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《ARM原理及应用》实验指导书

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实验一 μC/OS-II 任务创建

实验目的：

通过查看任务创建的源代码了解任务创建的过程及与系统的关系；掌握 μC/OS—II 任务 创建的方法；了解基于任务的系统设计方法.

实验原理：

任务可以是一个无限的循环，也可以是在一次执行完毕后被删除掉。这里要注意的是, 任务代码并不是被真正的删除了，而只是 μC/OS—II 不再理会该任务代码，所以该任务代码 不会再运行.任务看起来与任何 C 函数一样，具有一个返回类型和一个参数，只是它从不 返回.任务的返回类型必须被定义成 void 型.
μC/OS-II 可以管理多达 64 个任务,并从中保留了四个最高优先级和四个最低优先级的 任务供自己使用，所以用户可以使用的只有 56 个任务。任务的优先级越高，反映优先级的 值则越低。在最新的 μC/OS-II 版本中，任务的优先级数也可作为任务的标识符使用。
想让 μC/OS-II 管理用户的任务，用户必须要先建立任务。用户可以通过传递任务地址 和其它参数到以下两个函数之一来建立任务：OSTaskCreate（） 或 OSTaskCreateExt() . OSTaskCreate(）与 μC/OS-II 是向下兼容的，OSTaskCreateExt()是 OSTaskCreate（)的扩展版本, 提供了一些附加的功能.用两个函数中的任何一个都可以建立任务。任务可以在多任务调度 开始前建立，也可以在其它任务的执行过程中被建立。在开始多任务调度（即调用 OSStart()） 前，用户必须建立至少一个任务。任务不能由中断服务程序（ISR）来建立。

开发板部分引脚配置图：

设备
对应引脚
LED1
P1。16
LED2
P1.17
LED3
P1.18
LED4
P1.19
LED5
P1.20
LED6
P1.21
LED7
P1。22
LED8
P1。23
按键
P0.16
蜂鸣器
P1.25

实验步骤：

1、按照概述中“IAR Embedded Workbench 使用"打开位于 D：\pxa270\实验程序\实验 一\Ex1 的工程文件.
2、在 Workspace 一栏中打开 app。c 文件，从文件中学习任务产生的方法和任务应用的 方法。
3、建立一个任务,使用LED_Toggle()函数，定时对LED D3进行控制。
4、编译工程后，通过概述中的“μC/OS-II 实验烧写说明”,下载修改后的程序。
5、通过通过LED闪烁情况检验任务建立的正确性.
6、使用如下图的功能，查找 OSTaskCreate 函数，通过源代码深入了解任务产生的过程。

思考题：

1、建立任务的过程包括那些步骤。

2、系统对任务产生需要那些初始化和设置.

3、通过查看源代码，找出以下变量的是怎样定义的,并对其进行简单的意义说明。
OS_STK，OSTCBPrioTbl，OS_TCB,OSTCBFreeList，OSTCBList，OSRdyGrp,
OSRdyTbl

实验二 μC/OS—II 同步与通信

实验目的：

通过查看信号量创建和邮箱创建的源代码,了解信号量创建的过程及与系统的关系；掌 握 μC/OS—II 信号量创建和邮箱创建的方法；了解并使用信号量和邮箱对任务进行同步和通 信。

实验原理：

在 μC/OS-II 中，有多种方法可以保护任务之间的共享数据和提供任务之间的通讯： 一是利用宏 OS_ENTER_CRITICAL(）和 OS_EXIT_CRITICAL()来关闭中断和打开中断。
当两个任务或者一个任务和一个中断服务子程序共享某些数据时,可以采用这种方法。 二是利用函数 OSSchedLock（）和 OSSchekUnlock（)对 µC/OS-II 中的任务调度函数上锁和
开锁。用这种方法也可以实现数据的共享。 另外三种用于数据共享和任务通讯的方法：信号量、邮箱和消息队列. 一个任务或者中断服务子程序可以通过事件控制块 ECB（Event Control Blocks）来向另
外的任务发信号。这里，所有的信号都被看成是事件（Event）。这也说明为什么上面把用于 通讯的数据结构叫做事件控制块。一个任务还可以等待另一个任务或中断服务子程序给它发 送信号。这里要注意的是,只有任务可以等待事件发生,中断服务子程序是不能这样做的. 对于处于等待状态的任务，还可以给它指定一个最长等待时间，以此来防止因为等待的事件 没有发生而无限期地等下去。
多个任务可以同时等待同一个事件的发生。在这种情况下，当该事件发生后，所有等待 该事件的任务中，优先级最高的任务得到了该事件并进入就绪状态，准备执行。上面讲到的 事件，可以是信号量、邮箱或者消息队列等。当事件控制块是一个信号量时，任务可以等待 它,也可以给它发送消息。
邮箱是 μC/OS-II 中另一种通讯机制，它可以使一个任务或者中断服务子程序向另一个 任务发送一个指针型的变量。该指针指向一个包含了特定“消息”的数据结构.为了在 μC/OS-II 中使用邮箱，必须将 OS_CFG.H 中的 OS_MBOX_EN 常数置为 1。 使用邮箱之前，必须先建立该邮箱。该操作可以通过调用 OSMboxCreate（)函数来完成（见 下节)，并且要指定指针的初始值。一般情况下，这个初始值是 NULL，但也可以初始化一 个邮箱，使其在最开始就包含一条消息.如果使用邮箱的目的是用来通知一个事件的发生（发 送一条消息）,那么就要初始化该邮箱为 NULL，因为在开始时，事件还没有发生。如果用 户用邮箱来共享某些资源，那么就要初始化该邮箱为一个非 NULL 的指针。在这种情况下， 邮箱被当成一个二值信号量使用.

实验步骤：

1、确保实验一的程序运行成功.
2、使用二值信号量或者邮箱按照程序中的提示进行程序填写。
3、

思考题:

1、使用文字说明任务同步与通信的过程。

2、通过查看源代码说明信号量和邮箱创建的过程。

3、通过查看源代码,找出以下变量的是怎样定义的，并对其进行简单的意义说明。
OS_EVENT，OSEventFreeList，OSTCBCur。

实验三 嵌入式 Linux 系统的基本操作

实验目的：

掌握实验箱嵌入式 Linux 运行环境的硬件的连接方法和软件的设置；掌握 Linux 基本的 操作；掌握 Linux 基本的命令。

实验原理：

〉 Linux 正在嵌入式开发领域稳步发展。因为 Linux 使用 GPL，所以任何对将 Linux 定制于自己特定开发板或 PDA、掌上机、可佩带设备感兴趣的人都可以从因特网免费下载 其内核和应用程序,并开始移植或开发。
嵌入式 Linux 的发展比较迅速。NEC、索尼已经在销售个人视频录像机等基于 Linux 的消费类电子产品,摩托罗拉则计划在其未来的大多数手机上使用 Linux，IBM 也制定了在 手持机上运行 Linux 的计划.
数年来，“Linux 标准库”组织一直在从事对在服务器上运行的 Linux 进行标准化的工作， 现在，嵌入式计算领域也开始了这一工作.嵌入式 Linux 标准吸引了“Linux 标准库"以及 Unix 组织中有益的元素。

> 文件编辑 vi
vi 编辑器的文字说明
模式：命令模式,编辑模式，末行模式。 切换方式：命令模式→i→编辑模式,编辑模式→Esc→命令模式,命令模式→：→末行
模式。

功能：

命令模式(Command Mode): 控制光标移动，删除字符，段落复制。 编辑模式（Insert Mode）： 新增文字及修改文字。
末行模式(Last Line Mode）：保存文件，离开 vi，以及其他设置.
命令模式命令 命令 说明
h 将光标向左移动一格
l 将光标向右移动一格 j 将光标向下移动一格 k 将光标向上移动一格
0 数字 0,将光标移动到该行的行首
$ 将光标移动到该行的行末
H 将光标移动到该屏幕的顶端

M 将光标移动到该屏幕的中间 L 将光标移动到该屏幕的底端 gg 将光标移动到文章的首行
G 将光标移动到文章的尾行 w 或 W 将光标移动到下一单词 x 删除光标所在处的字符
X 删除光标前的字符
dd 删除光标所在行
*dd 从光标所在行向下删除*行,*为数字
D 删除光标所在处到行尾
r 取代光标处的一个字符
R 从光标处向后替换,按 Esc 结束
u 取消上步的操作
U 取消目前的所有操作
yy 复制光标所在行
p 将复制的内容放在光标所在行的下行
编辑模式命令 命令 说明
a 在光标后插入文本
A 在光标所在行后插入文本
i 在光标前插入文本
I 在光标所在行前插入文本
o 在光标所在行下插入新行（小写字母 o) O 在光标所在行上插入新行（大写字母 O)

末行命令

命令 说明
e 创建新文件 n 加载新文件 w 保存文件
! 强行操作
w! 强行保存文件
q 退出
q! 强行退出
wq 保存退出
wq！ 强行保存退出
set nu 显示行号
set nonu 不显示行号
/* /搜索,*任意字符串
？ 同上

实验步骤：

1、连接实验箱 RS232 的 UART0 到计算机。
2、连接实验箱网络到计算机的网卡。

3、双击Putty，并打开 COM 连接.
4、连接实验箱电源,并按 Power 键，打开实验箱电源，Putty会有如下输出。 “[root@Intel /］＃"就是嵌入式 Linux 的 shell 输出。

5、双击图标 ，打开虚拟软件,如下图所示。

6、点击启动此虚拟机，等待虚拟机启动起来,如下图所示。输入用户名：root，密码 是 123456，进入系统.

7、在虚拟机中打开一个终端，并输入 ifconfig 来查看网络配置，确保网络在 192。168.1.*
网段。如下图所示.

8、检查配置好网络后，为了使操作统一，我们使用 Putty 登录 Redhat 9,下图所示。

9、练习 Linux 基本操作.（注意以下操作只能在[root＠BC root]＃，也就是 root 文件夹下 运行,不然会导致系统不能启动）
9.1 ls,在[root＠BC root］＃下输入 ls,可得到如下的结果。
［root＠BC root]＃ ls
anaconda—ks.cfg install.log install。log。syslog
[root@BC root]＃ man ls
可以看到 ls 命令的用法，及其参数的意义，对于初学者大多数情况下，学习命令都是 通过“man ＊＊＊”和“**＊ --help”得到的命令使用方法.
9。2 根据以上提示,学习并掌握以下的命令.
cp ，mkdir， rmdir ,rm，del, file，cd 等命令
10、简单的系统管理(以下的命令详细的使用发放都可以用“man ＊＊*"和“*** --help)
10。1 查看硬盘使用情况 df
10。2 查看文件夹的大小 du
10。3 查看 CPU 使用情况 top
10。4 系统网络配置 ifconfig

11、在虚拟机中练习完命令后，以上学习的命名大部分都可以在嵌入式的 Linux 中使用， 命令可以在 Xshell 的 COM 窗口练习。
11。1 输入 qt，可以启动桌面，按 CRT＋C 退出,如果鼠标位置不准确可以输入 qt c
进入校屏程序。在 LCD 的桌面上可以放音乐和 MTV，还有游戏程序。
11.2 控制台下播放音乐及 MTV，输入：
#cd /mnt/yaffs/mm
#ls 查看文件名称
＃mplayer *＊＊ ＊＊*为文件名,进行播放文件。

12、实验箱的 Linux 系统挂载 VMware 中的文件夹。 在 Xshell 中的 COM 窗口输入：
#mount –o nolock 192。168。1。101:/up-techpxa270 /mnt/nfs

只是输入
#cd /mnt/nfs
通过 ls 命令就可以看到 VMware 中 Linux 系统的文件.

思考题：

1、 请画出虚拟机、PC 机和 ARM 实验箱之间的硬件连接图。

2、在 Linux 中怎样配置网络.

实验四 嵌入式 Linux 系统的编程

实验目的：

掌握嵌入式 Linux 系统编程的硬件结构图;掌握嵌入式 Linux 系统开发软件硬件的建立； 掌握 Linux 程序编译的方法；了解 Linux 系统编程的方法.

实验原理：

Linux 软件开发一直在 Internet 环境下讲行。这个环境是全球性的，编程人员来自世界 各地。只要能够访问 Web 站点,就可以启动一个以 Linux 为基础的软件项目。Linux 开发工 作经常是在 Linux 用户决定共同完成一个项目时开始的。当开发工作完成后，该软件就被放 到 Internet 站点上，任何用户都可以访问和下载它。由于这个活跃的开发环境，新的以 Linux 为基础的软件功能日益强大，而且呈现爆炸式的增长态势。
大多数 Linux 软件是经过自由软件基金会（Free Software Foundation）提供的 GNU(GNU 即 GNU’s not UNIX)公开认证授权的，因而通常被称作 GNU 软件.GNU 软件免费提供 给用户使用，并被证明是非常可靠和高效的.许多流行的 Linux 实用程序如 C 编译器、shell 和编辑器都是 GNU 软件应用程序。
Linux 程序需要首先转化为低级机器语言即所谓的二进制代码以后,才能被操作系统执 行。例如编程时，先用普通的编程语言生成一系列指令，这些指令可被翻译为适当的可执行 应用程序的二进制代码。这个翻译过程可由解释器一步步来完成，或者也可以立即由编译器 明确地完成。shell 编程语言如 BASH、TCSH、GAWK、Perl、Tcl 和 Tk 都利用自己的解释 器。用这些语言编制的程序尽管是应用程序文件，但可以直接运行.编译器则不同，它将生 成一个独立的二进制代码文件然后才可以运行。
Linux 原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐 渐应用于嵌入式设备。Linux 可以说是最早的嵌入式 Linux 发行版本.它是为没有 MMU 的 处理器而设计的，进而发展了一个完整的开发平台，包括编译、调试等工具。
〉 gcc 使用
gcc 可以使程序员灵活地控制编译过程.编译过程一般可以分为下面四个阶段，每个阶 段分别调用不同的工具进行处理，如图所示。

Linux 系统中可执行文件有两种格式。第一种格式是 a.out 格式,这种格式用于早期的 Linux 系统以及 Unix 系统的原始格式。a.out 来自于 Unix C 编译程序默认的可执行文件名。 当使用共享库时，a.out 格式就会发生问题.把 a。out 格式调整为共享库是一种非常复杂的操 作，由于这个原因,一种新的文件格式被引入 Unix 系统 5 的第四版本和 Solaris 系统中。它

被称为可执行和连接的格式（ELF）。这种格式很容易实现共享库。
ELF 格式已经被 Linux 系统作为标准的格式采用。gcc 编译程序产生的所有的二进制文 件都是 ELF 格式的文件（即使可执行文件的默认名仍然是 a。out）.较旧的 a。out 格式的程序 仍然可以运行在支持 ELF 格式的系统上.
〉 使用 GNU make 编辑 makefile
要使用 make，必须编写一个叫做 Makefile 的文件，这个文件描述了软件包中文件之间的 关系，提供更新每个文件的命令。一般在一个软件包里，通常是可执行文件靠目标文件来更 新，目标文件靠编译源文件来更新。
Makefile 写好之后,每次改变了某些源文件，只要执行 make 命令:
# make
所有必要的重新编译将执行.Make 程序利用 makefile 中的数据和每个文件的最后修改时 间来确定那个文件需要更新,对于需要更新的文件,make 程序执行 makefile 数据中定义的 命令来更新。
Makefile 是一个文本形式的数据库文件，其中包含一些规则来告诉 make 处理哪些文件以 及如何处理这些文件。这些规则主要是描述哪些文件（称为 target 目标文件，不要和编译时 产生的目标文件相混淆）是从哪些别的文件（称为 dependency 依赖文件）中产生的,以及 用什么命令（command）来执行这个过程。
依靠这些信息，make 会对磁盘上的文件进行检查，如果目标文件的生成或被改动时的时 间（称为该文件时间戳)至少比它的一个依赖文件还旧的话，make 就执行相应的命令，以 更新目标文件。目标文件不一定是最后的可执行文件，可以是任何一个中间文件并可以作为 其他目标文件的依赖文件.
一个 Makefile 文件主要含有一系列的规则，每条规则包含以下内容。
•一个目标（target)，即 make 最终需要创建的文件,如可执行文件和目标文件;目标也 可以是要执行的动作，如“clean”。
•一个或多个依赖文件（dependency）列表,通常是编译目标文件所需要的其他文件。
•一系列命今(command），是 make 执行的动作，通常是把指定的相关文件编译成目标文 件的编译命令，每个命令占一行，且每个命令行的起始字符必须为 TAB 字符.
例如，有以下的 Makefile 文件:
＃ 一个简单的 Makefile 的例子
# 以#开头的为注释行
test：prog.o code.o
gcc –o test prog.o code。o prog.o：prog.c prog。h code。h
gcc –c prog。c –o prog。o code.o:code。c code。h
gcc –c code。c –o code.o clean:
rm –f *。o
上面的 Makefile 文件中共定义了四个目标：test、prog。o、code.o 和 clean。目标从每行的 最左边开始写，后面跟一个冒号(：），如果有与这个目标有依赖性的其他目标或文件，把它 们列在冒号后面，并以空格隔开。然后另起一行开始写实现这个目标的一组命令.在 Makefile 中，可使用续行号（\)将一个单独的命令行延续成几行.但要注意在续行号（\）后面不能 跟任何字符（包括空格和键）.
一般情况下，调用 make 命令可输入:

＃ make target
target 是 Makefile 文件中定义的目标之一,如果省略 target,make 就将生成 Makefile 文件 中定义的第一个目标.对于上面 Makefile 的例子，单独的一个“make”命令等价于：
＃ make test
因为 test 是 Makefile 文件中定义的第一个目标，make 首先将其读入，然后从第一行开 始执行,把第一个目标 test 作为它的最终目标，所有后面的目标的更新都会影响到 test 的更 新。第一条规则说明只要文件 test 的时间戳比文件 prog。o 或 code.o 中的任何一个旧，下一 行的编译命令将会被执行.

实验步骤：

1、完成实验三后，保持网络配置不变，完成了实验三的第 12 项，然后在 VMware控制终端
的窗口中输入：
#cd /up—techpxa270
＃mkdir mywork
＃cd mywork
#vi hello.c
输入如下程序:
#include〈stdio。h〉

int main(）
｛
printf(“Hello, World！\n”）；
｝
然后保存退出。 再输入：
＃vi makefile
输入如下程序： CROSS=gcc

all： hello.c
$(CROSS) –o hello hello。c clean：
rm –f *.out *。o
然后保存退出.

再输入:
#make

直到编译没有错误，可以看到在 mywork 文件夹下有 hello 的可执行文件，在实验箱上 通过 NFS 挂载 VMware 下的/up—techpxa270 目录，在 Putty 的 COM 上执行 hello 程序，输 入：
#。/hello

2、 练习实验箱 Linux 实验指导书中的内容。

思考题:

1、通过以上的操作，你怎么理解交叉编译。

2、你怎么理解编译器是怎样工作的.