嵌入式系统实验报告（C 语言实验）

第一部分指导手册实验分析

1 LED 流水灯

这是我们学习C 语言实验的第一个示例，项目的烧录、执行与汇编相同，这里我们简要分析一下我们的项目。

首先我们从main 函数开始，它有两个函数，do_system_initial 和led_initial。do_system_initial 函数首先会调用led_initial 函数初始化led,再通过tester_led 函数控制相应LED 的亮与灭。

1.1 do_system_initial
查阅手册可知，6818 芯片共有160 个GPIO 接口，分为5 组。我们只需通过修改对应寄存器的值，就能完成对他们的初始化。在之前汇编语言编程中，我们就修改了它的复用功能选择寄存器、输出使能寄存器、输出寄存器等。
我们先简要介绍一下LED 灯的初始化。

对LED 灯的初始化方法如下：

在这里，16 端口代表LED1 灯。具体如下：
(1)gpio_set_cfg 函数用于将GPIO_A16 设置为GPIO 功能, 如要作为输出使用，需要将复用功能寄存器设为00, 即第二个参数为0。
(2)gpio_set_pull 函数用于将GPIO_A16 设置为上拉或者下拉。这涉及到CMOS 制作工艺的问题，在此不再详细讨论，只需知道，低电平有效设为下拉，高电平有效设为上拉。
(3)gpio_direction_output 函数通过修改GPIO_OUTENB 和GPIO_OUT寄存器将GPIO_A16 设置为输出,

(4)gpio_set_value 函数用于GPIO_A16 设置为低电平。对其它的LED 灯执行同样的操作，我们便完成了LED 灯的初始化。

1.2 tester_led

函数如下：

通过全局变量index 选择LED 灯，利用led_set_status 函数控制LED 灯的亮灭。led_set_status 函数内部调用gpio_direction_output 函数，将对应的端口设置为1 或0, 从而控制LED 灯。

2 按键控制LED

该实验实现了，按下VOL+,VOL-两个按键来控制LED 灯的亮灭。

2.1 初始化

LED 灯初始化不再赘述。按键初始化方法如下：

首先还是用gpio_set_cfg 函数，将VOL+ 和VOL-端口设为GPIO 模式，gpio_set_pull 将其上拉，gpio_direction_input 将端口方向设定为输入。

2.2 轮询

初始化之后，用while 循环进入忙等待状态，不断调用get_key_event(&keyup,&keydown)，当发生按下时，keydown 被修改为1; 当按键按起时，keyup 被修改为1。当检测到修改为1 时，我们便可以调用led_set_status 函数修改LED 灯的亮灭。代码太多，不在此展示了。至此，该实验完成。

3 按键中断
在上一个实验中，忙等待的方式浪费了CPU 的大量时间，效率非常大。一种很好的改进方法是采用中断的方式，节省CPU 开销。(当然缺点是，高效的中断需要硬件实现，增加了电路复杂度) 下面我们介绍一下编程的流程。

3.1 中断初始化

调用s5p6818_irq_init() 函数实现对中断硬件寄存器的初始化。在函数内部，定义中断句柄的func，在指令执行的中断周期，CPU 就会去访问event detect 寄存器，如发现有1, 则执行中断处理程序。
这些是计算机组成原理的知识，只编程的话不需要考虑那么多，所以在此不再赘述，只需知道如要用到中断，先调用一下s5p6818_irq_init() 函数即可。

3.2 中断处理函数

在操作系统中，每一种中断都绑定了一种中断处理函数，存在中断向量表中。类似的，在这里我们需要为端口绑定中断处理函数，request_irq 函数帮我们解决了这个问题。它的函数原型如下：

它做了三件事，如下：
(1) 函数内部调用irq_search(name), 根据参数1 传入的端口名称找到对应的中断请求结构struct irq_t，该结构类似中断向量表，保存了它的中断名称，编号，中断函数，使能，触发条件等。

(2) 将第二个参数，即你自己定义的函数指针，赋值给中断请求结构，将第三个参数，即触发条件(下降沿触发或者上升沿触发) 赋值给irq_t，并将data 赋值给irq_t->handler->data。
(3) 开中断

于是，我们写好中断处理程序，用该函数绑定好端口，便实现了中断功能。具体中断处理函数，不再赘述。

4 串口输入
串口通信是我们的PC 与实验箱通信的一种方式。通过串口线连接，便能够实现PC 和实验箱的交互。
4.1 初始化
s5p4418_serial_initial(void) 函数初始化串口，内部实现了对输入输出串口端口的初始化。
4.2 测试

测试函数如下：

首先调用s5p6818_serial_write_string 函数向串口中输出一条信息。之后，在while 循环中调用s5p6818_serial_read 监听串口的信息，从缓冲区中读取数据，第一个参数是串口号，第二个参数是存放数据的缓冲区，第三个参数是读取的字节数，函数返回1 说明读取成功。之后调用s5p6818_serial_write函数再写回串口。我们的PC 端的Putty 程序会检测到实验箱发来的串口数据，在屏幕上显示出来。

5 移植printf 函数实验
serial_printf 函数内部封装了s5p6818_serial_write_string，并实现了我们C 语言中的printf 函数的功能(即字符串的格式化输出，例如使用占位符等等)。

函数原型如下：

ch 是串口号，fmt 是你要输出的字符串，后面的参数是替代占位符的变量。

第二部分本次实验

6 实验介绍

第一次实验中，我们在裸机下用汇编语言实现了蜂鸣器和跑马灯相结合，知道了裸机启动流程以及如何使用GPIO 端口控制灯光和蜂鸣器。现在，我们要用C++ 来再次实现它，并添加一些额外的功能。

7 实验要求
1：按下Vol+,4 个LED 灯逐个亮灭并伴随蜂鸣器。按下Vol-,LED 灯灭，蜂鸣器关闭。
2：通过print 将“LED Lighting” 和”buzzer working” 输出到串口

3：按下PC 的”p”按键，通过串口输入显示。

8 实验实现
8.1 步骤一：System initial

系统初始化函数执行如下：

可以看到，第15 行之前的代码都是比较固定的代码，包括芯片的初始化，串口的初始化等等，之后便是我们需要用到的LED、蜂鸣器以及按键的初始化。
这三种器件的初始化流程还是和汇编的流程相同，读入功能选择寄存器GPIOAALTFN0 和GPIOAALTFN1，将对应的位设为0，在输出使能端GPIOAOUTENB 将我们需要使用的端口设为1，即使能。之后，我们开始执行我们自己写的函数。

8.2 步骤二：按键控制

为了实现按键控制，显然忙等待是一种解决思路，但从性能上看并不是一个好的选择。利用中断实现似乎是更好的方法。ARM 架构为我们提供了中断的接口，我们只需用函数调用即可。基本流程同之前的按键中断实验，
不再赘述。
但要注意的是，由于该架构不支持中断嵌套，在执行中断时会屏蔽其他中断，所以我们不能在中断函数中写循环函数，只能用一个临界区的变量来控制，主函数中执行循环。因此，Vol+ 的中断函数如下：

Vol-函数类似，不再赘述。

而主函数执行如下代码：

其中调用的函数执行如下：

8.3 步骤三：输出串口

这一步的实现，仍然可以调用封装好的函数。serial_printf 函数执行输出一个字符串到指定串口的功能。它的第一个参数是串口号，第二个参数就是你要输出的字符串了。

8.4 步骤四：PC 按键的串口显示
s5p6818_serial_read（int ch, u8_t * buf, size_t count）函数从ch 串口读入count 个字符，放入缓冲区buf 中。若读取成功，返回1, 否则返回0.

之后我们再利用s5p6818_serial_write(0, &buf, 1); 这个函数，将字符写入串口中，就完成了重定向，也即将PC 的输入重定向到串口中，在显示器上显示出来。

9 实验结果

结果如下所示：

至此，C 语言的实验完成！