初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，這些操作都是通過訪問上面所述的串口控制寄存器進(jìn)行，下面將分別說明。

端口配置寄存器設(shè)置參見表5-3，此處利用GPA0［1：0］引腳設(shè)置為UART_2_TXD、UART_2_RXD功能。實(shí)驗(yàn)相應(yīng)寄存器參照UART2的各類寄存器設(shè)置。

串行接口電路原理圖如圖5-7所示。UART2作為調(diào)試通信口用。UART0作為外設(shè)通信口或ZigBee模塊接口，UART1作為GPS的通信口，UART3為GPRS通信口。

(1)實(shí)驗(yàn)Main.c程序如下：

(2)Uart.c如下：

6.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)首先打開Eclipse軟件，指定工作目錄。

(2)打開Uart工程，點(diǎn)擊工具欄的File，然后點(diǎn)擊Import；點(diǎn)擊ExistingProjectintoWorkspace；再點(diǎn)擊Browse按鈕，進(jìn)入目錄D：\Eclipse_projects\Uart\；點(diǎn)擊Finish按鈕，成功添加工程到Eclipse中。

(3)編寫串口操作函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下功能：循環(huán)接收串口送來的數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。

(4)需要把Makefile的LDPATH和COMMON換成自己的路徑：

(5)編譯UART，生成uart.elf文件，如圖5-43所示。圖5-43程序工作目錄和編譯結(jié)果

(6)將計算機(jī)的串口接到開發(fā)板的UART0上。

(7)連接好仿真器，實(shí)驗(yàn)箱通電。打開FS-JTAG調(diào)試工具，連接成功。設(shè)置DebugConfigurations。執(zhí)行Debug后，Eclipse進(jìn)入Debug調(diào)試界面，可以看到程序停在main()的位置。調(diào)試模式成功，全速運(yùn)行。

(8)運(yùn)行超級終端，選擇正確的串口號，并將串口設(shè)置為：波特率(115200)、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位數(shù)(8)和停止位數(shù)(1)，無流控，打開串口。

(9)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

運(yùn)行程序，在超級終端中鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，將回顯到串口超級終端上，如圖5-44所示。圖5-44超級終端上顯示結(jié)果

5.4嵌入式Linux系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

嵌入式Linux的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有信息家電、PDA、機(jī)頂盒、智能手機(jī)、觸摸屏、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、集線器、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器、ATM取款機(jī)、遠(yuǎn)程通信、醫(yī)療電子、交通運(yùn)輸計算機(jī)外設(shè)、工業(yè)控制、航空航天領(lǐng)域等。

嵌入式Linux的優(yōu)勢具體如下：

(1)Linux是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持；

(2)Linux的內(nèi)核小、效率高，內(nèi)核的更新速度很快，Linux是可以定制的，其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約134KB。

(3)Linux是免費(fèi)的OS，在價格上極具競爭力。

(4)Linux還有著嵌入式操作系統(tǒng)所需要的很多特色，突出的就是Linux適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持二、三十種CPU。而且性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。很多CPU包括家電業(yè)芯片，都開始做Linux的平臺移植工作。移植的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Java的開發(fā)環(huán)境。也就是說，如果今天用Linux環(huán)境開發(fā)產(chǎn)品，那么將來更換CPU就不會遇到困擾。

(5)Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，Linux對網(wǎng)絡(luò)中最常用的TCP/IP協(xié)議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡(luò)以及無線網(wǎng)絡(luò)、Tokerring(令牌環(huán)網(wǎng))、光纖甚至衛(wèi)星的支持。所以Linux很適于做信息家電的開發(fā)。

(6)使用Linux來開發(fā)無線連接產(chǎn)品的開發(fā)者越來越多。Linux在快速增長的無線連接應(yīng)用主場中有一個非常重要的優(yōu)勢，就是有足夠快的開發(fā)速度。這是因?yàn)長inux有很多工具，并且Linux為眾多程序員所熟悉。

5.4.1BootLoader實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解BootLoader在嵌入式系統(tǒng)中的作用。

(2)熟悉UbuntuLinux主機(jī)環(huán)境。(2)熟悉U-Boot編譯方法，掌握U-Boot的基本功能、操作。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)學(xué)習(xí)UBoot的基礎(chǔ)知識和常用命令，并按照實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)踐UBoot的用法。

(2)編譯引導(dǎo)Linux系統(tǒng)的BootLoader。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

(1)硬件：CVT-A8系列實(shí)驗(yàn)箱，電腦(帶串口)。

(2)軟件：PC機(jī)操作系統(tǒng)、Ubuntu系統(tǒng)環(huán)境。

4.實(shí)驗(yàn)原理

1)BootLoader的概念回憶一下PC的體系結(jié)構(gòu)可知，PC機(jī)中的引導(dǎo)加載程序由BIOS(其本質(zhì)就是一段固件程序)和位于硬盤MBR中的引導(dǎo)程序一起組成。BIOS在完成硬件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的引導(dǎo)程序讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權(quán)交給引導(dǎo)程序。引導(dǎo)程序的主要運(yùn)行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。

簡單地說，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。對于一個嵌入式系統(tǒng)來說，可能有的包括操作系統(tǒng)，有的小型系統(tǒng)也可能只包括應(yīng)用程序，但是在這之前都需要Boot

Loader為它準(zhǔn)備一個正確的環(huán)境。通常，BootLoader是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式領(lǐng)域，為嵌入式系統(tǒng)建立一個通用的BootLoader是很困難的。當(dāng)然，我們可以歸納出一些通用的概念來，以便我們了解特定BootLoader的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

(1)BootLoader的移植和修改。

每種不同的CPU體系結(jié)構(gòu)都有不同的BootLoader。除了依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)外，BootLoader實(shí)際上也依賴于具體的嵌入式板級設(shè)備的配置，比如板卡的硬件地址分配，RAM芯片的類型，其他外設(shè)的類型等。對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是基于同一種CPU而構(gòu)建的，如果他們的硬件資源和配置不一致的話，要想讓運(yùn)行在一塊板子上的BootLoader程序也能運(yùn)行在另一塊板子上，也還是需要作一些必要的修改。

(2)BootLoader的安裝。

系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的CPU通常都從CPU制造商預(yù)先安排的地址上取指令。比如，S3C2410Ｘ在復(fù)位時都從地址0ｘ00000000取它的第一條指令。而嵌入式系統(tǒng)通常都有某種類型的固態(tài)存儲設(shè)備(比如：ROM、E2PROM或Flash等)被安排在這個起始地址上，因此在系統(tǒng)加電后，CPU將首先執(zhí)行BootLoader程序。也就是說對于基于S3C2410Ｘ的這套系統(tǒng)，我們的BootLoader是從0地址開始存放的，而這塊起始地址需要采用可引導(dǎo)的固態(tài)存儲設(shè)備如Flash。

(3)用來控制BootLoader的設(shè)備或機(jī)制。

串口通信是最簡單也是最廉價的一種雙機(jī)通信設(shè)備，所以往往在BootLoader中主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間都通過串口建立連接，BootLoader程序在執(zhí)行時通常會通過串口來進(jìn)行I/O，比如：輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符等。當(dāng)然如果認(rèn)為串口通信速度不夠，也可以采用網(wǎng)絡(luò)或者USB通信，那么相應(yīng)的在BootLoader中就需要編寫各自的驅(qū)動。

(4)BootLoader的啟動過程。

多階段的BootLoader能提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性。從固態(tài)存儲設(shè)備上啟動的BootLoader大多都是2階段的啟動過程，即啟動過程可以分為stage1和stage2兩部分，具體功能將在下一節(jié)介紹。

(5)BootLoader的操作模式。

大多數(shù)BootLoader都包含兩種不同的操作模式：啟動加載模式和下載模式，這種區(qū)別僅對于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看，BootLoader的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載工作模式的區(qū)別。

啟動加載模式：這種模式也稱為＂自主＂模式，即BootLoader從目標(biāo)機(jī)上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行，整個過程并沒有用戶的介入。這種模式是BootLoader的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時候，BootLoader顯然必須工作在這種模式下。

(6)BootLoader與主機(jī)之間進(jìn)行文件傳輸所用的通信設(shè)備及協(xié)議。

最常見的情況就是，目標(biāo)機(jī)上的BootLoader通過串口與主機(jī)之間進(jìn)行文件傳輸，傳輸可以簡單的采用直接數(shù)據(jù)收發(fā)，當(dāng)然在串口上也可以采用xmodem/ymodem/zmodem協(xié)議以及在以太網(wǎng)上采用TFTP協(xié)議。

(7)通常一個嵌入式BootLoader提供以下特征：

①初始化硬件，尤其是內(nèi)存控制器。

②提供Linux內(nèi)核的啟動參數(shù)。

③啟動Linux內(nèi)核。

此外，大多數(shù)BootLoader也提供簡化開發(fā)過程的特征，具體如下：

①讀寫存儲器。

②通過串口或者以太網(wǎng)口上載新的二進(jìn)制映像文件到目標(biāo)板的RAM。

③從RAM中拷貝二進(jìn)制映像文件到FLASH存儲器中。

2)U-Boot簡介

U-Boot，全稱UniversalBootLoader，是遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目。從ＦADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步發(fā)展演化而來。U-Boot是開放源碼的，支持多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，如Linux、NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS；支持多個處理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，高度靈活的功能設(shè)置，適合U-Boot調(diào)試、操作系統(tǒng)不同引導(dǎo)要求、產(chǎn)品發(fā)布；具有豐富的設(shè)備驅(qū)動源碼，如串口、以太網(wǎng)、SDRAM、Flash、LCD、NVRAM、E2PROM、RTC、鍵盤等；具有較為豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。

U-Boot的源碼目錄、編譯形式與Linux內(nèi)核很相似，事實(shí)上，不少U-Boot源碼就是相應(yīng)的Linux內(nèi)核源程序的簡化，尤其是一些設(shè)備的驅(qū)動程序，U-Boot源碼的注釋中能體現(xiàn)這一點(diǎn)。U-Boot的用戶接口類似于Linux的shelｌ界面，通過串口連接以后，用戶可以交互式輸入命令和看到結(jié)果。U-Boot的啟動界面如圖5-45所示。圖5-45UBoot的啟動界面

3)U-Boot環(huán)境變量

U-Boot環(huán)境被保存于非易失性存儲器(如Flash)的一段區(qū)域，當(dāng)U-Boot啟動的時候被拷貝到RAM。它用于保存配置系統(tǒng)的環(huán)境變量。U-boot環(huán)境采用CRC32校驗(yàn)和保護(hù)。本節(jié)列舉了大多數(shù)重要的環(huán)境變量。

用戶可以使用以下這些變量配置U-Boot：

(1)baudrate：控制臺波特率的十進(jìn)制數(shù)值。當(dāng)使用“setenvbaudrate...”命令改變波特率時，U-Boot將切換控制臺終端的波特率并在進(jìn)入新的速度設(shè)置后等待一個換行符。如果失敗，將不得不復(fù)位目標(biāo)板(由于沒有保存新的設(shè)置，因此系統(tǒng)將保持老的波特率)，如果沒有“baudrate”變量被定義，缺省的波特率是115200。

(2)bootcmd：改變量定義一個命令字符串，當(dāng)初始化倒數(shù)計時沒有被中斷時，該字符串將被自動執(zhí)行。該命令僅僅在bootdelay也被定義時被執(zhí)行。

(3)bootdelay：系統(tǒng)復(fù)位后，在執(zhí)行bootcmd變量的內(nèi)容前，UBoot將等待bootdelay秒。在這段時間，將顯示倒計時，可以通過按下任意鍵中斷bootcmd的運(yùn)行。如果希望不作任何延時請設(shè)置該變量為0。

(4)ethaddr：第一個以太網(wǎng)接口的以太網(wǎng)MAC地址(Linux中的eth0)。該變量只能被

設(shè)置一次，U-Boot拒絕在設(shè)置后輸出或者覆蓋該變量。

(5)ipaddr：本機(jī)IP地址，tftp命令使用。

(6)serverip：TFTP服務(wù)器IP地址，tftp命令需要。

(7)bootlinux：從flash引導(dǎo)Linux系統(tǒng)啟動。

(8)bootandroid：從flash引導(dǎo)Android系統(tǒng)啟動。

(9)loadlinuxramdisk：從網(wǎng)絡(luò)TFTP服務(wù)器下載內(nèi)核、RamDisk文件系統(tǒng)到內(nèi)存中，并且運(yùn)行下載的Linux系統(tǒng)。

(10)burnlinuxzImage：燒寫sd卡中的zImge文件到Flash中的Kernel區(qū)。

5.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)把PC電腦的串口連接到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的串口2。

(2)打開超級終端(Windows系統(tǒng)自帶的超級終端也行)，按照提示選擇115200波特率、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗(yàn)。

(3)實(shí)驗(yàn)箱通電，可以看到超級終端顯示如圖5-46所示。圖5-46超級終端顯示界面

(4)在“Hitanykeytostopautboot：1”倒數(shù)到0之前，點(diǎn)擊鍵盤的任意按鍵，進(jìn)入UBoot命令行狀態(tài)。

(5)U-Boot基本命令實(shí)驗(yàn)。如圖5-47及圖5-48所示，分別在U-Boot中輸入如下命令，并觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖5-47打印目標(biāo)板配置信息界面圖5-48打印目標(biāo)板環(huán)境變量信息界面

(6)tftp程序下載和引導(dǎo)操作實(shí)驗(yàn)。

首先打開tftp服務(wù)器，指定下載文件的目錄。

tftp服務(wù)器準(zhǔn)備完成后，用網(wǎng)線連接PC與實(shí)驗(yàn)箱的網(wǎng)口，在超級終端中輸入命令：

(7)U-Boot