嵌入式課程設計報告
最近幾年，幾乎所有的IT 企業對應屆畢業生都有抱怨：動手能力太差，程式設計水平低下。下面和小編一起來看看報告吧！
嵌入式課程設計報告
Cortex-M3 是 ARM 公司基於 ARM V7 架構的新型晶片核心。 STM32V100-II 型是英蓓特 公司新推出的一款基於 ST 意法半導體 STM32 系列處理器(Cortex-M3 核心)的全功能 評估板。STM103V100-II 評估板有 USB，Motor Control，CAN，SD 卡，Smart 卡， UART，Speaker，LCD，LED，BNC，耳塞插孔等豐富的外設，有助於使用者輕鬆開發 STM32 的強大功能。STM32 系列使用了 ARM 最新的、先進架構 Cortex-M3 核心，本文論述 了在 Keil Realview 開發環境上開發基於組合語言的 LED 控制程式， 基於對 STM32 的 GPIO 暫存器寫值配置思想， 控制 EduKit-M3 實驗平臺的發光二極體 LED1、 LED2、 LED3、 LED4， 使它們有規律地點亮。
一、 設計概述
1.1、 設計需求
Keil Realview 開發環境上，全部採用組合語言程式設計，實現對 EduKit-M3 實驗平臺的發 光二極體 LED1、LED2、LED3、LED4 的亮滅控制，使它們有規律地點亮。 這裡採用例程提供的順序點亮方式，按照 LED1 亮 LED2 亮 LED3 亮 LED4 亮，如此反覆，要求每個 LED 亮滅之間延時一段時間，以增強可觀性。需要說明的是，這 僅僅作為程式控制 LED 的一種控制方式，基於點亮 LED 的控制原理，可以程式設計實現各種顯 示 LED 的亮滅模式，並提供一種通用的控制方法，要求程式可讀性強，易於修改。
1.2、 設計原理
（1）STM32 通用 GPIO 埠概述 STM32F10x 處理器上共有 7 個 I/O 埠：A、B、C、D、E、F、G，每個 16 個管腳 每組埠（暫存器必須以 32 位字形式訪問） 每組埠有以下暫存器： ， 32 位配置暫存器： GPIOx_CRL、GPIOx_CRH 32 為資料暫存器： GPIOx_IDR、GPIOx_ODR 32 位置位/復位暫存器： GPIOx_BSRR 16 位復位暫存器： GPIOx_BRR 32 為鎖定暫存器： GPIOx_LCKR I/O 口通用輸入、輸出埠配置為輸入時，每個 APB2 時鐘週期將埠資料送輸入寄存 器(GPIOx_IDR)，在輸入模式下，輸出是斷開的。輸出模式時：寫到輸出暫存器(GPIOx_ODR) 的值被傳給對應的 I/O 引腳。在輸出模式下，輸入是允許的 （2）程式設計原理 EduKit-M3 實驗平臺上，透過寫值配置埠資料輸出暫存器 GPIOC_ODR[15:0]值，可 以實現對四個 LED 的亮滅控制， 因為 C 口[9:6]位和四個 LED 燈連通。 而這裡主要是透過對 時鐘控制暫存器以及埠 C 的各配置暫存器和輸出暫存器寫值， 以達到配置埠， 控制 LED 的目的。 組合語言與 C 語言相比，要求更加貼近硬體，瞭解 M3 核心的內部結構和暫存器地址。 基於組合語言的程式設計控制， 只需要找出需要配置的埠基地址， 然後弄清楚各暫存器的偏移 地址，以及各暫存器每位的含義，按照要求寫 1 或寫 0 即可。
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二、 硬體設計：
2.1 硬體電路
2.2 硬體電路描述
本設計是基於 EduKit-M3 實驗平臺的嵌入式開發例項， EduKit-M3 實驗平臺有四個 LED 燈，分別為 LED1、LED2、LED3、LED4，對應的連線到 I/O 的 C 口 PC.6、PC.7、PC.8、 PC.9 四位輸出位上，不需要外擴電路或者額外接線，簡單易行。
三、 軟體設計
3.1 程 序 流 程 圖
3.2 軟 件 設 計 描 述
（1）整個工程包含 3 個原始檔：STM32F10x.s、和 my led.s，stm32f10x_lib.c 其中3STM32F10x.s 為啟動程式碼， 。啟動程式碼作用是：1）堆和棧的初始化；2）向量表定義；3）地 址重對映及中斷向量表的轉移；4）設定系統時鐘頻率；5）中斷暫存器的初始化；6）進入 彙編主程式。my led.s 是彙編主程式，完成所有控制功能。
（2）程式工作原理概述： 對於 LED 的控制，主要透過對 I/O 埠的配置，將對應的暫存器相應的位寫 1 寫 0 控 制。程式首先要經過啟動程式碼段進行相關的啟動配置，然後跳轉到彙編主程式。 彙編主程式完成了時鐘、埠配置以及 LED 點亮的所有功能。首先需要對於系統時鐘進 行配置，已獲得系統所用頻率。 然後進行埠配置低、高暫存器配置，獲得輸入輸出模式以及最大速度。將時鐘和埠 配置完成後，就可以對輸出暫存器進行對應位的寫值控制了，從而達到控制 LED 的目的，高 電平點亮，低電平熄滅。 點亮 LED 後，轉入延時子程式，延時子程式寫值 0X000FFFFF，做暫存器值減法，減到 0 後，過程所需時間即是延時時間，即單個 LED 點亮時間。本程式設定迴圈點亮模式，即 LED1 到 LED4 順序迴圈點亮，將對應位逐次寫 1，如果需要修改點亮模式，只需修改暫存器的值以 及寫值順序即可。
（3）暫存器配置描述 埠配置低暫存器(GPIOC_CRL) C口基地址：0X40011000 偏移地址：0x00 復位值：0x44444444 暫存器配置：0X22222222 功能含義： 口配置低暫存器為模擬輸入模式， 端 通用推輓輸出模式， 輸出模式， 最大速? 2MHz
埠配置高暫存器(GPIOC_CRH) C口基地址：0X40011000 偏移地址：0x04 復位值：0x44444444 暫存器配置：0X22222222 功能含義： 口配置高暫存器為模擬輸入模式， 端 通用推輓輸出模式， 輸出模式， 最大速? 2MHz 埠輸出資料暫存器(GPIOC_ODR) C口基地址：0X40011000 地址偏移：0Ch 暫存器配置 0xfffffc4f 0xfffffc8f 復位值：00000000h 功能含義 PC.6 位寫 1，對應點亮 LED1 PC.7 位寫 1，對應點亮 LED2
40xfffffd0f 0xfffffe0fPC.8 位寫 1，對應點亮 LED3 PC.9 位寫 1，對應點亮 LED4
時鐘控制暫存器(RCC_CR) 復位和時鐘基地址：0X40021000 偏移地址: 0x00 復位值: 0x000 XX83 暫存器配置：0X00000003 功能含義：PLL 未鎖定，PLL 關閉，時鐘監測器關閉，外部 1-25MHz 振盪器沒有旁?，外部 1-25MHz 時鐘沒有就緒，HSE 振盪器關閉內部 8MHz 時鐘就緒，內部 8MHz 時鐘開啟。 時鐘配置暫存器(RCC_CFGR) 復位和時鐘基地址：0X40021000 偏移地址: 0x04 復位值: 0x0000 0000 暫存器配置：0X00000000 功能含義：沒有時鐘輸出，PLL 時鐘 1.5 倍分頻作為 USB 時鐘，PLL 2 倍頻輸出，HSE 不分 頻，HSI 時鐘 2 分頻後作為 PLL 輸入時鐘，PCLK2 2 分頻後作為 ADC 時鐘，HCLK 不分頻， HCLK 不分頻，SYSCLK 不分頻，HSI 作為系統時鐘，HSI 作為系統時鐘。 AHB外設時鐘使能暫存器 (RCC_AHBENR) 復位和時鐘基地址：0X40021000 偏移地址：0x14 復位值：0x0000 0014 暫存器配置：0X00000014 功能含義：睡眠模式時快閃記憶體介面電路時鐘開啟，睡眠模式時 SRAM 時鐘開啟，DMA 時鐘關 閉 APB2 外設時鐘使能暫存器(RCC_APB2ENR) 復位和時鐘基地址：0X40021000 偏移地址：0x18 復位值：0x0000 0000 暫存器配置：0XFFFFFFFF 功能含義：USART1 時鐘開啟，SPI1 時鐘開啟，TIM1 時鐘開啟，ADC2 時鐘開啟，ADC1 時鐘開啟，IO 口 E 時鐘開啟，IO 口 D 時鐘開啟，IO 口 C 時鐘開啟，IO 口 B 時鐘開啟，IO 口 A 時鐘開啟，輔助功能 IO 時鐘開啟
3.2 主 要 程 序 說 明
（1）啟動程式碼轉入彙編主程式的設定： 【啟動程式碼段設定： 】 Reset_Handler PROC EXPORT Reset_Handler [WEAK] IMPORT MAIN ；宣告外部函式，匯入符號 LDR R0, =MAIN ；等待工作呼叫 BX R0 ；跳轉到彙編主程式 MAIN 函式 ENDP ；過程段結束 【彙編主程式設定： 】 AREA MYCODE,CODE,READONLY ；定義一個程式碼段，屬性為只讀 EXPORT MAIN MAIN PROC （主程式功能段開始） EndP END （2）彙編主程式 ;配置時鐘
5LDR R1,=0X40021000 LDR R0,=0X00000003 STR R0,[R1,#0X00] LDR R0,=0X00000000 STR R0,[R1,#0X004] LDR R0,=0X00000014 STR R0,[R1,#0X14]
時鐘控制暫存器入口
配置時鐘控制暫存器(RCC_CR)
配置時鐘配置暫存器(RCC_CFGR)
配置 AHB 外設時鐘使能暫存器 RCC_AHBENR
LDR R0,=0XFFFFFFFF STR R0,[R1,#0X18] ;配置 APB2 外設時鐘使能暫存器(RCC_APB2ENR) ;----------------------------------------------------------------------------------------------------;配置埠 MOVS R0,#0X22222222 LDR R1,=0X40011000 STR R0,[R1,#0X00] ;配置埠配置暫存器 GPIOC_CRL MOVS R0,#0X22222222 LDR R1,=0X40011000 STR R0,[R1,#0X04] ;配置埠配置暫存器 GPIOC_CRH ;---------------------------------------------------------------------------------------------------;點 亮 LED LDR R0,=0xfffffc4f STR R0,[R1,#0X0C] ;將 0xfffffc4f 寫進 GIPOC_ODR, 點亮 LED1 BL DELAY ;延時 --------------------------------------------------------------------------------------------------------LDR R0,=0xfffffc8f STR R0,[R1,#0X0C] ;將 0xfffffc8f 寫進 GIPOC_ODR, 點亮 LED2 BL DELAY ;延時 -------------------------------------------------------------------------------------------------------LDR R0,=0xfffffd0f STR R0,[R1,#0X0C] ;將 0xfffffd0f 寫進 GIPOC_ODR, 點亮 LED3 BL DELAY ;延時 -------------------------------------------------------------------------------------------------------LDR R0,=0xfffffe0f STR R0,[R1,#0X0C] ;0xfffffe0f 寫進 GIPOC_ODR, 點亮 LED4 BL DELAY ;延時 -------------------------------------------------------------------------------------------------------B MAIN ;跳到 MAIN 函式 ;------------------------------------------------------------------------（2）延時子程式 DELAY
6LDR R3,=0X000FFFFF ；延時控制字 DELAY_1 SUBS R3,R3,#0X01 ；延時控制字自減 BEQ DELAY_OUT ；為 0 跳出返回 B DELAY_1 ；不為 0 迴轉繼續做減法 DELAY_OUT BX LR ；程式返回
四、 除錯與結果
4.1 調 試 過 程
(1) 使用 Keil uVision3 透過 ULINK 2 模擬器連線 EduKit-M3 實驗平臺，開啟建立的' my led controler 工程，點選子目錄下的 my led.s 檔案，編譯連結工程。 設定 Flash——Debug， 選擇 Cortex-M3 J-LINK， Flash——Utilities， 同樣選擇 Cortex-M3 J-LINK，效果如下
點選編譯連結，生成 HEX 檔案
點選 Load，下載源程式到 STM32，執行程式 (2) 選擇軟體除錯模式，點選 MDK 的 Debug 選單，選擇 Start/Stop Debug Session 項或 Ctrl+F5 鍵。
7在邏輯分析儀中新增 GPIOC_ODR.6、GPIOC_ODR.7、GPIOC_ODR.8、GPIOC_ODR.9， 點選 Run 按鈕即可在邏輯分析儀中看波形。
4.2 測 試
本程式由於大量的涉及到原理簡單，測試方便，只需要單步執行，檢視暫存器的值，就 可以測試程式的正確性。
（1） 程式開始時各暫存器的值
（2）將時鐘控制暫存器入口基地址賦值給 R1
（3）R1 既已經被賦值了時鐘控制暫存器入口地址，利用偏移地址將時鐘各控制暫存器的地 址賦值給（R1+偏移量） 達到配置 RCC_CR、RCC_CFGR、RCC_AHBENR、RCC_APB2ENR 的目的， ， 集體暫存器值變化如下：
8（4）埠配置情況測試：I/O C 口入口地址寫進通用暫存器 R1，利用基地址加偏移地址找 到埠配置暫存器 GPIOC_CRL、GPIOC_CRH，然後將控制字 0X22222222 寫進該暫存器。
（5）埠輸出資料暫存器(GPIOx_ODR) 的值的變化，直接反映了外部 LED 的亮滅變化， 採用逐位寫 1 的方式，實現迴圈點亮，此時通用 R1 已經被寫進了 C 口的入口基地址，只需 加上偏移地址#0X0C，便是 GPIOx_ODR 的地址，每次寫值控制 LED 點亮後，程式跳轉到延 時子程式，所測試結果如下： 【將 0xfffffc4f 寫進 GIPOC_ODR 點亮 LED1】 【延時子程式執行暫存器變化情況】
當轉入延時子程式後，暫存器 R3 值做減 1 演算法，從 0X000FFFFF 迴圈減至 0，是為延時 時間，然後繼續跳轉至埠輸出暫存器配置，點亮 LED2，接著再次跳轉到延時子程式，R39再次做減 1 運算，如此控制 LED 迴圈點亮。 【轉入延時子程式】
【退出延時子程式對 LED2 對應位寫 1 況】
4.3 結 果 及 描 述
（1）邏輯分析儀中波形：
GPIOC_ODR.6、 GPIOC_ODR.7、 GPIOC_ODR.8、 GPIOC_ODR.9 的波形即對應的 LED1、 LED2、LED3、LED4 高低電平波形，由此可以驗證程式的正確性，即 LED 確實按照程式的 思想迴圈順序點亮。
（2）當將程式下載到 STM32 中後，EduKit-M3 實驗平臺上四個 LED 確實迴圈點亮，進一 步驗證控制程式的正確性。
五、總結
本設計是基於 STM32 的組合語言編寫的 LED 迴圈順序點亮控制程式，原理簡單易行， 程式可修改性和可讀性強， 件電路也很簡單， 需要外擴電路， 接利用試驗檯內部接線， 硬 不 直 透過對 GPIO 的控制來相應地點亮 LED 燈。 整個控制程式只需要找到相應的時鐘、埠、輸出暫存器的地址，以及各控制暫存器的 偏移地址，直接定址寫值控制，這是與 C 語言程式最大的不同點，即彙編程式設計更加的貼近硬 件，要求熟悉內部暫存器的地址，熟悉如何配置各位，這就要求對暫存器每位的含義非常清 楚。 透過用匯編語言編寫 I/O 控制程式， 進一步熟悉瞭解了 STM32 GPIO 操作， 以及 CORTEX M3 的內部架構和優點，學會了如何使用 KEIL Realview 開發 STM32，以及如何進行程式單 步除錯，暫存器值檢視。瞭解了 EduKit-M3 實驗平臺內部結構和優良的功能。
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