嵌入式系统原理实验总结报告文档.pdf

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1、 嵌 入 式 系 统 实 验 报 告 指导教师:学科专业:班 级:学 号:姓 名:2014年 6月 嵌入式系统实验报告 前 言 从 20 世纪七十年代单片机的出现到各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近 30 年的发展历史，并在全世界各行业得到广泛应用。嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我国信息化带动工业化、工业化促进信息化发展的新的国民经济增长点。经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。汽车中更是具有多个嵌入

2、式系统，使汽车更轻快、更干净、更容易驾驶，机顶盒、高清电视、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等，都是典型的嵌入式系统。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲）都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。高端的嵌入式系统和工业软件的发展，实际上与我们对该行业最先进的科学技术前沿的掌握有关，换言之，与我国该行业的科学技术水平有关。学习和研究嵌入式系统，具有重大意义。这学期的嵌入式系统的学习过程中我们在 2410RP这一实验开发平台上进行了诸多嵌入式的

3、基础实验。在本报告中，将把其中两个具有代表性的实验的原理、内容、结果以及驱动和测试程序写出来。嵌入式系统实验报告 目 录 实验一 数码管显示.1 1.1 实验目的.1 1.2 实验内容.1 1.3 实验原理.1 1.3.1 LED 的发光原理.1 1.3.2 八段 LED 显示器.1 1.3.3 芯片 zlg7289A 的介绍.2 1.3.4 数码管的连接电路.3 1.4 实验步骤.3 1.5 实验源代码解释与说明.4 1.6 总结.11 实验二 LED 点阵驱动实验.12 2.1 实验目的.12 2.2 实验内容.12 2.3 实验原理.12 2.3.1 8X8 点阵数码管发光原理.12 2

4、.3.2 数码管的连接电路.12 2.3.3 I/O 接口.13 2.4 实验步骤.13 2.5 实验源代码解释与说明.14 2.6 实验结果.19 2.7 总结.19 嵌入式系统实验报告 第 1 页 实验一 数码管显示 1.1 实验目的 学习串并转换的相关知识，并编写驱动程序。1.2 实验内容 1）了解数码管显示的工作原理；2）掌握数码管驱动的编写及测试过程；3）对 zlg7289A的驱动程序进行编写；4）驱动数码管并显示个人学号。1.3 实验原理 1.3.1 LED的发光原理 LED（Light Emitting Diode），即发光二极管。是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体置于

5、一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片，如图所示，在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过渡层，称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线

6、，光的强弱与电流有关。图 1-1 LED发光原理图 1.3.2 八段 LED显示器 八段 LED 显示器由 8 个发光二极管组成，如图 1-2、图 1-3 所示。基中 7 个嵌入式系统实验报告 第 2 页 长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED 显示器有两种不同的形式：一种是 8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极 LED 显示器；另一种是 8 个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极 LED 显示器。共阴和共阳结构的 LED 显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，

7、由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8 个笔划段 hgfedcba 对应于一个字节（8 位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0，于是用 8 位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴 LED 显示器，当共阴极接地（为零电平），而阳极 hgfedcba 各段为 0111011 时，显示器显示时，显示器显示字符，即对于共阴极 LED 显示器，“P”字符的字形码是 73H。如果是共阳 LED显示器，共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为 10001100（8CH）。这里必须注意的是：很多产品为方便接线，常不按规则的方法去对应字段与位的关系，这时字形码就必须根据接线

8、来自行设计了。图 1-2 LED数码管组成图 图 1-3 LED数码管原理图 1.3.3 芯片 zlg7289A的介绍 zlg7289A 是一片具有串行接口的可同时驱动 8位共阴式数码管或 64只独立LED 的智能显示驱动芯片该芯片同时还可连接多达 64 键的键盘矩阵单片即可完成 LED 显示键盘接口的全部功能。zlg7289A 内部含有译码器可直接接受BCD码或 16进制码并同时具有 2 种译码方式参看后文此外还具有多种控制指令如消隐闪烁左移右移段寻址等 zlg7289A 具有片选信号可方便地实现多于 8位的显示或多于 64键的键盘接口。芯片 zlg7289A 的典型应用：仪器仪表、工业控制

9、器、条形显示器、控制面嵌入式系统实验报告 第 3 页 板。芯片 zlg7289A的特点：1）串行接口无需外围元件可直接驱动 LED；2）各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性；3)）循环左移/循环右移指令；4）具有段寻址指令方便控制独立 LED；5）64 键键盘控制器内含去抖动电路。1.3.4 数码管的连接电路 图 1-4 数码管连接电路 1.4 实验步骤 1）连接号宿主 PC 机与一台 S3C2410-RP 目标板；2）编写数码管驱动程序 spi_led.c 文件；3）启动系统终端设置 S3C2410-RP 目标板的地址；4）将宿主 PC机的根目录挂载到 S3C2410-RP 目标板的 m

10、nt 目录下；5）加载驱动程序；6）执行并测试程序。嵌入式系统实验报告 第 4 页 1.5 实验源代码解释与说明 A.头文件 keypad.h#ifndef _KEYPAD_H_#define _KEYPAD_H_/Keypad 扫描码#define KEYPADNUMLK 0 x33#define KEYPADDIV 0 x34#define KEYPADMUL 0 x35#define KEYPADSUB 0 x3d#define KEYPADADD 0 x2e#define KEYPADENTER 0 x1e#define KEYPADDOT 0 x15/DEL#define KEYPA

11、D0 0 x14/INS#define KEYPAD1 0 x1b/END#define KEYPAD2 0 x1c/DOWN#define KEYPAD3 0 x1d/PDN#define KEYPAD4 0 x23/LEFT#define KEYPAD5 0 x24#define KEYPAD6 0 x25/RIGHT#define KEYPAD7 0 x2b/HOME#define KEYPAD8 0 x2c/UP#define KEYPAD9 0 x2d/PUP#endif 头文件定义了嵌入式开发板上输入键盘各个按键的逻辑地址。B.驱动程序源文件 spi_led.c#include/c

12、onfig.h 内核配置头文件#include/kernel.h 定义了经常用到的函数原型及宏定义#include/module.h 定义了内核模块相关的函数、变量及宏#include/sched.h 为调度程序头文件，定义了任务结构#include/interrupt.h 中包含了与操作系统中断相关的大部分宏及 struct 结构的定义#include#include/init.h 中定义了驱动的初始化和退出相关的函数#include#include#include/version.h 里定义了 Linux 内核的版本，用于版本检查#include/I/O 头文件，定义对 I/O 端口操作的

13、函数 嵌入式系统实验报告 第 5 页#include#include/访问系统硬件的头文件/-#include#include/自旋锁，防止多处理器并发#include#include#include#include#include#include#include#include/miscdevice 结构体成员变量设备#include#include#include#include#include#include#include#include/包含 copy_to_user、copy_from_user 等内核访问用户进程内存地址的函数定义#include/系统头文件，定义了设置或修改描述

14、符/中断门等的嵌入式汇编宏/-#define HR_DEBUG 1/-#define IRQ_spi_led_INT IRQ_EINT4#define GPIO_SimpleINT_EINT4(GPIO_MODE_ALT0|GPIO_PULLUP_EN|GPIO_F4)#define ONEBIT 0 x1#define KEYPADCSDIS(GPGDAT|=(ONEBIT 3)#define KEYPADCSEN(GPGDAT&=(ONEBIT 3)#define KEYPADDIRMO(GPBDAT&=(ONEBIT 0)#define KEYPADDIRMI(GPBDAT|=(ONEB

15、IT 0)嵌入式系统实验报告 第 6 页#define spi_led_MAJOR 104/定义 led_ary_MAJOR 设备的主设备号 devfs_handle_t spi_led_handle;/系统支持 devfs的数据结构 int spi_led_temp_count=0;/定义的系统全局变量，防止文件被多重打开 static int DELAY_TIME=100;/时间延迟为 100 int putcToKBCTL(u8 c)u32 i;KEYPADCSEN;KEYPADDIRMO;udelay(60);while(SPSTA1&ONEBIT)=0);/wait while bu

16、sy SPTDAT1=c;/write left justified data while(SPSTA1&ONEBIT)=0);/wait while busy KEYPADCSDIS;i=SPRDAT1;return(i);/功能概要：将所给数据写入指定的寄存器中 int spi_ledInit()int t;char dummy=(char)0 xff;GPGCON&=(0 x36)|(0 x310)|(0 x312)|(0 x314);GPGCON|=(0 x16)|(0 x310)|(0 x312)|(0 x37289 GPBCON&=(0 x3 0);/清除 GPB0 端口数据 GP

17、BCON|=(ONEBIT 0);/设置端口 GPB0 用于 _PWR_OK信号输出/rGPDDAT&=(ONEBIT 0);/将 _PWR_OK t置 0 KEYPADDIRMO;/设置 SPI（串行外设接口）寄存器 嵌入式系统实验报告 第 7 页/中断模式，可用分频，主模式，高电平时钟，形式 B，正常模式/rSPCON1=(ONEBIT5)|(ONEBIT4)|(ONEBIT3)|(0 x02)|(ONEBIT1);/查询模式，可用分频，主模式，高电平时钟，形式 A，正常模式 SPCON1=(05)|(ONEBIT4)|(ONEBIT3)|(0 x02)|(01);/*开发者必须根据 PC

18、LK 时钟的变化正确地调节分频器的值*/SPPRE1=255;/*99.121K=203M/4/2/(255+1)PCLK=50.75Mhz FCLK=203Mhz SPICLK=99.121Khz*/putcToKBCTL(0 xbf);/传送初始化指令/显示键盘初始化成功 putcToKBCTL(0 xc8);/第一个数码管的地址为 0 xc8 putcToKBCTL(0 x01);/设置第一个数码管显示的数值为 1 KEYPADCSDIS;putcToKBCTL(0 xc9);/第二个数码管的地址为 0 xc9 putcToKBCTL(0 x02);/设置第二个数码管显示的数值为 2 K

19、EYPADCSDIS;putcToKBCTL(0 xca);/第三个数码管的地址为 0 xca putcToKBCTL(0 x09);/设置第三个数码管显示的数值为 9 KEYPADCSDIS;putcToKBCTL(0 xcb);/第三个数码管的地址为 0 xcb putcToKBCTL(0 x00);/设置第三个数码管显示的数值为 0 KEYPADCSDIS;return(1);/函数实现 LED 数码管的初始化，返回值为 1时，则完成系统初始化 u8 readKBValue(void)unsigned char i;KEYPADCSEN;KEYPADDIRMO;udelay(60);wh

20、ile(SPSTA1&ONEBIT)=0);/wait while busy SPTDAT1=0 x15;/传送读取键值的命令 嵌入式系统实验报告 第 8 页 while(SPSTA1&ONEBIT)=0);/wait while busy udelay(30);/delay 30us KEYPADDIRMI;SPTDAT1=0 xff;/传送读取键值的命令 while(SPSTA1&ONEBIT)=0);/wait while busy i=SPRDAT1;/KEYPADCSDIS;KEYPADDIRMO;return(i);/函数实现的主要功能为读取键盘输入的值。ssize_t spi_l

21、ed_read(struct file*buf,size_t count,loff_t*f_ops)return count;/函数返回：读取数据的长度 count。/功能概要：对字符性设备进行读操作/*=SimpleD Write=*/ssize_t spi_led_write(struct file*char*buf,size_t count,loff_t*f_ops)return count;/函数返回：写入数据的长度 count。/功能概要：对字符性设备进行写入操作/*=SimpleD Ioctl=*/ssize_t spi_led_ioctl(struct inode*inode,s

22、truct file*file,unsigned int cmd,long data)/函数可重新定义用来 I/O 口的其他控制操作 嵌入式系统实验报告 第 9 页/*=SimpleD device open=*/ssize_t spi_led_open(struct inode*inode,struct file*file)return 0;/当用户态调用函数时，对应内核态次函数被调用/*=SimpleD device close=*/ssize_t spi_led_release(struct inode*inode,struct file*file)return 0;/定义内核态 rel

23、ease 函数，当用户态调用 close 函数时，release函数被调用 struct spi_led_ops=open:spi_led_open,read:spi_led_read,write:spi_led_write,ioctl:spi_led_ioctl,release:spi_led_release,;/结构体在头文件 linux/fs.h中定义，用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作的函数的指针 static void IRQ_spi_led_interrupt(int nr,void*devid,struct pt_regs*regs)u8 ui8ScanCode;ui8

24、ScanCode=readKBValue();嵌入式系统实验报告 第 10 页/HR_del_pre_scancode(ui8ScanCode);/定义静态函数 IRQ_spi_led_interrupt，请求中断 static int _init HW_spi_led_init(void)int ret=-ENODEV;int delay;set_external_irq(IRQ_spi_led_INT,EXT_FALLING_EDGE,GPIO_PULLUP_EN);set_gpio_ctrl(GPIO_SimpleINT_EINT4);ret=request_irq(IRQ_spi_le

25、d_INT,IRQ_spi_led_interrupt,SA_INTERRUPT,if(ret)IRQ_spi_led_INT);return ret;if(ret 0)return ret;else;spi_led_MAJOR,0,S_IFCHR,&spi_led_ops,NULL);嵌入式系统实验报告 第 11 页/-spi_ledInit();/-return ret;/用于驱动程序进行硬件设备初始化 int _init s3c2410_spi_led_init(void)int ret=-ENODEV;ret=HW_spi_led_init();if(ret)return ret;re

26、turn 0;/模块初始化，程序由此开始执行，此函数被 module_init()调用 int init_module()s3c2410_spi_led_init();/此函数在 insmod加载此模块驱动的时候自动调用。负责进行设备驱动程序初始化工作.init_module 返回 0以表示初始化成功。返回负数表示失败。void cleanup_module()devfs_unregister(spi_led_handle);free_irq(IRQ_spi_led_INT,NULL);/此函数在卸载此模块驱动时调用。负责进行设备驱动程序的清除工作 1.6 总结 通过本次实验，我学习到一些 L

27、inux 系统常用的操作命令，了解了 LED 数码管工作的原理。同时，对嵌入式系统有了更明确的了解与认识。通过实验中的实际操作，也体验了基于嵌入式开发的基本流程。在老师的指导下，完成了对LED 数码管的显示控制，显示得到了自己学号的后四位 1290。嵌入式系统实验报告 第 12 页 实验二 LED点阵驱动实验 2.1 实验目的 编写一个针对总线操作的硬件驱动程序。2.2 实验内容 1）了解 LED 点阵显数码管示的工作原理；2）掌握 LED 点阵驱动的编写及测试；3）编写一个针对硬件 LED 点阵的驱动程序并测试；4）驱动 LED 点阵并显示个人姓名。2.3 实验原理 2.3.1 8X8点阵数

28、码管发光原理 从图 2-1 中可以看出来，8X8 点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置 1电平，某一行置0 电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如图 2-1 所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一列为一根横柱，因此实现柱形的亮法如下所述：图 2-1 LED点阵等效电路图 2.3.2 数码管的连接电路 系统电路如图 2-2 所示。显示部分用的是一个 8X8 发光二极管点阵，我们常见的用于发布消息、显示汉字的点阵式 LED 显示屏通常由若干块 LED 点阵显示模块组成，8X8 显示点阵模块，每块有 64 个独立的发光二

29、极管，为了减少引脚且便于封装，各种 LED 显示点阵模块都采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示 LED。(因此，LED 点阵显示模块的显示驱动只能采用动态驱动方嵌入式系统实验报告 第 13 页 式，每次最多只能点亮一行 LED（共阳形式 LED 显示点阵模块）或一列 LED（共阴形式 LED 显示点阵模块）。如图 2-2 所示的显示驱动原理图中，点阵为共阴，由总线锁存芯片 74573 为点阵显示模块提供列驱动电流，8 个行信号则由集电极开路门驱动器 7407 控制，行线和列线都挂在总线上，微处理器可以通过总线操作来完成对每一个 LED 点阵显示模块内每个 LED 显示点的亮、暗控制。图

30、 2-2 LED点阵硬件连接电路 2.3.3 I/O接口 在本开发板上，整个 LED 显示模块是作为一个 I/O 进行控制的。如电路原理图 2-2 所示，DATA0.7、DATA8.15分别对应系统数据线的低 16 位，LED_LOCK 信号是由系统总线的写信号和地址信号经简单的逻辑组合而得，在板载的 CPLD 内完成，控制该显示模块的 I/O 地址为 0 x08000000。2.4 实验步骤 1）连接号宿主 PC 机与一台 S3C2410-RP 目标板；2）编写 LED 点阵驱动程序；3）编写 LED 点阵显示测试程序 test.c，并编译；4）启动 Linux 系统终端并设置 S3C241

31、0-RP 目标板的地址；嵌入式系统实验报告 第 14 页 5）将宿主 PC机的根目录挂载到 S3C2410-RP 目标板的 mnt 目录下；6）加载 LED 点阵驱动程序；7）执行并测试程序。2.5 实验源代码解释与说明 A.驱动程序源文件 led_ary.c#include/config.h 为内核配置头文件，文件里面指向另一个由 make menuconfig自动生成的文件 autoconf.h#include/kernel.h 定义了经常用到的函数原型及宏定义#include/module.h模块驱动程序的头文件，定义了内核模块相关的函数、变量及宏#include/sched.h为调度程

32、序头文件，定义了任务结构#include/interrupt.h中包含了与操作系统中断相关的大部分宏及 struct 结构的定义#include#include/init.h 中定义了驱动的初始化和退出相关的函数#include/*for udelay*/#include#include/定义了 Linux 内核的版本，用于版本检查#include/I/O 头文件，定义对 I/O 端口操作的函数#include#include/访问系统硬件用的头文件#include#define led_ary_MAJOR 102/定义了 led_ary_MAJOR设备的主设备号为 102#define VE

33、RSION unsigned long ioremap_addr;void showversion(void)void showversion(void)/函数用于显示该设备的版本型号 嵌入式系统实验报告 第 15 页 devfs_handle_t dev_handle;/系统支持 devfs的数据结构，注册 handle到存储设备上。int led_ary_temp_count=0;/定义的系统变量，防止文件被多重打开。ssize_t led_ary_read(struct file*buf,size_t count,loff_t*f_ops)char tmp1;tmp0=inb(iorem

34、ap_addr);copy_to_user(buf,tmp,1);return count;/函数实现对字符型设备进行读取操作 ssize_t led_ary_write(struct file*char*buf,size_t count,loff_t*f_ops)outw(count,ioremap_addr);return count;/函数实现对字符性设备进行写操作/上述两个函数实现了用户空间和内核空间的数据交换，而且还可以检查用户空间指针的有效性/ioctl()函数，可实现读写之外的控制。ssize_t led_ary_ioctl(struct inode*inode,struct f

35、ile*file,unsigned int cmd,long data)unsigned int cmd,long data)/函数可重新定义用于实现 I/O 口的其他控制操作 ssize_t led_ary_open(struct inode*inode,struct file*file)return 0;/当用户态调用 open 函数时，对应内核态次函数被调用 ssize_t led_ary_release(struct inode*inode,struct file*file)return 0;/当用户态调用 close 函数时，此 release函数被调用。嵌入式系统实验报告 第 16

36、 页 struct led_ary_ops=open:led_ary_open,read:led_ary_read,write:led_ary_write,ioctl:led_ary_ioctl,release:led_ary_release,;/结构体在头文件 linux/fs.h中定义，用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作的函数的指针，指出设备驱动程序所提供的入口点位置 static int _init HW_led_ary_init(void)int ret=-ENODEV;showversion();/*字符设备 led_ary进行注册*/if(ret 0)return ret

37、;else;led_ary_MAJOR,0,S_IFCHR,&led_ary_ops,NULL);/*注册 devfs 设备*/ioremap_addr=ioremap(0 x18000002,0 x0f);/*将一个 IO 地址空间映射到内核的虚拟地址空间上去*/outw(0 x00ff,ioremap_addr);/*从 I/O 读取数据*/return ret;嵌入式系统实验报告 第 17 页/函数用于驱动程序进行硬件设备初始化 int _init s3c2410_led_ary_init(void)int ret=-ENODEV;ret=HW_led_ary_init();if(ret

38、)return ret;return 0;/模块初始化，程序由此开始执行，此函数被 module_init()调用。int init_module()s3c2410_led_ary_init();/insmod在加载此模块的时候自动调用该函数，负责进行设备驱动程序初始化工作.init_module返回 0以表示初始化成功。返回负数表示失败。void cleanup_module()void cleanup_module()字符设备解除注册*/devfs_unregister(dev_handle);/在模块被卸载时调用该函数。负责进行设备驱动程序的清除工作。B.LED点阵显示设置程序文件 te

39、st.c：include/标准 I/O库#include#include/文件控制，用于文件及其描述符的操作控制常数符号的定义#include/unix类系统定义符号常量的头文件#include/该头文件定义了实用程序库函数#include/基本系统数据类型头文件#include/文件状态 int main()/主程序入口 int fd;嵌入式系统实验报告 第 18 页 int i,ret;int buf;/获取 LED点阵驱动程序加载情况 if(fd0)/fd为 0，则表示设备驱动正常开启 else/fd为 1，则设备驱动已经开启 for(;)/向 LED点阵进行赋值，控制发光二极管的亮灭，

40、最终实现在点阵中显示出“王”字 buf=0Xfe3e;/向点阵第一行进行赋值（点阵中低位在前、高位在后）write(fd,&buf,buf);buf=0Xfd08;/向点阵第二行进行赋值 write(fd,&buf,buf);buf=0Xfb08;write(fd,&buf,buf);buf=0Xf73e;write(fd,&buf,buf);buf=0Xef08;write(fd,&buf,buf);buf=0Xdf08;write(fd,&buf,buf);buf=0Xbf7f;write(fd,&buf,buf);buf=0X7f00;write(fd,&buf,buf);return 0;嵌入式系统实验报告 第 19 页 2.6 实验结果 2.7 总结 通过本次实验，我学习到了 LED点阵的工作原理，了解到了 LED点阵其各点逻辑地址的分布。同时，对嵌入式系统有了更明确的认识。通过实验中的实际操作，也了解了基于嵌入式开发的基本流程。在老师的指导下，完成了对 LED点阵的显示控制，显示得到了自己的姓“王”。