1、华北电力大学科技学院嵌入式实验报告科 技 学 院课程设计(综合实验)报告( 2012- 2013年度第 1学期)名 称： 嵌入式系统 题 目： 嵌入式实验报告 院 系： 信息工程系 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 郭 军 设计周数： 5 周 成 绩： 日期： 2012 年 11 月 25 日实验一 熟悉Linux开发环境1、实验目的熟悉Linux开发环境，学会基于S3C2410的Linux开发环境的配置和使用。使用Linux的armv4l-unknown-linux-gcc编译，使用基于NFS方式的下载调试，了解嵌入式开发的基本过程。2、实验内容及工具（包括软件调试工具）本次实验使
2、用Redhat linux 9.0操作系统环境安装ARMLinux的开发库及编译器。新建一个目录，编写hello.c 和makefile文件。学习在linux 下的编程和编译过程，以及ARM开发板的使用和开发环境的设置。下载已经编译好的文件到嵌入式控制器中运行。 硬件：UP-NETARM2410-S嵌入式实验仪、PC机Pentumn500以上, 硬盘10G以上。软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0 MINICOM AMRLINUX开发环境。三、实验步骤1建立工作目录mkdir hellocd hello2 编写程序源代码在LINUX下的文本编辑器有许多，常用的是vim, Xwi
3、ndow界面下的gedit等，我们在开发过程中推荐使用vim，用户需要学习vim的操作方法，实际的hello.c源代码较简单。如下：include main() printf(“hello world n”);3 编写MakefileCC= armv4l-unknown-linux-gccEXEC = helloOBJS = hello.o CFLAGS += LDFLAGS+=-elf2flt static all: $(EXEC)$(EXEC): $(OBJS) $(CC) $(LDFLAGS) -o $ $(OBJS) clean: -rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb
4、*.o这个makefile 显示了几个主要的部分： CC 指明编译器的宏。 EXEC 表示生成的执行文件名称的宏。 OBJS 目标文件列表宏。 CFLAGS 编译参数宏。 LDFLAGS 连接参数宏。 all: 编译主入口。 clean：清除编译结果节。注意：“$(CC) $(LDFLAGS) -o $ $(OBJS)”和“-rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o”前空白由一个Tab制表符生成，不能单纯由空格来代替。4编译应用程序在hello目录下运行make ，如果进行了修改，重新编译则运行:make cleanmake注意编译、修改程序都是在开发计算机上进行，不要在MI
5、NICOM的终端方式下进行。5下载调试在宿主PC计算机上启动NFS服务，并设置好共享的目录，之后在开发板上运行:mount -t nfs 192.168.0.10:/arm2410 /host （实际IP地址要根据实际情况修改。）挂接宿主机的根目录。成功之后在开发板上进入/host目录便相应进入宿主机的/arm2410目录，再进入开发程序目录运行刚刚编译好的hello程序，查看运行结果。开发板挂接宿主计算机目录只需要挂接一次便可，只要开发板没有重起，就可以一直保持连接。这样可以反复修改、编译、调试，不需要下载到开发板的过程。实验二、多线程应用程序设计一、实验目的1了解多线程程序设计的基本原理。
6、2学习pthread库函数的使用。二、实验内容读懂pthread.c 的源代码，熟悉几个重要的PTHREAD库函数的使用。掌握共享锁和信号量的使用方法。进入/arm2410/exp/basic/02_pthread目录，运行make 产生pthread程序，使用NFS方式连接开发主机进行运行实验。三、实验设备及工具硬件： UP-NETARM2410-S嵌入式实验仪，PC机pentumn500以上, 硬盘40G以上,内存大于128M。软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0 MINICOM AMRLINUX开发环境。四、实验原理1多线程程序的优缺点多线程程序作为一种多任务、并发的工作
7、方式，有以下的优点：1) 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。2) 使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。3) 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改。LIBC中的pthread库提供了大量的API函数，为用户编写应用程序提供支持。2实验源代码结构流程图实验
8、为著名的生产者消费者问题模型的实现，主程序中分别启动生产者线程和消费者线程。生产者线程不断顺序地将0到1000的数字写入共享的循环缓冲区，同时消费者线程不断地从共享的循环缓冲区读取数据。流程图如图2-1所示：图2-1实验源代码结构流程图3生产者写入共享的循环缓冲区函数PUTvoid put(struct prodcons * b, int data) pthread_mutex_lock(&b-lock); /获取互斥锁 while (b-writepos + 1) % BUFFER_SIZE = b-readpos) /如果读写位置相同 pthread_cond_wait(&b-notful
9、l, &b-lock); /等待状态变量b-notfull，不满则跳出阻塞。 b-bufferb-writepos = data; /写入数据 b-writepos+; if (b-writepos = BUFFER_SIZE) b-writepos = 0; pthread_cond_signal(&b-notempty); /设置状态变量 pthread_mutex_unlock(&b-lock); /释放互斥锁4消费者读取共享的循环缓冲区函数GETint get(struct prodcons * b) int data; pthread_mutex_lock(&b-lock); /获取
10、互斥锁 while (b-writepos = b-readpos) /如果读写位置相同 pthread_cond_wait(&b-notempty, &b-lock);/等待状态变量b-notempty，不空则跳出阻塞。否则无数据可读。 data = b-bufferb-readpos; /读取数据 b-readpos+; if (b-readpos = BUFFER_SIZE) b-readpos = 0; pthread_cond_signal(&b-notfull); /设置状态变量 pthread_mutex_unlock(&b-lock); /释放互斥锁 return data;5
11、生产、消费流程图： 生产消费流程图如下图2-2所示：图2-2 生产消费流程图6主要的多线程API 1、 线程创建函数：int pthread_create (pthread_t * thread_id, _const pthread_attr_t * _attr, void *(*_start_routine) (void *),void *_restrict _arg);2、 获得父进程ID：pthread_t pthread_self (void)3、 测试两个线程号是否相同：int pthread_equal (pthread_t _thread1, pthread_t _thread2
12、)4、 线程退出：void pthread_exit (void *_retval)5、 等待指定的线程结束：int pthread_join (pthread_t _th, void *_thread_return)6、 互斥量初始化：pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *,_const pthread_mutexattr_t *)7、 销毁互斥量：int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *_mutex);8、 再试一次获得对互斥量的锁定（非阻塞）：int pthread_mutex_trylock (pthr
13、ead_mutex_t *_mutex);9、 锁定互斥量（阻塞）：int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *_mutex);10、 解锁互斥量int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *_mutex)11、 条件变量初始化int pthread_cond_init (pthread_cond_t *_restrict _cond,_const pthread_condattr_t *_restrict _cond_attr)12、 销毁条件变量CONDint pthread_cond_destroy (pthr
14、ead_cond_t *_cond)13、 唤醒线程等待条件变量int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *_cond)14、 等待条件变量（阻塞）int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *_restrict _cond,pthread_mutex_t *_restrict _mutex)15、 在指定的时间到达前等待条件变量int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *_restrict _cond,pthread_mutex_t *_restrict _mutex,_cons
15、t struct timespec *_restrict _abstime)五、实验步骤1 进入exp/basic/02_pthread目录，使用vi编辑器或其他编辑器阅读理解源代码。2 运行make产生pthread可执行文件。3 切换到minicom终端窗口，使用NFS mount开发主机的/arm2410 到/host目录。4 进入/host/exp/basic/pthread目录，运行pthread，观察运行结果的正确性。5 修改一些参数，再次运行调试，加深对多线程的理解。6 参考源代码：#include #include #include #include pthread.h#def
16、ine BUFFER_SIZE 16/* Circular buffer of integers. */struct prodcons int bufferBUFFER_SIZE; /* the actual data */ pthread_mutex_t lock; /* mutex ensuring exclusive access to buffer */ int readpos, writepos; /* positions for reading and writing */ pthread_cond_t notempty; /* signaled when buffer is no
17、t empty */ pthread_cond_t notfull; /* signaled when buffer is not full */;/*-*/* Initialize a buffer */void init(struct prodcons * b) pthread_mutex_init(&b-lock, NULL); pthread_cond_init(&b-notempty, NULL); pthread_cond_init(&b-notfull, NULL); b-readpos = 0; b-writepos = 0;/*-*/* Store an integer in
18、 the buffer */void put(struct prodcons * b, int data) pthread_mutex_lock(&b-lock); /* Wait until buffer is not full */ while (b-writepos + 1) % BUFFER_SIZE = b-readpos) printf(wait for not fulln); pthread_cond_wait(&b-notfull, &b-lock); /* Write the data and advance write pointer */ b-bufferb-writep
19、os = data; b-writepos+; if (b-writepos = BUFFER_SIZE) b-writepos = 0; /* Signal that the buffer is now not empty */ pthread_cond_signal(&b-notempty); pthread_mutex_unlock(&b-lock);/*-*/* Read and remove an integer from the buffer */int get(struct prodcons * b) int data; pthread_mutex_lock(&b-lock);
20、/* Wait until buffer is not empty */ while (b-writepos = b-readpos) printf(wait for not emptyn); pthread_cond_wait(&b-notempty, &b-lock); /* Read the data and advance read pointer */ data = b-bufferb-readpos; b-readpos+; if (b-readpos = BUFFER_SIZE) b-readpos = 0; /* Signal that the buffer is now no
21、t full */ pthread_cond_signal(&b-notfull); pthread_mutex_unlock(&b-lock); return data;/*-*/#define OVER (-1)struct prodcons buffer;/*-*/void * producer(void * data) int n; for (n = 0; n %dn, n); put(&buffer, n); put(&buffer, OVER); printf(producer stopped!n); return NULL;/*-*/void * consumer(void *
22、data) int d; while (1) d = get(&buffer); if (d = OVER ) break; printf( %d-getn, d); printf(consumer stopped!n); return NULL;/*-*/int main(void) pthread_t th_a, th_b; void * retval; init(&buffer); pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0); pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0); /* Wait until produc
23、er and consumer finish. */ pthread_join(th_a, &retval); pthread_join(th_b, &retval); return 0;实验三、串行端口程序设计一、实验目的1 了解在linux环境下串行程序设计的基本方法。2 掌握终端的主要属性及设置方法，熟悉终端IO函数的使用。3 学习使用多线程来完成串口的收发处理。二、实验内容读懂程序源代码， 学习终端IO函数tcgetattr(), tcsetattr(),tcflush()的使用方法，学习将多线程编程应用到串口的接收和发送程序设计中。三、实验设备及工具硬件：UP-NETARM2410-
24、S嵌入式实验仪，PC机pentumn500以上, 硬盘40G以上,内存大于128M。软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0 MINICOM AMRLINUX开发环境四、实验原理Linux 操作系统从一开始就对串行口提供了很好的支持，为进行串行通讯提供了大量的函数，我们的实验主要是为掌握在LINUX中进行串行通讯编程的基本方法。1.程序流程图 程序流程图如图2-3所示：图2-3 程序流程图2串口操作需要的头文件#include /*标准输入输出定义*/#include /*标准函数库定义*/#include /*linux标准函数定义*/#include #include #inc
25、lude /*文件控制定义*/#include /*PPSIX 终端控制定义*/#include /*错误号定义*/#include /*线程库定义*/3打开串口在 Linux 下串口文件是位于 /dev 下，串口一为/dev/ttyS0 ，串口二为 /dev/ttyS1，打开串口是通过使用标准的文件打开函数操作： int fd;/*以读写方式打开串口*/fd = open( /dev/ttyS0, O_RDWR);if (-1 = fd) perror( 提示错误！);4设置串口最基本的设置串口包括波特率设置，效验位和停止位设置。串口的设置主要是设置 struct termios 结构体的各
26、成员值。 struct termio unsigned short c_iflag; /* 输入模式标志 */ unsigned short c_oflag; /* 输出模式标志 */ unsigned short c_cflag; /* 控制模式标志 */ unsigned short c_lflag; /* local mode flags */ unsigned char c_line; /* line discipline */ unsigned char c_ccNCC; /* control characters */;设置这个结构体很复杂，可以参考man手册或者由赵克佳、沈志宇编
27、写的UNIX程序编写教程，我这里就只考虑常见的一些设置： 波特率设置：下面是修改波特率的代码：struct termios Opt;tcgetattr(fd, &Opt);cfsetispeed(&Opt,B19200); /*设置为19200Bps*/cfsetospeed(&Opt,B19200);tcsetattr(fd,TCANOW,&Opt);校验位和停止位的设置：无效验 8位 Option.c_cflag &= PARENB;Option.c_cflag &= CSTOPB;Option.c_cflag &= CSIZE;Option.c_cflag |= CS8; 奇效验(Odd
28、) 7位 Option.c_cflag |= PARENB;Option.c_cflag &= PARODD;Option.c_cflag &= CSTOPB;Option.c_cflag &= CSIZE;Option.c_cflag |= CS7; 偶效验(Even) 7位 Option.c_cflag &= PARENB;Option.c_cflag |= PARODD;Option.c_cflag &= CSTOPB;Option.c_cflag &= CSIZE;Option.c_cflag |= CS7; Space效验 7位 Option.c_cflag &= PARENB;Option.c_cflag &= CSTOPB;Option.c
