ARM9基础实验教程（S3C2410）.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：4.24M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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第一章嵌入式系统

1.1 嵌入式系统概念

1.2 嵌入式系统组成

1.3 嵌入式系统发展

1.4 嵌入式系统应用前景

第二章 ARM9体系结构

2.1 ARM 简介

2.1.1 ARM

2.1.2 ARM内核

2.2 ARM微处理器架构

2.1.1 RISC体系结构

2.1.2 ARM寄存器结构

2.1.3 ARM指令结构

2.3 寄存器组织

2.3.1 ARM状态

2.3.2 Thumb状态

2.3.3 程序状态寄存器

2.4 异常

2.4.1 ARM体系的异常类型

2.4.2 对异常的响应

2.4.3 从异常返回

2.4.4 各类异常描述

2.4.5 异常进入/退出小节

2.4.6 异常向量

2.4.7 异常优先级

2.4.8 程序中的异常处理

2.5 ARM 微处理器的选型

2.5.1 ARM选型原则

2.5.2 ARM920T

第三章 ARM9-2410EP开发板说明

3.1 系统概述

3.2 电路说明

3.2.1 系统供电

3.2.2 系统配置

3.3 FLASH芯片的烧录

3.3.1 硬件环境

3.3.2 芯片烧录

第四章 ADS开发与Multi-ICE仿真器应用

4.1 ADS集成开发环境介绍

4.1.1 命令行开发工具

4.1.2 ARM运行库

4.1.3 CodeWarrior开发环境

4.1.4 ADS调试器

4.1.5 实用程序

4.2 使用ADS创建工程

4.2.1 建立工程

4.2.2 配置生成目标

4.2.3 编译连接工程

4.3 工程的调试

4.3.1 调试工具条

4.4 Multi-ICE仿真器及超级终端

4.4.1 仿真器的连接

4.4.2 Multi-ICE仿真器使用

4.4.3 超级终端的使用

第五章嵌入式开发基础实验

实验1 汇编指令实验1

实验2 汇编指令实验2

实验3 C语言程序实验1

实验4 C语言程序实验2

第六章基本实验

实验1 无仿真器程序下载运行实验

实验2 I/O接口实验

实验3 串口通信实验

实验4 实时时钟实验

实验5 IIC实验1 -EEPROM实验

实验6 IIC实验2-基于IIC数码管扫描电路

实验7 看门狗实验

实验8 触摸屏控制实验

实验9 I/O实验-8*8发光二极管点阵实验

实验10 A/D转换实验

实验11 D/A转换实验

实验12 音频接口IIS实验

实验13 键盘中断实验

实验14 Super I/O串口实验

实验15 Super I/O键盘实验

实验16 网络通信实验

实验17 Program Flash实验

第七章扩展实验

实验1 GPS实验

实验2 GPRS实验

目录第一章嵌入式系统 ....................................................... 1 1.1 嵌入式系统的概念 ........................................................................................................1 1.2 嵌入式系统的组成 ........................................................................................................2 1.3 嵌入式系统的发展 ........................................................................................................3 1.4 嵌入式系统的应用前景 ................................................................................................4 第二章 ARM9 体系结构 ................................................... 5 2.1 ARM 简介.......................................................................................................................5 2.2 ARM 微处理器结构.......................................................................................................9 2.3 寄存器组织 ..................................................................................................................10 2.4 异常（EXCEPTIONS） ...............................................................................................15 2.5 ARM 微处理器的应用选型.........................................................................................20 第三章 ARM9-2410EP 开发板说明......................................... 22 3.1 系统概述......................................................................................................................22 3.2 电路说明......................................................................................................................25 3.3 FLASH 芯片的烧录 .....................................................................................................34 第四章 ADS 开发及 MULTI-ICE 仿真器应用 ................................ 42 4.1 ADS 集成开发环境组成介绍 ......................................................................................42 4.2 使用 ADS 创建工程 ....................................................................................................47 4.3 工程的调试 ..................................................................................................................53 4.4 MULTI-ICE 仿真器及超级终端....................................................................................54 第五章嵌入式开发基础实验 .............................................. 60 实验一汇编指令实验 1 ....................................................................................................60 实验二汇编指令实验 2 ....................................................................................................63 实验三 C 语言程序实验 1.................................................................................................65 实验四 C 语言程序实验 2.................................................................................................68 第六章基本实验 ........................................................ 70 实验一无仿真器程序下载运行实验 ...............................................................................70 实验二 I/O 接口实验.........................................................................................................77 实验三串口通讯实验 .......................................................................................................82 实验四实时时钟实验 .......................................................................................................92 实验五 I²C 实验 1—EEPROM 实验.................................................................................97 实验六 I²C 实验 2—基于 I²C 数码管扫描电路.............................................................102 实验七 WATCHDOG 实验..............................................................................................107 实验八触摸屏控制实验 ................................................................................................. 111 实验九 I/O 实验——8×8 发光二极管点阵试验............................................................118 实验十 A/D 转换实验 .....................................................................................................121 实验十一 D/A 转换实验 .................................................................................................127 实验十二音频接口 I2S 实验 ..........................................................................................131 -----I-----

实验十三键盘中断实验 .................................................................................................141 实验十四 SUPER I/O 串口实验......................................................................................149 实验十五 SUPER I/O 键盘实验......................................................................................155 实验十六网络通信实验 .................................................................................................161 实验十七 PROGRAM FLASH 实验...............................................................................165 第七章扩展实验 ....................................................... 183 实验一 GPS 实验.............................................................................................................183 实验二 GPRS 实验 ..........................................................................................................187 -----II-----

嵌入式系统教学平台实验教材第一章嵌入式系统嵌入式系统（Embedded System）在于结合微处理器或微控制器的系统电路与其专用的软件，来达到系统运作效率成本的最优化。今天凡移动电话、手表、电视机、电子游戏机、 PDA、冰箱等家用电器和通信产品乃至于电动交通工具的控制核心无不与嵌入式系统息息相关。而在后 PC 时代，家电、玩具、汽车、新一代手机、数码产品、先进的医疗设备乃至于即将到来的智能型房屋、智能型办公室、与其它跟电相关的器材设备更是缺少不了嵌入式系统的这个核心技术。 1.1 嵌入式系统的概念根据 IEEE 的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体。不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内一个普遍被认同的定义是：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、功耗严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。在明确了嵌入式系统定义基础上，我们可从以下几方面来理解嵌入式系统： 1．嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 2．嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 3．嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 4．嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。实际上，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统。 -----1-----

嵌入式系统教学平台实验教材 1.2 嵌入式系统的组成嵌入式系统是计算机软件和硬件的综合体，可涵盖机械或其他的附属装置。所以嵌入式系统可以笼统地分为硬件和软件两部分。嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件（由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里我们对其不加区分，这也是嵌入式系统和通用 PC 系统的最大区别）。如图 1.1. 输入软件处理器存储器输出图 1.1 嵌入式系统组成嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和 I/O 端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用 EPROM、EEPROM 或闪存（Flash Memory）作为存储介质。从硬件方面来讲，各式各样的嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从 64kB 到 16MB，处理速度最快可以达到 2000MIPS，封装从 8 个引脚到 144 个引脚不等。根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面几类： 1．嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit，EMPU）嵌入式微处理器采用“增强型”通用微处理器。根据实际要求，将嵌入式微处理器装配在专门设计的主板上，只保留和嵌入式应用有关的主板功能。由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说的单板机系统。 2．嵌入式微控制器（Microcontroller Unit，MCU）嵌入式微控制器又称单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，根据某些典型的应用，在芯片内部集成了 ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM 等各种必要功能部件和外设。为适应不同的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制。 3．嵌入式 DSP 处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP） DSP 处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上 DSP 获得了大规模的应用。 4．嵌入式片上系统（System On Chip，SOC） SOC 追求产品系统最大包容的集成器件，SOC 最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。绝大部分系统构件都是在系统内部，减 -----2-----

嵌入式系统教学平台实验教材小了系统的体积和功耗，提高了系统的可靠性和设计生产效率。嵌入式处理器与通用型处理器最大的不同是嵌入式处理器大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有功耗低、体积小、集成度高等特点，能够把通用处理器中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，和网络的耦合也越来越紧密。嵌入式系统的软件部分包括操作系统和应用软件。应用软件决定了系统的运作和行为；而操作系统控制着应用软件与系统硬件的交互。多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，这也是嵌入式系统和通用 PC 系统的主要区别之一。 1.3 嵌入式系统的发展嵌入式系统的出现至今已经有 30 多年的历史了，嵌入式技术也历经了几个发展阶段。进入 90 年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与 Internet 的应用迅速普及，消费电子（Consumptive electron），计算机，通信（Communication），3C 一体化趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热点。综观嵌入式技术的发展，大致经历了 4 个阶段： 1．第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。 2．第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：CPU 种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。 3．第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。 4．第四阶段是以基于 Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于 Internet 之外，但随着 Internet 的发展以及 Internet 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与 Internet 的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。早期的嵌入式系统只是为了实现某些特定功能，使用一个循环控制对外界的请求进行处理。不可否认，这对于简单的系统而言是足够的，但是当我们的系统变得日渐复杂庞大的时候，如果我要增添一项功能的时候，很可能不得不重新进行系统的设计，这无疑会增加开发的成本和系统复杂度。使用这种方式开发规模较大、功能复杂的嵌入式系统是不可想象的。20 世纪 80 年代初期嵌入式操作系统的出现使得快速便捷地开发规模较大的嵌入式系统成为现实，自这一时期开始就出现了各种各样的商用嵌入式操作系统，从而形成了目前多种形式的商用嵌入式操作系统百家争鸣的局面。基于嵌入式操作系统之上的系统才能够真正符合嵌入式系统定义中的软件可裁剪、功能的可扩展、高可靠性等特征。区别于嵌入式系统，我们将不使用嵌入式操作系统的基于 MCU（微控制器）、MPU（微处理器）和 DSP 的循环控制系统称之为前后台系统。 -----3-----

嵌入式系统教学平台实验教材 1.4 嵌入式系统的应用前景后 PC 时代是一个真实的阶段，而且是一个可以预测的时代。嵌入式系统就是与这一时代紧密相关的产物，它将拉近人与计算机的距离，形成一个人机和谐的工作与生活环境。从某一个角度来看，嵌入式系统可应用于人类工作与生活的各个领域，具有极其广阔的应用前景。嵌入式系统在应用数量上远远超过了各种通用计算机系统，一台通用计算机的外部设备中就包含了 5-10 个微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB 集线器等均是由嵌入式系统控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。纵观嵌入式系统的发展过程，可以看出嵌入式系统由简单的无操作系统的循环控制程序向具有强大功能的基于操作系统的方向发展，从独立的系统向基于网络的系统发展。进入 90 年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与 Internet 的应用迅速普及，消费电子、计算机、通信（3C）一体化趋势日趋明显，嵌入式技术已再次成为一个研究热点。未来几年，个人计算机将会延伸到各种大小型智能设备中，各种信息借助于网络形成连接为一个整体。要达到这样的目标非嵌入式系统不可，同时这也是我们对嵌入式系统的展望。图 1.1 嵌入式系统应用 -----4-----

嵌入式系统教学平台实验教材第二章 ARM9 体系结构 2.1 ARM 简介 2.1.1 ARM ARM 的全称是 Advanced RISC Machine，这个公司不生产芯片也不销售芯片，它只是出售芯片技术授权。ARM 技术 IP 核的微处理器遍及汽车、消费电子、成像、工业控制、海量存储、网络、安保和无线等各类产品市场。目前世界上前 5 大半导体公司全部使用了 ARM 的技术授权，而前 10 大半导体公司有 9 家，前 25 大半导体公司中有 23 家采用了 ARM 的技术授权。它借助于拥有的强大技术优势，在世界范围内与许多业界领先的半导体厂商和芯片设计中心、实时操作系统软件开发商、应用软件公司、电子设计自动化（EDA）工具供应商和系统公司建立合作关系，其中包括世界顶级的厂商 Intel、NS、TI、Apple、 Motorola、Mitsubishi、SUN、Lucent、Sanyo、Altera、Triscend、Agilent、Toshiba、Fujitsu、 Sharp、ST、3COM、OKI、YAMAHA、Atmel、Rohm、Rockwell、Philips、Lucent、Samsung、 Hyundai、Sony 和 Alcatel 等 56 家公司。由此可见 ARM 技术具有不可抗拒的魅力，1999 年采用 ARM IP 核的芯片出货量就达 1.8 亿片，占 RISC 市场份额 57.8%；2000 年采用 ARM IP 核的芯片出货量更是增长到 4 亿片，RISC 市场份额上升到 74.3%，同期 MIPS 芯片占 11.3%，Power PC 芯片占 3.4%。到目前为止，ARM 微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域： 1．工业控制领域：作为 32 位的 RISC 架构，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位/16 位微控制器提出了挑战。 2．无线通讯领域：目前已有超过 85%的无线通讯设备采用了 ARM 技术， ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3．网络应用：随着宽带技术的推广，采用 ARM 技术的 ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对 DSP 的应用领域提出了挑战。 4．消费类电子产品：ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5．成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技术。手机中的 32 位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技术。除此以外，ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。 ARM 微处理器采用 RISC 架构，一般具有如下特点：体积小、低功耗、低成本、高性能；支持 Thumb（16 位）/ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。 -----5-----

嵌入式系统教学平台实验教材 2.1.2 ARM 的内核简介 ARM 内核结构芯片具有 RISC 体系的一般特点：具有大量寄存器绝大多数操作都是在寄存器中进行，寄存器与内存打交道的唯一是通过 Load/Store 的体系结构在内存和寄存器之间传递数据寻址方式简单采用固定长度的指令 ARM 微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于 ARM 体系结构的处理器，除了具有 ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。 ARM7 系列 ARM9 系列 ARM9E 系列 ARM10E 系列 SecurCore 系列 Intel 的 Xscale Intel 的 StrongARM 其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和 ARM10 为 4 个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore 系列专门为安全要求较高的应用而设计。以下我们来详细了解一下各种处理器的特点及应用领域。 1．ARM7 微处理器系列 ARM7 系列微处理器为低功耗的 32 位 RISC 处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7 微处理器系列具有如下特点：具有嵌入式 ICE－RT 逻辑，调试开发方便。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。能够提供 0.9MIPS/MHz 的三级流水线结构。代码密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。对操作系统的支持广泛，包括 Windows CE、Linux、Palm OS 等。指令系统与 ARM9 系列、ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容，便于用户的产品升级换代。主频最高可达 130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。 ARM7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核： ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI 是目前使用最广泛的 32 位嵌入式 RISC 处理器，属低端 ARM 处理器核。 2．ARM9 微处理器系列 ARM9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点： 5 级整数流水线，指令执行效率更高。提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛结构。支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。支持 32 位的高速 AMBA 总线接口。全性能的 MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS 等多种主流嵌入式操作系 -----6-----

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