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摘 要：基于PowerPC的单板计算机在电信和工业控制领域有广泛用途,为其设计一个简单易用的监控程序对其开发过程有重要的意义.本文介绍的监控程序仅依靠CPU内部的寄存器和程序存储器即可脱离仿真器支持全速运行,可以用于调试和测试外部SDRAM和其它外部设备.包含的FLASH写入程序可以将应用程序加载并固化到FLASH中.
关 键 词 ：PowerPC；监控程序；测试；FLASH写入
中图分类号：TP273
在典型的PowerPC CPU模块设计初期,一般是采用TRACE32等硬件仿真工具进行硬件调试.这些仿真工具有丰富的软件支持,可以完成外部硬件的初始化,加载并运行测试软件等功能.但是这些仿真工具也有其限制.首先,因为这些工具一般是在上电后复位获得CPU的控制权,在上电过程的设计问题很难被定位.且硬件仿真工具的引入会影响程序的运行速度,经常会发现在硬件仿真工具下调好的代码固化后不可使用.这就需要一个最简单的监控程序来确认上电过程是正确的.有些硬件设计的故障只能在极端的高温或低温环境下才会出现,这时候硬件仿真工具无法使用,只能采用固化好的监控程序加载测试程序进行测试.所以,设计一个使用最小资源,有最基本的测试功能的监控程序是极为必要的.
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PowerPC监控程序不使用任何RAM资源,完成串口输出,存储器空间读写（包括字节,16bits半字,32bits字）,存储器测试,存储器块移动,跳到给定点运行,软件复位.使用RAM资源完成S格式或二进制格式程序加载,Flash存储器擦除及编写,调用启动操作系统的功能.
1.PowerPC监控程序的实现语言
PowerPC监控程序采用PowerPC汇编语言和C语言进行设计[1].
2.数据描述
变量均在通用寄存器中.分配见表1寄存器分配表.
3.软件接口描述
利用115200bps串行口为用户接口,用户在终端上敲击命令,监控程序执行用户命令.
4.处理流程
将监控程序二进制代码用编程器写入FLASH存储器,把FLASH存储器装入验证板上相应位置,将验证板的串行口1接至终端.上电运行.在终端上出现版权描述和提示符$.用户即可敲入命令.监控程序执行用户命令.用户命令包括：
d 显示存储器内容,可以按32bits,16bits,8bits显示
g 跳转到指定地址
m 存储器块移动
s 显示命令栈区
b 写入8bits字节,地址不增加
h 写入16bits半字,地址不增加
w 写入32bits字,地址增加4
xw 32bits字存储器测试,包含地址模式,全0,全5,全A,全F
xh 16bits半字存储器测试,包含地址模式,全0,全5,全A,全F
xb 8bits字节存储器测试,包含地址模式,全0,全5,全A,全F
y 存储器测试,包含跳0,跳1
z 进入C语言编写的扩展程序,使用RAM存储器
v 执行FLASH中写入的Vxworks操作系统
. 软件复位
? 联机帮助
在C语言编写的扩展程序中可实现MOTOROLA S格式文件的加载,命令为：
l 执行加载程序加载S格式文件
p 编写Flash存储器
t 运行整机测试程序
d 加载二进制格式文件
q 退回到RAM中运行的监控程序
e 擦除FLASH存储器
5.软件结构
软件包括：初始化程序,命令处理程序,显示存储器内容处理程序,跳转到指定地址处理程序,存储器块移动处理程序,显示命令栈区处理程序,写入字节处理程序,写入16bits半字处理程序,写入32bits字处理程序,存储器测试处理程序,软件复位处理程序,联机帮助处理程序,输入输出基本程序,栈区处理程序.
6.程序详细设计
6.1 初始化程序说明
初始化BATs,将CPU中的所有BAT寄存器设置为0[2].
初始化Tsi107的内存控制器.使得SDRAM存储器可正常访问与刷新.
初始化MC2681P串行口,将其设置为115200bps,8个数据位,1个停止位.用于人机接口.
在终端上显示版权描述：
Mini MONITOR for PowerPC 750
Copyright 2005-11-23 ACTRI
Version 00
ACTRI是中航工业西安航空计算技术研究所的英文缩写
6.2 命令处理程序说明
命令处理程序显示提示符$,从串行口读入数据,将其放在r3里,按照命令执行不同的程序,如输入16进制数,则将其压栈.
命令处理程序流程源程序如下：
if_cmd（r3,0x64,dump） /* If "d" typed then goto dump */
if_cmd（r3,0x6d,memmove） /* If "m" typed then goto memmove */
if_cmd（r3,0x73,prtstack） /* If "s" typed then goto prtstack */
if_cmd（r3,0x77,write） /* If "w" typed then goto write */
if_cmd（r3,'b',write8） /* If "b" typed then goto write byte*/ if_cmd（r3,'h',write16） /* If "h" typed then goto write 16bit*/
if_cmd（r3,'g',gotorun） /* If "g" typed then goto gotorun */
if_cmd（r3,'x',memrx） /* If "x" typed then goto memrx */
if_cmd（r3,'v',gotovxworks） /* If "x" typed then goto memrx */
if_cmd（r3,'y',memrxyy） /* If "y" typed then goto memrxyy */
if_cmd（r3,'z',zzz） /* If "z" typed then goto zzz */
if_cmd（r3,'.',xx_start） //If "." typed then RESET
if_cmd（r3,'?',xx_help） //If "?" typed then HELP
6.3 显示存储器内容处理程序说明
显示存储器内容处理程序显示指定地址与长度的存储空间的值.
先输入地址,然后输入长度,打入d命令,显示内容.
当长度为0时,显示24个32位字,基地址不增加.当长度为1时,显示一个字节,基地址不增加.当长度为2时,显示一个16位半字,基地址不增加.当长度为其他时,显示指定长度字,基地址增加.当运行时,可敲任意键结束,基地址增加到结束地址.
6.4 跳转到指定地址处理程序说明
跳转到指定地址处理程序先输入地址,然后输入g,程序即跳到指定地址运行.
6.5 存储器块移动处理程序说明
存储器块移动处理程序先输入源地址,然后输入长度,再输入目标地址,输入m即可进行存储器块移动.
6.6 显示命令栈区处理程序说明
显示命令栈区处理程序输入s,显示命令栈区内容.先按十六进制方式显示栈顶的内容,然后显示栈中和栈底的内容.栈区的大小为3个数据,每个数据为32位整数.
6.7 写入字节处理程序说明
写入字节处理程序先输入写入地址,然后输入值,再输入b,即可对内存区域按字节进行写入.
6.8 写入16bits半字处理程序说明
写入16bits半字处理程序先输入写入地址,然后输入值,再输入h.地址必须按16位对齐.
6.9 写入32bits字处理程序说明
写入32bits字处理程序输入写入地址,然后输入值,再输入w.地址必须按32位对齐.
6.10 32bits存储器测试处理程序说明
存储器测试处理程序对指定区域的存储器进行地址模式,全0,全5,全A,全F读写测试.先输入地址,然后输入长度,打入xw命令.敲任意键结束测试.地址必须按32位对齐.
6.11 16bits半字存储器测试处理程序说明
16bits半字存储器测试处理程序对指定区域的存储器进行地址模式,全0,全5,全A,全F读写测试.先输入地址,然后输入长度,打入xh命令.敲任意键结束测试.地址必须按16位对齐.
6.12 8bits字节存储器测试处理程序说明
8bits字节存储器测试处理程序对指定区域的存储器进行地址模式,全0,全5,全A,全F读写测试.先输入地址,然后输入长度,打入xb命令.敲任意键结束测试.
6.13 跳0跳1存储器测试处理程序说明
跳0跳1存储器测试处理程序对指定区域的存储器进行跳0跳1读写测试.先输入地址,然后输入长度,打入y命令.敲任意键结束测试.地址必须按32位对齐.
6.14 扩展命令处理程序说明
扩展命令处理程序进入用C语言编写的扩展程序,本命令需使用RAM资源.打入z命令可进入扩展命令处理程序.
在本处理程序中提供了PowerPC C语言最小的EABI（Embedded PowerPC Application Binary Interface）运行环境[3].
6.15 软件复位处理程序说明
软件复位处理程序跳到起始地址执行监控程序,命令为“.”.
6.16 联机帮助处理程序说明
联机帮助处理程序显示联机帮助,命令为“?”.源程序如下：
xx_help：
prstr（"＼n＼rMini MONITOR for PowerPC 750 "）
outchar（0x0d）；
outchar（0x0a）；
prstr（"Command list：＼n＼r"）
prstr（" d Dump memory Address Size d＼n＼r"）
prstr（" g Branch address Address g＼n＼r"）
prstr（" m Move memory Source Size Target m＼n＼r"）
prstr（" s Print stack s＼n＼r"）
prstr（" b Write byte 8bits Address Date b＼n＼r"）
prstr（" h Write memory 16bits Address Date h＼n＼r"）
prstr（" w Write memory 32bits Address Date w＼n＼r"） prstr（" xb Test memory 8bits Address Size xb＼n＼r"）
prstr（" xh Test memory 16bits Address Size xh＼n＼r"）
prstr（" xw Test memory 32bits Address Size xw＼n＼r"）
prstr（" y Test memory 01step Address Size y＼n＼r"）
prstr（" z Entry Advance Tools set （use RAM） z＼n＼r"）
prstr（" v VXWORKS＼n＼r"）
prstr（" . Reset ＼n＼r"）
prstr（" ? Help ＼n＼r"）
6.17 C语言编写的扩展程序说明
在C语言编写的扩展程序中可实现MOTOROLA S格式文件或二进制格式文件的加载,编写Flash存储器,进入测试程序,命令分别为：
l 执行S格式加载程序
d 执行二进制格式加载程序
p 编写Flash存储器
e 擦除Flash存储器
q 退回到RAM中运行的监控程序
6.18 C语言命令处理程序说明
C语言命令处理程序初始化传输缓冲区,从串口读入命令,完成命令处理,执行后退回到监控程序[4].
6.19 加载程序说明
加载程序实现MOTOROLA S格式文件的加载,命令为l.打l命令后,通过串口发送S格式的文件,即可写入到RAM指定位置.程序流程见图1S格式文件加载程序.
图1 S格式文件加载程序
当需要加载二进制文件格式时,命令为d.打d命令后,通过串口发送二进制格式的文件,即可写入到RAM指定位置.程序流程见图2二进制格式文件加载程序.
图2 二进制格式文件加载程序
6.20 Flash存储器编写程序说明
打入命令p后将从0开始,长度为0x100000的SDRAM中的内容写入到起始地址为0xff000000的FLASH中.程序流程见图3Flash存储器编写程序.
图3 Flash存储器编写程序
6.21 Flash存储器擦除程序说明
打入命令e后将整片擦除FLASH.整个执行时间约需32秒.程序流程见图4Flash存储器擦除程序.
图4 Flash存储器擦除程序
6.22 用寄存器作为栈区的程序说明
监控程序中,为了不使用RAM资源,函数调用通过在寄存器堆中划分出栈区来实现.将R14,R15,R16用作数据栈.R17,R18用作地址栈.具体实现如下所示.
数据压栈操作：
#define push_reg（rg） ＼
mr r16,r15 ；＼
mr r15,r14 ；＼
mr r14,rg
数据出栈操作：
#define pop_reg（r） ＼
mr r,r14 ；＼
mr r14,r15 ；＼
mr r15,r16
地址压栈操作：
#define save ＼
mr r18,r17 ；＼
mfspr r17,LR
地址出栈操作：
#define return ＼
mtspr LR,r17； ＼
mr r17,r18； ＼
blr
7.结束语
本文描述的监控程序不需要RAM即可运行,降低了硬件使用门槛,简化了起始使用的难度.这
程序方面有关论文范本
参考文献：
[1]VxWorks Programmer's Guide 5.5[EB/OL].http：//.windriver..
[2]王学龙.嵌入式Vxworks系统开发与应用[M].北京：人民邮电出版社,2003.
[3]张杨,于银涛.Vxworks内核、设备驱动与BSP开发详解[M].北京：人民邮电出版社,2011.
为什么要写程序论文
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[4]周启平,张杨.Vxworks下设备驱动程序及BSP开发指南[M].北京：中国电力出版社,2004.
[5]Freescale Inc.PowerQUICC III Integrated Host Processor Family
程序方面有关专科毕业论文开题报告,关于基于PowerPC的单板计算机监控程序相关硕士论文范文参考文献：
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