Программное обеспечение встраиваемых систем

В. И. МЯСНИКОВ 

 
 
 
 

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 

ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ 

 

 

Лабораторный практикум  

 

 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2018 

УДК 681.3 
ББК  32.97 

М 88 

 
 
Рецензенты: 

технический директор СКБ «Хроматэк» В. С. Устюгов; 
канд. техн. наук, доцент кафедры ПиП ЭВС  ПГТУ В. В. Кошкин 
 
 
 
 
 
 

Печатается по решению  

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 
 
Мясников, В. И. 

М 88     Программное обеспечение встраиваемых систем: лабораторный 

практикум / В. И. Мясников. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2018. – 148 с.  
ISBN 978-5-8158-1929-0 

 

Приведены необходимые теоретические сведения об аппаратном по
строении и программном обеспечении микропроцессорного стенда SDK2.0, в основе которого лежит однокристальный микроконтроллер 
LPC2292, имеющий в своем составе разнообразные устройства, предназначенные для ввода, обработки и вывода информации в цифровом и аналоговом виде. 

Для студентов направления подготовки 09.04.01 «Информатика и вы
числительная техника». 

УДК 681.3 
ББК 32.97  

 

ISBN 978-5-8158-1929-0 
 Мясников В. И., 2018 
 Поволжский государственный  
технологический университет, 2018 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие .................................................................................................. 4 
Введение ........................................................................................................ 5 
Общие сведения о стенде ............................................................................. 7 
Техника безопасности при выполнении лабораторных работ .................. 9 
 
1. АРХИТЕКТУРА СТЕНДА SDK-2.0. ИНТЕГРИРОВАННАЯ  
СРЕДА РАЗРАБОТКИ. .............................................................................. 11 

1.1. Теоретическая часть....................................................................... 11 
1.2. Порядок выполнения работы ....................................................... 35 
1.3. Содержание отчета ........................................................................ 36 
1.4. Контрольные вопросы .................................................................. 36 

2. ДИСКРЕТНЫЕ ПОРТЫ ВВОДА/ВЫВОДА ...................................... 37 

2.1. Теоретическая часть ...................................................................... 37 
2.2. Порядок выполнения работы ........................................................ 53 
2.3. Содержание отчета ........................................................................ 55 
2.4. Контрольные вопросы ................................................................... 55 

3. ТАЙМЕРЫ. КОНТРОЛЛЕР ПРЕРЫВАНИЙ .................................... 56 

3.1. Теоретическая часть ...................................................................... 56 
3.2. Порядок выполнения работы ....................................................... 72 
3.3. Содержание отчета ........................................................................ 73 
3.4. Контрольные вопросы .................................................................. 74 

4. УПРАВЛЕНИЕ  ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ  ИНТЕРФЕЙСОМ ....... 76 

4.1. Теоретическая часть...................................................................... 76 
4.2. Порядок выполнения работы ..................................................... 106 
4.3. Содержание отчета...................................................................... 108 
4.4. Контрольные вопросы ................................................................ 108 

5. КЛАВИАТУРА.................................................................................... 109 

5.1. Теоретическая часть ................................................................... 109 
5.2. Порядок выполнения работы ..................................................... 124 
5.3. Содержание отчета ..................................................................... 126 
5.4. Контрольные вопросы ................................................................ 126 

6. ГРАФИЧЕСКИЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР 128 

6.1. Теоретическая часть ................................................................... 128 
6.2. Порядок выполнения работы ..................................................... 143 
6.3. Содержание отчета ..................................................................... 144 
6.4. Контрольные вопросы ................................................................ 144 

 
Заключение ............................................................................................... 146 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Микропроцессорные системы, которые непосредственно вза
имодействуют с объектом управления или контроля, принято 
называть встроенными (embedded). В связи с появлением большого количества разнообразных микроконтроллеров, встроенные 
системы в последнее время широко внедрились почти во все области деятельности человека. 

Данный лабораторный практикум посвящен вопросам разра
ботки программного обеспечения для учебного стенда SDK-2.0. 
Поэтапное обучение осуществляется, начиная со структуры и 
принципиальной схемы стенда, путем постепенного усложнения 
программной части.  

Лабораторный практикум включает в себя 6 лабораторных ра
бот, каждая из которых начинается с теоретической части, после 
которой описан порядок проведения работы и приведена структура отчета по ней. Далее следуют контрольные вопросы и учебно-методическое обеспечение. 

В первой работе описана структура стенда SDK-2.0 и исполь
зуемое инструментальное программное обеспечение, приведен 
пример простой программы. Цель – научиться работать со стендом: компилировать и отлаживать исходные тексты программ, 
загружать их в память стенда при помощи инструментальных 
средств. 

Остальные лабораторные работы посвящены отдельным со
ставным частям микроконтроллера: дискретным портам ввода/вывода, таймерам, контроллеру прерываний, универсальному 
асинхронному приемо-передатчику, а также модулям стенда: светодиодным индикаторам, клавиатуре, графическому жидкокристаллическому индикатору. В работах рассматривается как аппаратная 
часть 
модулей, 
так 
и 
особенности 
составления 

программного обеспечения для них. 

Лабораторный практикум адресован студентам, обучающимся 

по направлению подготовки 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника», а также студентам других специальностей,  интересующимся разработкой встраиваемых приложений. 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
В настоящее время довольно стремительными темпами внед
ряются в нашу жизнь дешевые и мощные микроконтроллеры.  
Микроконтроллеры, используемые в различных устройствах, выполняют функции интерпретации данных, поступающих с клавиатуры пользователя или от датчиков, определяющих параметры 
окружающей среды, обеспечивают связь между различными 
устройствами системы и передают данные другим приборам. 
Разработка систем на базе микроконтроллеров – микропроцессорных систем (МПС) – это как аппаратная, так и программная 
задача. 

Микропроцессорные системы, которые непосредственно вза
имодействуют с объектом управления или контроля, принято 
называть встроенными. Встраиваемые вычислительные системы 
являются важнейшим элементом любой современной системы 
автоматики, медицинского или бытового прибора, устройства 
связи. Во всех этих устройствах одним из основополагающих 
принципов внутренней организации и применения является 
принцип программируемости. Традиционное разделение вычислительных устройств на аппаратную и программную составляющие определило существование и активное развитие соответствующих технологий проектирования этих частей.  

Микроконтроллеры являются неотъемлемыми компонентами 

современных устройств и систем, прежде всего потому, что их 
высокая надежность, относительно низкая стоимость, гибкость 
применения 
(модифицируемость), 
возможность 
реализации 

сложных алгоритмов управления достаточно простыми средствами и возможность создания автоматических систем с качественно 
новыми «интеллектуальными» свойствами позволяют получить 
исключительно высокие технико-экономические и тактикотехнические характеристики разрабатываемых систем. 

Быстрое удешевление микроконтроллеров привело к целесо
образности замены ими некоторых периферийных схем. Появи

лась возможность предобработки локальных данных и пересылки 
ведущему микроконтроллеру только результатов. Это привело к 
широкому внедрению последовательных интерфейсов. Топология 
развитых систем управления приобрела характер сети локальных 
ведомых микроконтроллеров, связанных между собой и с ведомым микроконтроллером через последовательные интерфейсы.  

Значительное улучшение характеристик собственно микро
контроллеров связано с внедрением RISC-архитектур, Flаshпамяти программ и ЕЕРRОМ-памяти данных, прецизионных блоков АЦП и ЦАП. Главная трудность разработки систем на базе 
микроконтроллеров необходимость понимания как аппаратных 
средств, так и программного обеспечения. 

Создание программного обеспечения встроенной системы 

существенно отличается от программирования информационных систем общего назначения. Здесь используются специальные технические решения и инструментальные средства на всех 
уровнях и этапах процесса проектирования. Следует отметить 
появление даже специального термина, определяющего данную 
область программирования, – встроенное программное обеспечение. 

Лабораторный практикум как раз и посвящен разработке 

встроенных систем на базе микроконтроллера, имеющего на кристалле такие функциональные блоки, как АЦП, ЦАП, EEPROM, 
контроллеры I2C и UART и т.д. В состав микропроцессорного 
стенда SDK-2.0 входят также клавиатура, индикатор, динамик. 
Освоение методов проектирования устройств на базе данного 
стенда позволит студентам стать хорошими специалистами в области разработки встраиваемых систем. 

 
 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТЕНДЕ 

Учебный лабораторный комплекс SDK-2.0 предназначен для 

изучения принципов организации микропроцессорных систем, 
структуры и функционирования базовых компонентов (памяти, 
контроллеров ввода-вывода, подсистемы памяти и т.д.), получения навыков программирования встраиваемых систем различного 
назначения.  

Отличительными чертами SDK-2.0 является высокая произво
дительность процессорного ядра, ориентация на одну из наиболее  
динамично развивающихся архитектур – ARМ7, большое разнообразие периферийных блоков, включая часы реального времени, 
энергонезависимую память EEPROM, графическую консоль, контроллер Ethemet, контроллер беспроводных сетей ТЕЕЕ 802.15.4, 
порты CAN 2.0 и RS-485. 
Вычислительное ядро:  

 центральный процессор имеет широко распространенную 

архитектуру ARM 7;  

 значительный объем памяти программ и данных, наличие 

энергонезависимой памяти EEPROM позволяют реализовывать сложные системные программные комплексы, в 
том числе файловые системы и операционные системы 
реального времени;  

 развитая структура подсистемы временной синхрониза
ции – встроенные часы реального времени, таймерысчетчики – обеспечивают возможность глубокого исследования принципов и проблем организации систем реального времени, планирования и синхронизации процессов 
и т.п.;  

 аппаратный сторожевой таймер (watchdog) для защиты от 

зацикливания при сбоях 

Система ввода-вывода:  

 большое количество дискретных входов-выходов с воз
можностью задавать образцовые тестовые воздействия;  

 быстродействующие аналоговые входы и выходы рабо
тающие, в том числе, в режиме ПДП.  

Коммуникационная подсистема:  

 большой 
выбор 
коммуникационных 
интерфейсов:  

CAN 2.0, RS-485, RS-232, IEEE 802.15.4, Ethernet 
10/100Base-TX;  

 ресурсов стенда достаточно для реализации полнофунк
ционального стека протоколов TCP/IP, включая WEBсервер. 

Возможности разработки и отладки ПО: 

 возможность загрузки и запуска тестовых программ в 

ОЗУ контроллера, без перепрограммирования FLASH; 

 возможность интерактивной встроенной отладки в рамках 

технологий JTAG и Embedded IСЕ;  

 обновление встроенного системного программного обес
печения во FLАSН-памяти производится с персонального 
компьютера по стандартному каналу RS-232, без применения специальных программаторов. 

Технические и эксплуатационные характеристики: 

 тип основного процессора – LCP2292;  
 память программ FLASH – 256 Кбайт;  
 статическое ОЗУ – 512 Кбайт;  
 память EEPROM – 4 Кб;  
 часы реального времени с резервным питанием;  
 клавиатура – кнопочная 4*4;  
 ЖКИ – графический FSTN, 122x32;  
 звукоизлучатель.  

Ввод-вывод: 

 аналоговые входы – 8-канальный АЦП, 10 разрядов, 0...5 В;  
 аналоговые выходы – 2 канала на базе ШИМ, 10 разрядов, 

0...5 В;  

 дискретные входы-выходы – 20 каналов TTЛ.   

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ 

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 

1. Общие требования безопасности 
Опасные производственные факторы:  воздействие на челове
ка электрического тока, электрического поля, рентгеновского излучения, ультрафиолетового излучения. 

Действие факторов: вследствие неисправности кабеля, элек
трической вилки (розетки) или замыкания в цепи, пользователь 
компьютера попадает под напряжение. 

1.1. Студенты допускаются к работе в лаборатории после про
хождения ими вводного инструктажа с оформлением соответствующей записи в журнале по технике безопасности, первичного инструктажа на рабочем месте с записью в журнале по охране 
труда. Инструктаж проводит заведующий лабораторией. 

1.2. Запрещается оставлять рабочие места и ходить по лабора
тории во время занятия. 

1.3. Запрещается самостоятельно устранять неисправности  

оборудования. 

1.4. Запрещается находиться в лаборатории в верхней одежде. 

2. Требования безопасности перед началом работы 
2.1. К работе на стенде  допускаются только лица, прошедшие 

инструктаж по правилам его использования. 

2.2. Необходимо проверить наличие всех составляющих рабо
чего места стенда. 

2.3. Следует убедиться в отсутствии видимых повреждений 

аппаратуры и рабочего места. Визуально проверить исправность 
штепсельной розетки, целостность проводов питания, штепсельной вилки. О выявленной неисправности сообщить преподавателю. 

2.4. Убрать с рабочего места лишние предметы (сумки, папки 

и прочее). 

2.5. Включать стенд можно только после разрешения препо
давателя. 

3. Требования безопасности во время работы 
3.1. При работе со стендом  и  пользовании записями в тетра
ди (книге) последняя должна быть хорошо освещена (не менее 
400 люкс) и находиться перед клавиатурой. 

3.2. При внезапном отключении электроэнергии в сети необ
ходимо выключить стенд. 

3.3. Во время эксплуатации при повреждении штепсельного 

соединения, токопроводящего кабеля, появления дыма, обнаружении замыкания на корпус немедленно отключить стенд и доложить о поломке преподавателю. 

3.4. Запрещается вскрывать аппаратуру и производить ее ре
монт. 

3.5. Студенты обязаны бережно относиться к оборудованию, 

вычислительной технике, раздаточному материалу, мебели. 

3.6. Не использовать программные средства, не относящиеся  

к теме занятия. 

3.7. В случаях затруднений обращаться к преподавателю. 

4. Требования безопасности в аварийной обстановке 
4.1. При необходимости выключить рубильник. 
4.2. Сообщить о случившемся преподавателю. 
4.3. Не пользоваться стендом до полного устранения неис
правности. 

4.4. При получении травмы и внезапном заболевании немед
ленно известить об этом руководителя. 

5. Требования безопасности по окончании работы 
5.1. Выключить стенд. 
5.2. Привести  в порядок рабочее место, сдать рабочее место 

преподавателю. 

5.3. Обо всех замечаниях и недостатках в работе стенда сооб
щить преподавателю. 

6. Ответственность 
6.1. Ответственность за выполнение инструкции несет зав. ла
бораторией. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 

 

АРХИТЕКТУРА СТЕНДА SDK-2.0.  

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СРЕДА РАЗРАБОТКИ 

 
Цель работы – освоить процесс создания программного 

обеспечения для стенда и порядок работы с ним. 

В процессе выполнения работы необходимо изучить: 
 структурную схему стенда SDK-2.0; 
 состав программного обеспечения стенда; 
 инструментальную среду разработки (IDE); 
 программу-загрузчик; 
 порядок работы со стендом. 

1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

Общие сведения о SDK-1.1 

Стенд представляет собой одноплатное устройство, с внеш
ним источником питания для сети с переменным напряжением 
220 В. На плате находятся (рис. 1.1):  

 микроконтроллер LCP2292 на базе ядра ARM 7 TDMI;  
 интерфейс пользователя, состоящий из графического 

дисплея, клавиатуры и звукового излучателя;  

 сетевая подсистема, включающая в себя два порта 

CAN-2.0, один канал RS-485, один канал IEEE 802.15.4 
и один канал Ethernet 10/100 Base-TX;  

 часы реального времени и микросхема энергонезави
симой памяти с интерфейсом I2C;  

 подсистема ввода-вывода, включающая в себя 8 кана
лов АЦП и 20 каналов дискретного ввода-вывода.  

На рисунке 1.2 приведено размещение основных элементов 

на плате стенда.