嵌入式Linux实验报告.docx
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嵌入式Linux实验报告
嵌入式程序设计
实验报告
评语：
成绩
教师：
年月日
班级：
学号：
姓名：
地点：
EII-506
时间：
2013年6月
实验一开发环境的搭建与配置
【实验目的】
1）熟悉嵌入式Linux开发平台。
2）掌握嵌入式Linux开发平台的开发环境搭建与配置。
3）了解minicom配置串口通信参数的过程。
4）了解嵌入式Linux的启动过程。
5）掌握程序交叉编译运行及调试的一般方法。
6）掌握网络文件系统NFS的配置方法。
7）掌握嵌入式系统内核的编译、文件系统的打包及镜像的下载方法。
【实验内容】
1）连接实验开发板与宿主机。
2）在虚拟机中的CentOS（宿主机）搭建开发环境。
3）在宿主机中配置minicom。
4）分析嵌入式Linux的启动过程。
5）在宿主机上编写简单的C语言程序并用交叉编译工具进行编译，然后传输到目标机上运行。
6）在宿主机上编写简单的C语言程序并用交叉编译工具进行编译，用gdbserver进行远程调试。
7）配置NFS并用NFS进行文件拷贝。
8）嵌入式系统内核编译与文件系统的打包。
9）内核文件镜像与文件系统镜像的下载（从宿主机下载到目标机）。
【实验步骤】
连接实验开发板，对虚拟机进行设置
工具链的配置
tftp的安装
进入minicom软件，配置串口通信参数
有关串口通信选项的含义：
"Filenamesandpaths"：
选择需要传输的文件和路径
"Filetransferprotocols"：
选择传输文件的通信协议
"Serialportsetup"：
设置串口通信参数
"Savesetupasdfl"：
将设置好的各项参数保存为dfl
"Savesetupas"：
将设置好的各项参数保存为自定义的文件名
"Exit"：
退出返回到minicom设置好后的终端
"ExitfromMinicom"：
从minicom命令中退出返回Linux终端
将光标移到"Serialportsetup"，按回车键会弹出串口通信参数的配置菜单。
实验开发板的启动
嵌入式Linux系统的启动过程分析
1）启动Bootloader
Bootloader是嵌入式系统的引导加载程序，它是系统上电后运行的第一段程序，其作用类似于PC机上的BIOS。
在本系统中这段程序的起始地址为0x。
Bootloader在完成初始化RAM、初始化串口、检测处理器类型、设置Linux启动参数后，开始调用Linux内核。
本系统Linux内核镜像zImage放在Flash中，Bootloader首先把它拷贝到RAM中，然后跳转到RAM中对zImage进行解压缩。
解压缩后启动内核。
2）加载内核
内核启动后先进行一系列与内核相关的初始化，然后调用第一个用户进程——init进程并等待用户进程的执行。
具体的过程如下：
进行与体系结构相关的第一个初始化工作，首先通过检测出来的处理器类型进行处理器内核的初始化，然后进行内存结构的初始化，最后开启MMU，创建内核页表，映射所有的物理内存和IO空间；
创建异常向量表和初始化中断处理函数；
初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制；
初始化串口控制台，在minicom中看到的系统启动过程中的信息都是通过串口输出的；
创建和初始化系统cache，为各种内存调用机制提供缓存，包括动态内存分配、虚拟文件系统及页缓存；
初始化内存管理，检测内存大小及被内核占用的内存情况；
初始化系统的进程间通信机制（IPC）；
创建init进程，结束内核的启动。
3）执行init进程。
内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，init进程是所有进程的发起者和控制者，它的进程号是1。
init进程首先读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作（首先进行一系列的硬件初始化，然后通过命令行传递过来的参数挂载根文件系统。
最后执行一些其它的进程）。
init配置文件每行的基本格式为“id:
runlevel_ignored:
action:
process”，其中某些部分可以为空。
各部分的具体内容如下：
id：
指定启动进程的控制终端，如果所启动的进程并不是可以交互的shell，应该会有个控制终端（在PC机上该字段表示配置行的惟一标识）。
runlevel_ignored：
该字段是忽略掉的，配置inittab时空着它就行了（在PC机上该字段用来配置所启动进程适用的系统运行级别）。
4）执行/bin/login程序。
有些嵌入式系统在init进程执行完后会执行/bin/login。
login程序会提示使用者输入账号及密码，接着编码并确认密码的正确性，如果账号与密码相符，则为使用者初始化环境，并将控制权交给shell，即等待用户登录。
本系统在执行完init进程后直接开始执行/bin/sh，进入shell交互程序（跳过了执行/bin/login这一步）。
这个可以通过图27中的语句“ttyS0:
:
askfirst:
-bin/sh”来说明。
程序的交叉编译及运行
gdbserver远程调试
NFS的配置
内核配置与编译
文件系统的打包
内核与文件系统的下载
实验二并发Web服务器的实现
一、【实验目的】
1）熟悉Linux网络编程。
2）了解Web服务器原理。
3）掌握嵌入式Linux多进程、多线程、I/O多路复用三种方式并发服务器的实现。
二、【实验内容】
1）用多进程实现Web服务器。
2）用多线程实现Web服务器。
3）用I/O多路复用方式实现Web服务器。
三、【实验步骤】
1.环境配置
2.实现多进程Web服务器
1）用arm-linux-gcc命令编译源程序，得到可执行程序web_server_process。
2）用vi文本编译器创建文件index.html，用于测试Web服务器。
3）编辑文件index.html，然后保存并退出vi编辑器。
4）在/mnt/nfs/web目录下创建子目录cgi-bin，并用vi文本编辑器在cgi-bin目录下创建文件hello.cgi，用于测试Web服务器。
5）编辑文件hello.cgi，然后保存并退出vi编辑器。
6）用ls命令可以看到root用户对文件hello.cgi没有执行权限，通过chmod命令来修改hello.cgi的权限，使它称为可执行文件。
7）用命令service启动宿主机上的nfs服务，并用exportfs命令查看nfs的共享目录。
然后在目标机上挂载nfs
8）在目标机中运行web_server_process。
9）打开宿主机的浏览器，输入http:
//192.168.0.5/file，查看执行结果
10）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5，查看执行结果。
11）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/index.html，查看执行结果。
12）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/cgi-bin/hello.cgi，查看执行结果。
13）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/web_server_process.c，查看执行结果。
3.实现多线程Web服务器
1）用arm-linux-gcc命令编译源程序，得到可执行程序web_server_thread。
2）在目标机中运行web_server_thread。
3）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5，查看执行结果。
4）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/cgi-bin/hello.cgi，查看执行结果。
5）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/web_server_thread.c，查看执行结果。
4.实现I/O多路复用方式的Web服务器
1）用arm-linux-gcc命令编译源程序，得到可执行程序web_server_select。
2）在目标机中运行web_server_select。
3）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5，查看执行结果。
4）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/cgo-bin/hello.cgi，查看执行结果。
5）在宿主机的浏览器中输入http:
//192.168.0.5/web_server_select.c，查看执行结果。
实验三嵌入式Linux驱动
一、【实验目的】
1）熟悉嵌入式Linux驱动程序编写框架。
2）了解七段数码管驱动程序的工作原理，熟练掌握该驱动程序在嵌入式开发平台的移植和注册使用。
3）了解16键矩阵键盘驱动程序的工作原理，熟练掌握该驱动程序在嵌入式开发平台的移植和注册使用。
二、【实验内容】
1）学习Linux驱动源代码，分析代码中各个函数模块的功能作用。
2）在宿主机上交叉编译七段数码管驱动程序，然后移植到目标机上。
3）在目标机上注册驱动程序，验证驱动的功能。
三、【实验步骤】
1.了解七段数码管工作原理
七段数码管是显示数字的电子元件，因为借助七个发光二极管以不同组合来显示数字，所以称为七段数码管（如图1）。
七段数码管分为共阴极和共阳极，共阳极的七段数码管的正极（或者阳极）为八个发光二极管的共有正极，其他接点为独立发光二极管的负极（或者阴极），使用者只需要把正极接电，不同的负极接地就可以控制七段数码管显示不同的数字。
共阴极的七段数码管与共阳极的只是接电的接法相反而已。
图1
2.开发板七段数码管电路介绍
开发板上有四个七段共阴数码管，2个一组，第一组七段数码管使用系统LED_CS2作为其位选使能信号，两个数码管的段选信号分别使用数据总线的D0~D7位和D8~D15位，如图2所示。
图2
第二组七段数码管使用系统LED_CS3作为其位选使能信号，两个数码管的段选信号分别使用数据总线的D0~D7位和D8~D15位，如图3所示。
图3
分析可知，对七段数码管的操作主要是对其位选和段选信号的控制。
其
中位选信号决定显示哪个七段数码管，段选信号决定其显示的字型信息（共阴极七段数码管段选控制信息如表1），这也是驱动程序和硬件关联的主要部分。
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
字型
Dp
G
F
E
D
C
B
A
编码
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0X3F
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0X06
2
0
1
0
1
1
0
1
1
0X5B
3
0
1
0
0
1
1
1
1
0X4F
4
0
1
1
0
0
1
1
0
0X66
5
0
1
1
0
1
1
0
1
0X6D
6
0
1
1
1
1
1
0
1
0X7D
7
0
0
0
0
0
1
1
1
0X07
8
0
1
1
1
1
1
1
1
0X7F
9
0
1
1
0
1
1
1
1
0X6F
A
0
1
1
1
0
1
1
1
0X77
B
0
1
1
1
1
1
0
0
0X7C
C
0
0
1
1
1
0
0
1
0X39
D
0
1
0
1
1
1
1
0
0X5E
E
0
1
1
1
1
0
0
1
0X79
F
0
1
1
1
0
0
0
1
0X71
表1
3.七段数码管驱动程序分析
1）添加驱动程序所需的头文件和变量：
SEG_CS1和SEG_CS2就是上面硬件接口所提及的两组七段数码管的位选使能信号，LED[10]数组中保存的就是在共阴极数码管上面显示0~9的段选信号。
Seg这个结构体用于保存4个数码管即时显示的数字的段选信号。
#include
#include
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE（"GPL"）;//用于声明描述内核模块的许可权限，如果不声明LICENSE，模块被加载时将收到内核被污染（kerneltainted）的警告
charLED_MODULE=0;
#defineDEVICE_NAME"xidian_seg7"
#defineSEG_CS10x
#defineSEG_CS20x
staticcharLED[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7F,0x6F};
unsignedlong*CS1_Address,*CS2_Address;
structseg
{
charLED1_Val;
charLED2_Val;
charLED3_Val;
charLED4_Val;
charnegative;
};
2）同时更新所有七段数码管驱动显示函数:
CS1_address对应第一组七段数码管的位选信号，该组第一个数码管的段选信号保存在short变量的低8位，该组第二个数码管的段选信号保存在short变量的高8位。
CS2_address对应第二组七段数码管，其余操作和第一组的七段数码管一致。
staticvoidUpdateled（structseg*seg_7）
{
unsignedshortbuff=0x00;
buff=seg_7->LED1_Val;
buff=buff|（seg_7->LED2_Val<<8）;
writew（buff,CS1_Address）;
buff=0x00;
buff=seg_7->LED3_Val;
buff=buff|（seg_7->LED4_Val<<8）;
writew（buff,CS2_Address）;
return;
}
3）写具体某位七段数码光驱动管显示函数：
position对应的是4个七段数码管的相对位置，value就是需要更新的七段数码管要显示数字的段选信号值。
voidvalue_seting（structseg*seg_7,charposition,charvalue）
{
if（seg_7->negative==0）
value=~value&~（0x1<<7）;
else
value=（0x1<<7）|value;
if（position==1）
seg_7->LED1_Val=value;
elseif（position==2）
seg_7->LED2_Val=value;
elseif（position==3）
seg_7->LED3_Val=value;
elseif（position==4）
seg_7->LED4_Val=value;
}
4）实现七段数码管驱动写操作函数：
把用户写入的数码管显示更新数据，转换成为要显示数字对应的段选信号，并且保存在led_forall数组中，并且调用Value_setting更新显示数据，最后调用Updateled（）更新实际的数码管显示信息。
staticssize_tseg7_write（structfile*file,constchar*buffer,size_tcount,loff_t*ppos）
{
inti;
structseg*seg_7=file->private_data;
charled_forall[4];
printk（KERN_EMERG"TheModuleiswritten,seg7_write\n"）;
if（count!
=4）
{
printk（KERN_EMERG"thecountofinputisnot4!
!
"）;
return0;
}
if（copy_from_user（led_forall,buffer,4））
return–EFAULT;
for（i=1;i<=4;i++）
{
value_seting（seg_7,i,LED[（int）led_forall[i-1]]）;
}
Updateled（seg_7）;
return0;
}
5）实现七段数码管驱动IOCTL操作函数。
staticintseg7_ioctl（structinode*ip,structfile*fp,unsignedintcmd,unsignedlongarg）
{
charval=0x00;
structseg*seg_7=fp->private_data;
if（!
arg）
return-EINVAL;
if（copy_from_user（&val,（int*）arg,sizeof（char）））
return-EFAULT;
switch（cmd）{
case1:
value_seting（seg_7,1,val）;
break;
case2:
value_seting（seg_7,2,val）;
break;
case3:
value_seting（seg_7,3,val）;
break;
case4:
value_seting（seg_7,4,val）;
break;
case0:
seg_7->negative=LED_MODULE;
break;
default:
printk（KERN_EMERG"ioctlparameterinputerror,pleaseinputnumber0-4"）;
break;
}
Updateled（seg_7）;
return0;
}
6）实现七段数码管驱动打开操作函数。
staticintseg7_open（structinode*inode,structfile*filp）
{
structseg*seg_7;
printk（KERN_EMERG"TheModuleisopen,seg7_open\n"）;
seg_7=kmalloc（sizeof（structseg）,GFP_KERNEL）;//分配内存（在内核空间）seg_7->negative=LED_MODULE;
filp->private_data=seg_7;
return0;
}
7）实现七段数码管驱动释放函数。
staticintseg7_release（structinode*inode,structfile*filp）
{
printk（KERN_EMERG"TheModuleisrelease,seg7_release\n"）;
kfree（filp->private_data）;
return0;
}
8）七段数码管驱动文件结构体定义：
定义七段数码管驱动程序的打开，写入，释放，Ioctl操作，属主信息。
staticstructfile_operationsEmdoor_fops={
open:
seg7_open,
write:
seg7_write,
release:
seg7_release,
ioctl:
seg7_ioctl,
owner:
THIS_MODULE,
};
9）实现七段数码管驱动初始化函数:
映射七段数码管的位选信号的物理实际地址，注册设备。
staticint__initseg7_init（void）
{
intret;
printk（KERN_EMERG"TheModuleisInit,seg7_init\n"）;
CS1_Address=ioremap（SEG_CS1,4）;
CS2_Address=ioremap（SEG_CS2,4）;
ret=register_chrdev（56,DEVICE_NAME,&Emdoor_fops）;
if（ret<0）{
printk（DEVICE_NAME"can'tgetmajornumber\n"）;
returnret;
}
return0;
}
10）实现七段数码管驱动模块退出函数与模块描述：
取消对七段数码管的位选信号的物理地址的映射，释放设备。
staticvoid__exitseg7_exit（void）
{
printk（KERN_EMERG"TheModuleisExit,seg7_exit\n"）;
iounmap（CS1_Address）;
iounmap（CS2_Address）;
unregister_chrdev（56,DEVICE_NAME）;
}
module_init（seg7_init）;
module_exit（seg7_exit）;
MODULE_AUTHOR（"Mr.han"）;
MODULE_DESCRIPTION（"Thisisa7SegmentLeddriverdemo"）;
11）七段数码管驱动程序的Makefile
CFLAGS+=$（DEBFLAGS）-Wall
ifneq（$（KERNELRELEASE）,）
obj-m:
=xidian_seg7.o
else
KERNELDIR?
=../linux-2.6
PWD:
=$（shellpwd）
ALL:
$（MAKE）$（CFLAGS）-C$（KERNELDIR）M=$（PWD）modules
endif
clean:
rm-fr*.o*.ko*.symvers*~core.depend.*.cmd*.mod.c.tmp_versions
4.编写七段数码管驱动的测试程序和Makefile文件
1）seg7_test.c源代码：
#include
#include
#include
#include
#include
typedefunsignedcharu8;
#defineSEG_DEV"/dev/xidian_seg7"
charnumber[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7F,0x6F};
voidclear_led（intfd）
{
inti;
charval=0;
for（i=1;i<=4;i++）
{
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