《嵌入式操作系统》实验报告材料

《嵌入式操作系统》实验报告

班级计算机

学号

姓名

指导教师庄旭菲

内蒙古工业大学信息工程学院计算机系

2018年6月

实验一 Linux内核移植与编译实验

1. 实验目的

?了解Linux 内核相关知识与内核结构

?了解Linux 内核在ARM 设备上移植的基本步骤和方法

?掌握Linux 内核裁剪与定制的基本方法

2. 实验内容

?分析Linux 内核的基本结构，了解Linux 内核在ARM 设备上移植的一些基本步骤及

常识。

?学习Linux 内核裁剪定制的基本配置方法，利用UP-Magic210 型设备配套Linux 内核

进行自定义功能(如helloworld 显示)的添加，并重新编译内核源码，生成内核压缩文件zImage，下载到UP-Magic210 型设备中测试。

3. 实验步骤

实验目录：/UP-Magic210/SRC/kernel/linux-2.6.35.7/

编译内核：在宿主机端为UP-Magic210 设备的Linux 2.6.35.7 内核编写简单的测试驱动（内核）程序helloworld.c 并修改内核目录中相关文件，添加对测试驱动程序的支持。(1)、使用vim 编辑器手动编写实验代码helloworld.c

helloworld.c 内如如下：

#include

#include

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

//驱动程序入口函数

static int hello_init(void)

{

printk(KERN_ALERT "##############Hello, world############\n");

return 0;

}

//驱动程序出口函数

static void hello_exit(void)

{

printk(KERN_ALERT "###############Goodbye, world#########\n");

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

有关驱动程序的编写规范，请参考课程教材，本实验只在编写简单的驱动(内核)程序并加入到Linux内核目录树中，使用户熟悉编译内核的过程。该驱动程序是向终端输出相关程序信息。编写好helloworld.c 后将其拷贝到内核源码树的drivers/char/目录下。

[root@localhost /]# cp helloworld.c /UP-Magic210/SRC/kernel/linux-2.6.35.7/drivers/char/ (2)、进入实验内核源码目录修改driver/char/目录下的Kconfig 文件，按照Kconfig 语法添加helloworld 程序的菜单支持

[root@localhost /]# cd UP-Magic210/SRC/kernel/linux-2.6.35.7/

[root@localhost linux-2.6.35.7]# vi drivers/char/Kconfig

例如：在Kconfig 文件中的source“driver/char/hw_random/Kconfig”下面添加如下：source“driver/char/hw_random/Kconfig”

config HELLO_MODULE

bool "Hello World Test"

depends on CPU_S5PV210

help

This is a demo to test kernel experiment On UP-Magic210.

(3)、进入实验内核源码目录修改driver/char/目录下的Makefile 文件，按照内核中Makefile 语法添加helloworld程序的编译支持

[root@localhost linux-2.6.35.7]# vi drivers/char/Makefile

在Makefile 中(大约在91 行)添加如下一行

obj-$(CONFIG_TOSHIBA) += toshiba.o

obj-$(CONFIG_I8K) += i8k.o

obj-$(CONFIG_DS1620) += ds1620.o

obj-$(CONFIG_HW_RANDOM) += hw_random/

obj-$(CONFIG_HELLO_MODULE) += helloworld.o

obj-$(CONFIG_PPDEV) += ppdev.o

(4)、运行make menuconfig 配置内核对helloworld 程序的支持:

[root@localhost linux-2.6.35.7]# make distclean

[root@localhost linux-2.6.35.7]# make menuconfig

先加载内核配置单，如图：

然后进入到Device Drivers --->菜单中如图：

进入到Character devices--->如图：

进入该菜单会发现[ ] Hello World Test 选项，按下空格将其静态编译进内核

退出保存内核配置

(5)、重新编译内核

在内核源码的顶层目录下编译内核

[root@localhost linux-2.6.35.7]# make

scripts/kconfig/conf -s arch/arm/Kconfig

CHK include/linux/version.h

CHK include/generated/utsrelease.h

make[1]:“include/generated/mach-types.h”是最新的。

CALL scripts/checksyscalls.sh

CHK include/generated/compile.h

CC drivers/char/helloworld.o

LD drivers/char/built-in.o

LD drivers/built-in.o

LD vmlinux.o

MODPOST vmlinux.o

初次编译内核源码，由内核代码庞大，所需较长时间(大约几分钟至10 几分钟不等)。编译成功后会在内核源码目录的arch/arm/boot/目录下生成内核压缩文件zImage。

[root@localhost linux-2.6.35.7]# ls arch/arm/boot/zImage

arch/arm/boot/zImage

[root@localhost linux-2.6.35.7]#

(6)、将新生成的内核镜像文件zImage 烧写到UP-Magic210 型设备中，这里不在赘述(烧写步骤可以参考文档“UP-Magic210出厂程序烧写手册(LINUX)V1.0.pdf”第23页)。新内核烧写成功后启动UP-Magic210 型系统，可以在串口终端中查看到Linux 内核在启动过程中打印出来的如下信息：

S3C_LCD clock got enabled :: 133.000 Mhz

Window[0]- FB1 : map_video_memory: clear ff600000:00096000

FB1 : map_video_memory: dma=57100000 cpu=ff600000 size=00096000

Console: switching to colour frame buffer device 80x30

fb-1069494052: frame buffer device

lp: driver loaded but no devices found

###################Hello, world###################

ppdev: user-space parallel port driver

s3c-uart.0: ttySAC0 at MMIO 0x7f005000 (irq = 37) is a S3C

s3c-uart.1: ttySAC1 at MMIO 0x7f005400 (irq = 38) is a S3C

s3c-uart.2: ttySAC2 at MMIO 0x7f005800 (irq = 39) is a S3C

RAMDISK driver initialized: 16 RAM disks of 4096K size 1024 blocksize

loop: loaded (max 8 devices)

nbd: registered device at major 43

dm9000 Ethernet Driver

eth0: dm9000 at c7866000,c7866002 IRQ 78 MAC: 00:22:12:34:56:90

S3C IrDA driver, (c) 2006 Samsung Electronics

Linux video capture interface: v2.00

可以看到在终端上打印出###################Hello, world###################信息。同样进入ARM 系统后也可以通过dmesg 命令查看内核启动信息。

[root@UP-TECH yaffs]# dmesg

S3C_LCD clock got enabled :: 133.000 Mhz

Window[0]- FB1 : map_video_memory: clear ff600000:00096000

FB1 : map_video_memory: dma=57100000 cpu=ff600000 size=00096000

Console: switching to colour frame buffer device 80x30

fb-1069494052: frame buffer device

lp: driver loaded but no devices found

###################Hello, world################### ppdev: user-space parallel port driver

s3c-uart.0: ttySAC0 at MMIO 0x7f005000 (irq = 37) is a S3C

s3c-uart.1: ttySAC1 at MMIO 0x7f005400 (irq = 38) is a S3C

s3c-uart.2: ttySAC2 at MMIO 0x7f005800 (irq = 39) is a S3C RAMDISK driver initialized: 16 RAM disks of 4096K size 1024 blocksize 4.实验结果

思考：如何能在Linux系统启动时，输出显示自定义的文本信息，请修改Linux内核启动代码，完成此功能。

5. 实验中遇到的问题及解决方法

在实验中遇到一些问题，例如在复制的时候我记得原来用cp–a/tmp/linux-2.4.18-br.tar.gz就可以了，可这次不行必须要用cp–a/tmp/linux-2.4.18-br.tar.gz./到自己的目录下。不过最后都顺利解决了问题，在编译复习了make menuconfig的编译配置。

实验二根文件系统实验

1. 实验目的

?了解UP-Magic210 魔法师实验套件Linux 系统下根文件系统结构

?掌握根文件系统的搭建过程

?掌握busybox、mkcramfs 等工具的使用方法

2. 实验内容

?使用busybox 生成文件系统中的命令部分，使用mkcramfs 工具制作CRAMFS 格式的

根文件系统。

?分析根文件系统etc 目录下重要配置文件的格式及语法，熟悉根文件系统的启动过程3．实验步骤

实验目录：/UP-Magic210/SRC/kernel/linux-2.6.35.7/

/UP-Magic210/SRC/rootfs/

一、在内核中添加文件系统类型支持

（1）、进入宿主机中UP-Magic210 型光盘内核目录：

[root@localhost ~]# cd /UP-Magic210/SRC/kernel/linux-2.6.35.7/

（2）、运行make menuconfig 命令配置内核文件系统相关支持

添加对CRAMFS 根文件以及YAFFS2 文件系统系统支持

进入File systems --->菜单

进入Miscellaneous filesystems --->菜单

选择<*> Compressed ROM file system support (cramfs) 支持，如图：

选择<*> YAFFS2 file system support 支持，配置如下图

退出保存内核配置

运行make编译内核，重新烧写内核。

二、根文件系统的实现

（1）、制作BUSYBOX 工具集

进入本次实验目录

[root@localhost rootfs]# cd /UP-Magic210/SRC/rootfs/

[root@localhost rootfs]# ls

bash-4.0.tar.bz2 busybox-1.19.3.tar.bz2 rootfs

解压busybox-1.19.3.tar.bz2 压缩包

[root@localhost rootfs]# tar xjvf busybox-1.19.3.tar.bz2

产生busybox-1.19.3 目录

[root@localhost rootfs]# ls

bash-4.0.tar.bz2 busybox-1.19.3 busybox-1.19.3.tar.bz2 rootfs

进入busybox-1.19.3 目录进行busybox 的修改及配置

修改此目录的Makefile 文件，更改ARCH ?和CROSS_COMPILE ?=宏定义，如下：CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi-

ARCH ?= arm

退出保存。

运行make menuconfig 对工具集进行定制

[root@localhost busybox-1.19.3]# make menuconfig

进入Busybox Settings --->选项

进入Busybox Library Tuning --->选项

选中[*]Fancy shell prompts 支持

进入Miscellaneous Utilities --->选项

去除[ ] inotifyd 选项

接下来的配置可以根据具体情况来设置或裁剪相关工具。

退出保存设置。

编译busybox

[root@localhost busybox-1.19.3]# make

安装busybox

[root@localhost busybox-1.19.3]# make install

成功后会在当前目录下生成_install 目录，编译的工具也都集成在该安装目录下。

[root@localhost busybox-1.19.3]# cd _install/

[root@localhost _install]# ls

bin linuxrc sbin usr

[root@localhost _install]#

可以看到_install 目录下生成了根文件系统常用的命令及工具，接下来的工作，用户可以根据需要将_install目录下生成的命令拷贝到根文件系统相应目录下。

例如：将从busybox 生成的which 命令拷贝到根文件系统目录的usr/bin 目录下，这样，我们的根文件系统就支持which 命令了。

（2）、制作CRAMFS 根文件系统镜像

实验中已经提供了mkcramfs 制作工具以及mkrootfs.sh 脚本文件，用户只需执行

mkrootfs.sh 脚本文件来使用mkcramfs 制作根文件系统镜像即可。

当然也可以手动的执行命令：./mkcramfs rootfs_up210 rootfs_up210.cramfs

[root@localhost rootfs]# ./mkrootfs.sh

此时在当前目录下生成根文件系统镜像文件rootfs_up210.cramfs

[root@localhost rootfs]# ls

mkcramfs mkrootfs.sh rootfs_up210 rootfs_up210.cramfs

三、烧写根文件系统

将新生成的根文件系统镜像文件rootfs_up210.cramfs烧写到UP-Magic210 型设备中进行测试，这里不在赘述(烧写步骤可以参考文档“UP-Magic210出厂程序烧写手册(LINUX)V1.0.pdf”第24页)。如果用户新添加了相关命令或工具(例如which 命令)启动系统后可以验证用户添加入的新命令或工具。

4.实验结果

5. 实验中遇到的问题及解决方法

make 编译有错误，进行源代码的修改。之后再make menuconfig中将这个宏对应的东西配置成没有就好了，如果没有这个宏，那么就直接用出错的那个文件的名字找就行了，找到后给它去掉，将来make的时候就不会编译这个文件了，在次进行make 编译后，编译出来了busybox这个东西，就在证明编译通过了。

实验三模块方式驱动实验

1. 实验目的

?学习在LINUX 下进行驱动设计的原理

?掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程

2. 实验内容

?在PC 机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试，实验驱动的各个接口函数的实现，

分析并理解驱动与应用程序的交互过程。

?在ARM 设备上创建设备驱动节点，编写用户空间应用程序，对驱动程序进行测试。

3. 实验步骤

（1）、编译驱动程序/UP-Magic210/SRC/exp/driver/01_demo /demo.c，手工加载驱动程序，通过设备号建立驱动设备节点，执行应用程序测试该驱动及设备，分析驱动程序demo.c。

进入实验目录编译源程序

[root@localhost /]# cd /UP-Magic210/SRC/exp/driver/01_demo/

清除中间代码，重新编译

[root@localhost 01_demo]# make clean

[root@localhost 01_demo]# make

当前目录下生成驱动程序demo.ko和应用测试程序test_demo。

启动UP-Magic210 实验系统，连好网线、串口线。通过串口终端挂载宿主机实验目录（注意：虚拟机IP地址需要设置为：192.168.12.157）。

[root@UP-TECH yaffs]# mount -t nfs -o nolock 192.168.12.157:/UP-Magic210 /mnt/nfs

进入串口终端的NFS 共享实验目录

[root@UP-TECH yaffs]# cd /mnt/nfs/SRC/exp/driver/01_demo/

手动加载驱动程序demo.ko

[root@UP-TECH 01_demo]# insmod demo.ko

通过设备号建立驱动设备节点

[root@UP_210 01_demo]# mknod /dev/demo c 251 0

执行应用程序测试该驱动及设备，分析应用程序测试结果。

[root@UP-TECH 01_demo]# ./test_demo

（2）、请参考驱动程序demo.c，编写一个虚拟字符设备驱动程序并进行调试，该虚拟字符

设备驱动程序完成如下功能：

◆在内核模块初始化函数中，实现动态申请设备号并注册该设备，动态建立设备文件

节点；

◆在内核模块的退出函数中，实现设备注销，删除该设备文件节点；

◆实现file_operations设备驱动文件结构体中的open、read、write、ioctl和release

函数功能，其中：

?open函数：设置一个计数器count，每调用一次open函数，计数器count加1。

?read函数：读取用户写入的字符串数据的排列结果。

?write函数：实现将用户写入的字符串数据，按照每个字符的ASCII值逆序或升序排序（根据开关值asc排序：asc=0，逆序排序；asc=1，升序排序；）。

?ioctl函数：设置排序方式开关值asc。

?release函数：每调用一次release函数，计数器count减1。

4.实验结果

5. 实验中遇到的问题及解决方法。

没有修改makefile文件直接进行编译导致出错。实验前没有认真阅读实验原理，看懂实验代码，所以在使用make命令以后无法实现。最后在同学的帮助下找到了原因。忽略了自己使用的是gcc编译而不是交叉编译，因而没有设置节点。尝试了很多次以后才发现了问题，期间以为是test_demo文件的问题，但是导入导出很多次都没有解决，问了同学才找到了问题。

实验四 LED 驱动及控制实验

1. 实验目的

?了解ARM 设备外围电路结构与接口原理

?熟悉Linux 系统下硬件驱动编程

?编程实现对嵌入式设备上LED 灯的控制

2. 实验内容

?阅读UP-Magic210 平台硬件文档，熟悉ARM 处理硬件外围接口电路

?编程实现UP-Magic210 平台设备上LED 驱动及应用测试程序

3. 实验步骤

编写UP-Magic210 平台设备上LED 驱动及应用测试程序并进行调试，该LED驱动程序完成如下功能：

◆在内核模块初始化函数中，实现动态申请设备号并注册该设备，动态建立设备文件

节点；

◆在内核模块的退出函数中，实现设备注销，删除该设备文件节点；

◆实现file_operations设备驱动文件结构体中的ioctl函数，完成如下功能：

?一次调用控制所有的LED亮或灭；

?控制单个LED亮或灭；

?实现流水灯显示，流水灯显示效果自行定义，流水灯循环显示次数由用户应用程序传入。

程序：

驱动程序分析：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

MODULE_LICENSE("GPL");

#define DEVICE_NAME "leds" //驱动名称

#define DEVICE_MAJOR 231 //驱动主设备号

#define DEVICE_MINOR 0 //驱动次设备号

//声明字符设备类结构

struct cdev *mycdev;

struct class *myclass;

dev_t devno;

// LED GPIO 列表

static unsigned long led_table [] = {

S3C_GPQ2,

S3C_GPQ3,

S3C_GPQ4,

S3C_GPQ5,

S3C_GPQ6,

};

// LED GPIO 输出类型配置列表

static unsigned int led_cfg_table [] = {

S3C_GPQ2_OUTP,

S3C_GPQ3_OUTP,

S3C_GPQ4_OUTP,

S3C_GPQ5_OUTP,

S3C_GPQ6_OUTP,

};

// LED IOCTRL 处理函数，主要完成从用户空间传递数据进行 GPIO 引脚设置功能

static int uptech_leds_ioctl(struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg)

{

switch(cmd) {

case 0:

case 1:

if (arg > 6) {

return -EINVAL;

}

// LED GPIO 设置函数接口

s3c_gpio_setpin(led_table[arg], !cmd);

return 0;

default:

return -EINVAL;

}

}

// 驱动层 file_operations 接口函数初始化

static struct file_operations uptech_leds_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.ioctl = uptech_leds_ioctl,

};

//驱动程序入口初始化函数，设置 LED GPIO、向内核注册设备。static int __init uptech_leds_init(void)

{

int ret;

int i;

// 注册 LED 设备

devno = MKDEV(DEVICE_MAJOR, DEVICE_MINOR);//获取设备号mycdev = cdev_alloc();

cdev_init(mycdev, &uptech_leds_fops);//初始化字符设备

err = cdev_add(mycdev, devno, 1);//向系统添加 LED 设备

if (err != 0)

printk("s3c leds device register failed!\n");

myclass = class_create(THIS_MODULE, "leds");

if(IS_ERR(myclass)) {

printk("Err: failed in creating class.\n");

return -1;

}

//建立 LED 设备节点

class_device_create(myclass,NULL, MKDEV(DEVICE_MAJOR,DEVICE_MINOR), NULL, DEVICE_NAME,DEVICE_MINOR);

// LED GPIO 配置初始化

for (i = 0; i < 5; i++) {

s3c_gpio_cfgpin(led_table[i], led_cfg_table[i]);

s3c_gpio_setpin(led_table[i], 1);

}

printk(DEVICE_NAME " initialized\n");

return 0;

}

// 驱动卸载函数

static void __exit uptech_leds_exit(void)

{

// 注销 LED 驱动设备

unregister_chrdev(LED_MAJOR, DEVICE_NAME);

}

// 声明驱动程序入口函数

module_init(uptech_leds_init);

// 声明驱动程序出口函数

module_exit(uptech_leds_exit);

?应用程序分析：

#include

#include

#include

#include