Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование микроконтроллеров семейства CORTEX-M. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Институт управления и цифровых технологий
Кафедра вычислительных систем, сетей и информационной безопасности
М.И. Шамров
ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
СЕМЕЙСТВА CORTEX-M
Учебное пособие
для студентов направлений «Информатика и вычислительная техника»
и «Информационная безопасность»
Москва – 2020
УДК 681.3
Ш 19
Шамров М.И., Программирование микроконтроллеров семейства
CORTEX-M: Учебное пособие. – М.: РУТ(МИИТ), 2020. – 88 с.
Пособие предназначено для изучения вопросов программирования мик-
роконтроллеров CORTEX-M3 на основе процессорных ядер версии 7 архитектуры ARM. Рассмотрена интегрированная среда разработки Keil MDK Microcontroller Development Kit и способы ее настройки и применения в режиме симулятора и для работы с демонстрационно-отладочной платой на базе микроконтроллера К1986ВЕ92QI. Приводится методика разработки и отладки программ в среде Keil MDK с использованием языка ассемблера. Разработаны циклы лабораторных работ для изучения микроконтроллера в среде симулятора и с
применением демонстрационно-отладочной платы.
Пособие ориентировано для студентов, обучающихся по направлениям
«Информатика и вычислительная техника», «Информационная безопасность».
Может быть использовано в курсах, связанных с изучением современных вычислительных машин и систем: «Организация ВМ и систем», «Микропроцессорные системы», «Архитектура вычислительных систем и комплексов», «Системы реального времени» и других.
Р ецен з е н ты: Первый заместитель директора АО НИИАС
доктор технических наук
Розенберг Е.Н.
Профессор кафедры ЦТУТП РУТ (МИИТ),
доктор технических наук
Лецкий Э.К.
© РУТ (МИИТ), 2020
3
стр
1.
Интегрированная среда разработки Keil
MDK Microcontroller Development Kit……………………………..
5
1.1
5
1.2
7
1.3
К1986ВЕ92QI в среду Keil uVision 5………………………………….
13
2.
Создание и настройка нового проекта в режиме симулятора…..
16
2.1
Запуск Keil μVision…………………………………………………….
16
2.2
Открытие проекта……………………………………………………...
17
2.3
Выбор типа микроконтроллера……………………………………….
17
2.4
Настройка проекта……………………………………………………..
19
2.5
Создание исходного текста программы………………………………
23
3.
Создание и настройка нового проекта с использованием демонстрационно-отладочной платы ……………………………….
25
3.1
Подключение платы к ПЭВМ…………………………………………
25
3.2
Открытие нового проекта……………………………………………...
26
3.3
Выбор типа микроконтроллера ………………………………………
26
3.4
Настройка проекта …………………………………………………….
27
4.
Разработка и отладка программ на языке ассемблера
в среде Keil MDK……………………………………………………...
31
4.1
Язык ассемблера для микроконтроллера 1986ВЕ92QI……………...
31 4.1.1.Формат строки программы……………………………………...
31
4.1.2. Символы, литералы, выражения и операторы………………...
33
4.1.3.Директивы ассемблера…………………………………………..
35 4.1.4. Система команд………………………………………………….
39 4.1.5.Структура программы…………………………………………...
45
4.2
Средства отладки программ и их применение……………………….
54
4.2.1.Основные опции, доступные в режиме отладки……………….
55
4.2.2.Управление точками останова………………………………….
56
ОГЛАВЛЕНИЕ
4
4.2.3.Мониторинг областей памяти с использованием окна Memory
57
4.2.4.Окно регистров…………………………………………………...
58
4.2.5. Пример отладки программы …………………………………...
58
5.
Лабораторные эксперименты в режиме симулятора……………
61
5.1
Изучение интегрированной среды разработки Keil µVision. Инсталляция, настройка. …………………………………………………
61
5.2
Создание и запуск проекта в среде Keil µVision в режиме симулятора с использованием языка ARM ассемблера……………………..
61
5.3
Изучение программистской модели микроконтроллера
К1986ВЕ92QI…………………………………………………………..
64
5.4
Выполнения арифметических операций……………………………..
64
5.5
Обработка многобайтных чисел……………………………………...
66
5.6
Логические операции над битами многоразрядных слов…………..
69
5.7
Организация подпрограмм…………………………………………….
71
6.
Лабораторные эксперименты с отладочной платой……………..
74
6.1
Создание проектов в среде Keil MDK для работы с демонстрационно-отладочной платой………………………………………………
74
6.2
Работа с портами ввода-вывода микроконтроллера К1986ВЕ92QI...
77
6.3
Изучение работы системного таймера микроконтроллера………….
81
6.4
Оценка производительности ядра ……………………………………
84 Литература……………………………………………………………...
87
5
1. Интегрированная среда разработки Keil MDK Microcontroller Devel-
opment Kit
1.1. Общие сведения
Интегрированная среда разработки (англ. IDE - Integrated development environment) представляет собой комплекс программных средств для разработки
программного обеспечения (ПО). Базовыми компонентами IDE являются:
текстовый редактор,
транслятор (компилятор и/или интерпретатор),
средства автоматизации сборки,
отладчик.
Дополнительно в состав IDE могут быть включены разнообразные инструменты для упрощения интерфейса пользователя, симуляторы процессоров,
средства связи с отлаживаемым устройством и др.
Keil MDK Microcontroller Development Kit (далее Keil) ) - это среда IDE,
предназначенная для разработки программного обеспечения устройств на базе
микроконтроллеров с архитектурой ARM [1] и включающая все компоненты,
необходимые для создания, сборки и отладки программ. Среда состоит из основных компонентов MDK и программных пакетов, которые могут быть загружены и установлены на основе требований создаваемой программы.
В таблице 1.1 представлен состав линеек продуктов Keil MDK. В данной
работе будет использоваться Lite-версия среды (MDK-Lite), которая предназначена для оценки продукта, небольших проектов и образовательных целей. На
данную версию среды наложен ряд ограничений. Главные из них:
Отладчик поддерживает программы размером 32 Кбайта или мень-
ше. Программы, которые содержат более 32 Кбайт кода и данных,
не будут компилироваться, собираться или связываться.
Проекты не будут компилироваться с включенным листингом для
языков высокого уровня: Target -> Listing -> C Compiler Listing.
6
Таблица 1.1
Линейки продуктов Keil MDK
Microcontroller Development Kit Editions
Components
MDK-
Professional
MDK-
Plus
MDK-
Essentia
l
MDK-
Lite
µVision IDE with Editor and Pack Installer
+
+ + +
Arm C/C++ Compiler (armcc)
+
+
+
32KB
Arm Macro Assembler (armasm)
+
+ + +
Arm Linker (armlink)
+
+
+
32 KB
Arm Utilities (fromelf)
+
+ + +
Arm C and C ++ Libraries
+
+ + +
Arm C Micro-Library (microlib)
+
+ + +
µVision Debugger
+
+
+
32 KB
Библиотеки CMSIS и промежуточного ПО
(CMSIS - The Cortex Microcontroller Software Inter-
face Standard)
CMSIS-CORE, CMSIS-DSP, CMSIS-RTOS
RTX
+
+ + +
File System, Graphic, Network IPv4, USB Device
+
+
File System, Graphic, Network IPv4/IPv6,
USB Host/Device
+
ARM процессоры, поддерживаемые Keil
MDK
Arm Cortex-M0, M0+, M1, M3, M4, M7
+
+ + +
Arm Cortex-M23, M33 (non-secure)
+
+ +
Arm Cortex-M23, M33 (secure)
+
+
Arm7, Arm9, Cortex-R4
+
+
SecurCore
+
+
Оборудование и программное обеспечение для установки MDK-
ARM должно отвечать следующим минимальным (рекомендуе-
мым) требованиям:
32(64) - разрядный процессор с тактовой частотой 1 ГГц
1 (4) ГБ ОЗУ
2 (5) ГБ свободного места на жестком диске
ПК, на котором установлена операционная система Microsoft
Windows 7, 8, 8.1 или 10 (32-разрядная или 64-разрядная)
7
Разрешение экрана 1280 x 800 или выше; мышь или другое указы-
вающее устройство.
Интернет-соединение со скоростью не менее 2 Мбит/с для актива-
ции программного обеспечения, обновлений продуктов и онлайнсервисов, таких как установщик пакетов.
1.2. Установка пакета Keil MDK
Для установки пакета необходимо его скачать с официального сайта Keil
(www.keil.com). Переходим по данному адресу, открывается главная страница
сайта. Нажимаем кнопку Download:
Далее переходим в раздел Product Downloads, выбрав его из списка:
Среди предлагаемых пакетов к загрузке выбираем MDK-Arm:
Далее необходимо заполнить форму и нажать кнопку Submit. Пример заполнения:
8
Затем открывается раздел, в котором можно ознакомиться с системными
требованиями, ограничениями среды и дополнительными инструкциями по
установке. Для загрузки самого пакета переходим по ссылке MDK525EXE:
9
После загрузки пакета, начинаем его установку. В открывшемся главном
окне установщика нажимаем Next >>:
Соглашаемся с условиями лицензионного соглашения, помечая галкой
согласие с ними и нажимаем Next >>:
10
Выбираем путь для установки ядра MDK-ARM и пакетов к нему, затем
нажимаем Next >>:
Заполняем информацию о себе и нажимаем Next >>:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]