1、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于ARM9微處理器S3C2410A第9章 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ADS介紹及ARM匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)南陽(yáng)師范學(xué)院張帥,9.1 裸機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境,何謂“裸機(jī)”？ 裸機(jī)是指無(wú)操作系統(tǒng)下的ARM系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 其特點(diǎn)是所有硬件資源均開(kāi)放 可以把它理解為一個(gè)高級(jí)單片機(jī)的開(kāi)發(fā) 裸機(jī)開(kāi)發(fā)的作用 更能深入地從底層去理解ARM CPU的操作過(guò)程及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為日后自行設(shè)計(jì)系統(tǒng)打下基礎(chǔ) 為bootloader的編寫(xiě)打好基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)環(huán)境的作用,9.2 ADS IDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境),ARM應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)工具根據(jù)功能的不同，可以分為編輯軟件、編譯軟件、匯編軟件、鏈接軟件、調(diào)試軟件、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、函數(shù)庫(kù)、評(píng)估板，JTA

2、G仿真器以及在線(xiàn)仿真器等。 目前有多家公司可以提供以上不同類(lèi)型的開(kāi)發(fā)工具，用戶(hù)采用ARM處理器進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，選擇合適的開(kāi)發(fā)工具可以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，節(jié)省開(kāi)發(fā)成本。,9.2.1 ADS工具包的組成,ADS是ARM公司推出的集成開(kāi)發(fā)工具包，是專(zhuān)門(mén)用于ARM相關(guān)應(yīng)用開(kāi)發(fā)和調(diào)試的綜合性軟件。目前常用的版本是1.2，在功能和易用性上比早期的SDT都有提高，是一款功能強(qiáng)大又易于使用的開(kāi)發(fā)工具。 ARM ADS包含有編譯器、鏈接器、CodeWarrior IDE、調(diào)試器、指令集模擬器、ARM開(kāi)發(fā)包和應(yīng)用庫(kù)等部分，可以用ADS來(lái)開(kāi)發(fā)、編譯、調(diào)試采用包括C、C+和ARM匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。,9.2.2 AD

3、S開(kāi)發(fā)工具集,1.命令行開(kāi)發(fā)工具 ANSI C 編譯器 - armcc and tcc ISO / Embedded C+ 編譯器 - armcpp and tcpp ARM / Thumb 匯編器 arms Linker - armlink,2.圖形開(kāi)發(fā)工具： Windows 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 CodeWarrior Debugger AXD (ARM eXtended Debugger) armsd ARM(符號(hào)調(diào)試器)可向前兼容 3.庫(kù)文件： C and C+ 庫(kù) 4.輔助工具/支持軟件： 格式轉(zhuǎn)換器 - fromelf 指令級(jí)仿真 ARMulator 庫(kù)管理器 armar,fromELF：

4、 ARM映像文件轉(zhuǎn)換工具 該命令將ELF格式的文件作為輸入文件，將該格式轉(zhuǎn)換為各種輸出格式的文件，包括plain binary(BIN格式映像文件), Motorola 32-bit S-record format(Motorola 32位S格式映像文件), Intel Hex 32 format(Intel 32位格式映像文件)，和 Verilog-like hex format(Verilog 16進(jìn)制文件) Armar： ARM庫(kù)函數(shù)生成器將一系列ELF格式的目標(biāo)文件以庫(kù)函數(shù)的形式集合在一起，用戶(hù)可以把一個(gè)庫(kù)傳遞給一個(gè)鏈接器以代替幾個(gè)ELF文件。 Flash downloader： 用于

5、把二進(jìn)制映像文件下載到ARM開(kāi)發(fā)板上的Flash存儲(chǔ)器的工具 ARMulator： ARM指令集仿真器，集成在ARM的調(diào)試器AXD中，它提供對(duì)ARM處理器的指令集的仿真，為ARM和Thumb提供精確的模擬，用戶(hù)可以在硬件尚未做好的情況下，開(kāi)發(fā)程序代碼。,工具調(diào)用及流程,9.2.3 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CodeWarrior使用,CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為管理和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目提供了簡(jiǎn)單、多樣化的圖形用戶(hù)界面。 用戶(hù)可以使用ADS的CodeWarrior IDE為ARM處理器開(kāi)發(fā)用C，C+，或ARM匯編語(yǔ)言的程序代碼 。 全面的項(xiàng)目管理功能。 可以在CodeWarrior IDE為ARM配置以上所介紹

6、的各種命令工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程代碼的編譯，匯編和鏈接。,C/C+Browser,C/C+Sensitive Editor,ProjectManager,建立工程,ARM Executable Image：用于由ARM指令的代碼生成一個(gè) ELF格式的可執(zhí)行映像文件。 ARM Object Library：用于由ARM指令的代碼生成一個(gè) armar 格式的目標(biāo)文件庫(kù)。 Empty Project：用于創(chuàng)建一個(gè)不包含任何庫(kù)或源文件的工程。 Makefile Importer Wizard： 用于將 Visual C 的 nmake 或 GNU make 文件轉(zhuǎn)入到CodeWarrior IDE 工程文件

7、。 Thumb ARM Interworking Image：用于由 ARM指令和 Thumb 指令的混和代碼生成一個(gè)可執(zhí)行的ELF格式的映像文件。 Thumb Executable image：用于由 Thumb指令創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行的ELF格式的映像文件。 Thumb Object Library：用于由Thumb指令的代碼生成一個(gè) armar 格式的目標(biāo)文件庫(kù)。,新建文件,添加文件到工程,生成目標(biāo)設(shè)置,每個(gè)工程項(xiàng)目都有下面3種生成目標(biāo)： Debug：包含所有調(diào)試信息 DebugRel：包含部分調(diào)試信息 Release：不包含調(diào)試信息 注：若項(xiàng)目編譯只是為了調(diào)試使用，則選擇Debug或者Deb

8、ugRel；若要生成最后可以運(yùn)行的文件，則最好選擇Release。,編譯鏈接,進(jìn)入編譯鏈接設(shè)置：,設(shè)置窗口：,目標(biāo)設(shè)置：,在Targets Settings選項(xiàng)組中，Post-Linker用于選擇鏈接器輸出文件的處理方式。用戶(hù)可以選擇的值如下： None:不進(jìn)行連接的處理。 ARM fromELF：使用ARM工具fromELF處理鏈接器輸出的ELF格式文件，它可以將ELF格式的文件轉(zhuǎn)換為各種二進(jìn)制文件格式。 Batch File Runner：在連接完成后運(yùn)行一個(gè)DOS格式的批處理文件。 若用戶(hù)在編譯完成后只是用AXD來(lái)調(diào)試程序，建議選擇None；若要生成最后的編程文件，建議選擇ARM fro

9、mELF，該選項(xiàng)與Linker面板中的ARM fromELF選項(xiàng)結(jié)合來(lái)產(chǎn)生最終的編程文件。,CPU設(shè)置：,Linker設(shè)置：,在 Output format 下拉框中，為用戶(hù)提供了多種可以轉(zhuǎn)換的目標(biāo)格式，這里選擇 Plain binary，這是一個(gè)二進(jìn)制格式的可執(zhí)行文件，可以被燒寫(xiě)在目標(biāo)板的 Flash中。 在 Output file name 文本域輸入期望生成的輸出文件存放的路徑，或通過(guò)點(diǎn)擊 Choose.按鈕從文件對(duì)話(huà)框中選擇輸出文件路徑。如果在這個(gè)文本域不輸入路徑名，則生成的二進(jìn)制文件存放在工程所在的目錄下。,在標(biāo)簽頁(yè) Output 中，Linktype 中提供了 3 種鏈接方式： P

10、artia ：表示鏈接器只進(jìn)行部分鏈接，經(jīng)過(guò)部分鏈接生成的目標(biāo)文件，可以作為以后進(jìn)一步鏈接時(shí)的輸入文件。 Simple ：默認(rèn)的鏈接方式，也是使用最為頻繁的鏈接方式，它鏈接生成簡(jiǎn)單的 ELF 格式的目標(biāo)文件，使用的是鏈接器選項(xiàng)中指定的地址映射方式。 Scattered ：使得鏈接器要根據(jù) scatter 格式文件中指定的地址映射，生成復(fù)雜的 ELF 格式的映像文件。一般情況下這個(gè)選項(xiàng)使用不太多。,在選中 Simple 方式后，就會(huì)出現(xiàn) Simple image。 R0 Base：這個(gè)文本框設(shè)置包含有 R0 段的加載域和運(yùn)行域?yàn)橥粋€(gè)地址，默認(rèn)是 0 x8000。這里用戶(hù)要根據(jù)硬件的實(shí)際 SDR

11、AM 的地址空間來(lái)修改這個(gè)地址，保證在這里填寫(xiě)的地址是程序運(yùn)行時(shí) SDRAM 地址空間所能覆蓋的地址。 RW Base：這個(gè)文本框設(shè)置包含 RW 和 ZI 輸出段的運(yùn)行域地址。如果選中 split 選項(xiàng)，鏈接器生成的映像文件將包含 2 個(gè)加載域和 2 個(gè)運(yùn)行域，此時(shí)，在 RW Base 中所輸入的地址為包含 RW 和 ZI 輸出段的域設(shè)置了加載域和運(yùn)行域地址。,在 Options 選項(xiàng)中，需要注意的是 Image entry point 文本框。它指定映像文件的初始入口點(diǎn)地址值，當(dāng)映像文件被加載程序加載時(shí)，加載程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到該地址處執(zhí)行。如果需要，用戶(hù)可以在這個(gè)文本框中輸入下面格式的入口點(diǎn)。 入

12、口點(diǎn)地址：這是一個(gè)數(shù)值，例如-entry 0 x0。 符號(hào)：該選項(xiàng)指定映像文件的入口點(diǎn)為該符號(hào)所代表的地址處。比如：-entry int_handler。 在此處指定的入口點(diǎn)用于設(shè)置 ELF 映像文件的入口地址。 需要注意的是，這 里不可以用符號(hào) main 作為入口點(diǎn)地址符號(hào)，否則將會(huì)出現(xiàn)“Image dose not have an entry point(Not specified or not set due to multiple choice)”的出錯(cuò)信息。,Layout選項(xiàng)在連接方式為Simple時(shí)有效，用來(lái)安排一些輸入段在映像文件中的位置。在上圖中，Place at Beginn

13、ing of Image選項(xiàng)用于指定某個(gè)輸入段放置在它所在的運(yùn)行時(shí)域的開(kāi)頭。,編譯鏈接：,文件輸出,9.2.4 AXD調(diào)試工具的使用,在軟件開(kāi)發(fā)的最初階段，可能還沒(méi)有具體的硬件設(shè)備。如果要測(cè)試所開(kāi)發(fā)的軟件是否達(dá)到了預(yù)期的效果，這可以由軟件仿真來(lái)完成。 當(dāng)然，也可以搭建一個(gè)PCB板，這個(gè)板上可以包含一個(gè)或多個(gè)處理器，在這個(gè)板上可以運(yùn)行和調(diào)試應(yīng)用軟件。 只有當(dāng)通過(guò)硬件或者是軟件仿真所得到的結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的效果，才算是完成了應(yīng)用程序的編寫(xiě)工作。,調(diào)試器能夠發(fā)送以下指令： 裝載映像文件到目標(biāo)內(nèi)存； 啟動(dòng)或停止程序的執(zhí)行； 顯示內(nèi)存，寄存器或變量的值； 允許用戶(hù)改變存儲(chǔ)的變量值。,進(jìn)入AXD調(diào)試工具,在

14、菜單File中選擇“Load image”選項(xiàng)，打開(kāi) Load Image對(duì)話(huà)框，找到要裝載的.axf映像文件，點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，就把映像文件裝載到目標(biāo)內(nèi)存中了。,Docking windows,Docking toolbars,Registers,Source/ Disassembly,Memory,選擇調(diào)試目標(biāo)： 點(diǎn)擊ADX窗口菜單【Options】選擇【Configure Target】，即彈出Choose Target 窗口，在沒(méi)有添加其它仿真驅(qū)動(dòng)程序前，Target 項(xiàng)中只有兩項(xiàng)，分別為ADP(JTAG 硬件仿真)和ARMUL(軟件仿真)。,調(diào)試工具條，從左到右依次為： 全速運(yùn)行(G

15、o) 停止運(yùn)行(Stop) 單步運(yùn)行(Step In)，與Step 命令不同之處在于對(duì)函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句，Step In 命令將進(jìn)入該函數(shù)。 單步運(yùn)行(Step)，每次執(zhí)行一條語(yǔ)句，這時(shí)函數(shù)調(diào)用將被作為一條語(yǔ)句執(zhí)行。 單步運(yùn)行(Step Out)，執(zhí)行完當(dāng)前被調(diào)用的函數(shù)，停止在函數(shù)調(diào)用的下一條語(yǔ)句。 運(yùn)行到光標(biāo)(Run To Cursor)，運(yùn)行程序直到當(dāng)前光標(biāo)所在行時(shí)停止。 設(shè)置斷點(diǎn)(Toggle BreakPoint),調(diào)試觀(guān)察窗口工具條，從左到右依次為： 打開(kāi)寄存器窗口(Processor Registers) 打開(kāi)觀(guān)察窗口(Processor Watch) 打開(kāi)變量觀(guān)察窗口(Context

16、Variable) 打開(kāi)堆棧觀(guān)察窗口（Back Trace） 打開(kāi)存儲(chǔ)器觀(guān)察窗口(Memory) 打開(kāi)反匯編窗口(Disassembly),處理器狀態(tài)觀(guān)察：,包括： 寄存器 變量 存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器窗口：,包括： 顯示格式 修改操作,單步執(zhí)行、斷點(diǎn)：,添加變量進(jìn)行觀(guān)察：,9.2.5 Wiggler JTAG 仿真器的安裝與應(yīng)用,簡(jiǎn)介 H-JTAG調(diào)試代理 使用Wiggler JTAG 仿真器,簡(jiǎn)介,MagicARM2410 實(shí)驗(yàn)箱配套的Wiggler JTAG 仿真器，支持ADS1.2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持單步、全速及斷點(diǎn)等調(diào)試功能。仿真器采用ARM 公司提出的標(biāo)準(zhǔn)20 腳JTAG 仿真調(diào)試接口，與

17、計(jì)算機(jī)連接采用標(biāo)準(zhǔn)25 針并口(即打印機(jī)口)。,要使用Wiggler JTAG 仿真器來(lái)調(diào)試ARM 處理器，除了ADS1.2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境外，還需要安裝一個(gè)ARM 調(diào)試代理軟件； 推薦使用H-JTAG 軟件，H-JTAG 軟件的特點(diǎn)如下： 支持ARM7/ARM9，支持自動(dòng)檢測(cè)和手動(dòng)指定內(nèi)核； 使用RDI 接口，支持SDT2.51、ADS1.2、REALVIEW 和IAR 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境； 支持ARM/Thumb 模式； 支持Little Endian ” 。,9.5 ARM匯編語(yǔ)言程序調(diào)試,無(wú)論進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)還是硬件電路設(shè)計(jì)，調(diào)試永遠(yuǎn)是不可缺少的、非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通常嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試

18、方法和類(lèi)型有很多種，最為常見(jiàn)的包括軟件模擬調(diào)試、硬件仿真器在線(xiàn)調(diào)試、Wiggler線(xiàn)纜調(diào)試和Linux環(huán)境下的gdb程序調(diào)試。,9.5.1 ADS軟件模擬環(huán)境下的程序調(diào)試,ADS軟件模擬調(diào)試是利用ARMUL.dll提供的一個(gè)軟ARM內(nèi)核，調(diào)試工具和待調(diào)試的嵌入式軟件都在主機(jī)上運(yùn)行，由主機(jī)提供一個(gè)模擬的目標(biāo)運(yùn)行環(huán)境，可以進(jìn)行語(yǔ)法和邏輯上的調(diào)試。它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，不需要嵌入式目標(biāo)板，軟件的調(diào)試功能較強(qiáng)；功能有限，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)調(diào)試。,9.5.2 ADS硬件仿真器環(huán)境下的程序調(diào)試,在ADS環(huán)境下利用JTAG硬件仿真器可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)調(diào)試，即在線(xiàn)調(diào)試嵌入式設(shè)備的Flash中的程序或者SDRAM中的程序

19、。由于仿真器自成體系，調(diào)試時(shí)既可以連接目標(biāo)板，也可以不連接目標(biāo)板，當(dāng)然仿真器的價(jià)格也相對(duì)比較貴。一般在程序的前期開(kāi)發(fā)，通常讓程序只在SDRAM中調(diào)試運(yùn)行，最后才下載到Flash中進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。,ARM仿真器是通過(guò)內(nèi)部硬件實(shí)現(xiàn)PC并口協(xié)議到串行JTAG（Jiont Test Action Gruop）協(xié)議的轉(zhuǎn)換。利用高速JTAG串行掃描鏈，通過(guò)調(diào)試通信通道（Debug Communications Channel,DCC）連接ARM核心內(nèi)嵌的名為“Embedded-ICE”的調(diào)試邏輯，調(diào)試邏輯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)ARM核心的寄存器、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)。,配置ADS以支持JTAG仿真器 啟動(dòng)ADS的調(diào)試器AX

20、D后，從菜單“Option”中選擇“Configure Target”,在彈出的窗口中，添加或選擇H-JTAG.dll（如圖所示）。,9.6 ARM匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言混合編程,ARM體系結(jié)構(gòu)支持C/C+以及匯編語(yǔ)言的混合編程，在一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)中，除了初始化部分用匯編完成以外，其主要的編程任務(wù)一般都用C/C+完成。 匯編語(yǔ)言和C/C+的混合編程通常有以下幾種方式： 匯編程序中調(diào)用C程序 C程序中調(diào)用匯編程序 C程序中內(nèi)嵌匯編語(yǔ)句 從匯編程序中訪(fǎng)問(wèn)C程序變量,9.6.1 匯編程序中調(diào)用C程序,2. C語(yǔ)言文件 /*C file, called by asmfile */ int cFun(int a, int b, int c) return a + b + c; 這里的參數(shù)傳遞是利用寄存器r0r2。需要指出的是當(dāng)函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)大于4時(shí)就要借助堆棧。,9.6.2 C程序中調(diào)用匯編程序,在匯編程序中使用EXPORT偽指令聲明程序，使得本程序可以被其他的程序調(diào)用；在C語(yǔ)言中使用EXTERN關(guān)鍵詞聲明該匯編程序，這樣就可以在C中使用該函數(shù)了。從C的角度，并不知道該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)是用C還是匯編。,9.6.3 C程序中內(nèi)