嵌入式系统实验指导书

《嵌入式系统原理》实验指导书

目录

《嵌入式系统原理》实验指导书 (1)

目录 (1)

实验报告要求: ....................................................................................... 错误！未定义书签。

实验一Linux的初步使用 (2)

实验二linux驱动程序 (5)

实验三交叉编译程序 (11)

实验四编译内核与下载 (15)

实验一Linux的初步使用

实验目的：

熟练掌握linux命令的使用,linux程序的编译与调试

实验学时：

3学时

实验内容：

1.掌握虚拟机VMWARE的基本应用；

2. 掌握虚拟机中RED hat linux 的安装；

3. 掌握基本linux命令的使用；

4. 掌握linux程序编译与调试。

实验设备：

装有VMWARE的PC机一台,RED HAT安装光盘(或ISO映像文件)。

实验步骤：

1.创建一虚拟机MYLINUX

1)从桌面上单击“VMWARE WORKSTAION”启动虚拟机软件，单击新建虚拟

机，指定保存路径“D：\MYLINUX”,选择虚拟机操作系统类型：linux，然后

完成虚拟机的创建；

2)双击虚拟机中CDROM，选择将虚拟机光驱连接修改为：使用ISO映像，并指

定映像文件为共享磁盘：I：\redhat-disk-1.iso。

3)单击虚拟机中启动虚拟机，开始从光盘上启动系统并安装linux。

2.安装linux

注意：

在虚拟机和主机之间进行切换方法：鼠标单击虚拟机，可以进入；要回到主机，请用CTRL＋ALT

1)输入回车，进入图形化安装；也可以linux text进入文本界面安装；

2)选择Skip（跳过CD检查）,回车

3)点击NEXT（下一步）

4)安装语言，选择简体中文；或选择English

5)安装类型，选择定制：Custom

6)分区选择：自动分区

7)网络配置：选择为自动获取IP，无防火墙；

8)设置根（root）用户密码：123456

9)安装包选择：至少要选择：开发工具、编辑工具、内核开发工具。如果实在不

知选什么，可以选择：所有（everything）,但这样安装时间较长。

10)安装过程中提示插入第２张磁盘时，请用鼠标右击虚拟机的标题栏，找到可移

动设备中的ＣＤＲＯＭ，然后指定ＲＥＤ－ＨＡＴ－disk-2.iso作为光盘映像

文件。

3.练习linux命令的使用:

启动linux后,在登录框中输入用户名:root,密码:123456(不显示),直到进入提示符状态#:

执行如下命令,掌握基本命令的使用

1)mkdir /mydir //建立文件夹

2)cp /proc/version /mydir/ //复制文件

3)cd /mydir //进入文件夹

4)mv version myfile //重命名文件

5)ls //显示目录

6)cat myfile //显示文件内容

7)vi myfile (按:q退出) //编辑文件

下面是光驱的装载

1)cd /mnt

2)ls

若没有CDROM,执行mkdir cdrom创建CDROM

1)mount cdrom //装载光驱

2)cd cdrom

3)ls

4)cd ..

5)umount cdrom //卸载光驱

4.vi 编辑器的使用

用VI编辑一个文件:vi helloworld.c

按i键进入插入模式,输入如下内容:

#include

#inlcude

int main()

{

printf(“hello world!\n”);

return 0 ;

}

按ESC键退出插入模式.

按:w保存文件

按:q退出文件编辑.

5.使用gcc命令编译该文件:

gcc –o helloworld helloworld.c

若有错,根据提示的行号修改错误,直到编译没有错误.

执行:

./helloworld

查看是否能正确输出:hello world!.

6 .用GDB调试test1.c

带调试信息的编译:

gcc –g –o test1 test1.c

启动调试器:

gdb test1

在提示符下执行如下命令进行调试:

1)list

2)用回车继续执行上述命令,找到第2个函数的入口点行号

3)break n //n为第2个函数的入口点行号(第19行)

4)run

5)step

6)next

7)用watch i,string2[i]来观察变量的变化

反复执行next,直到循环退出.

7.参考test2.c修改test1.c ,重新编译并运行,看是否能正确得到反转的结果. 实验小结:

小结实验过程中遇到了哪些问题,是如何解决的?

实验二linux驱动程序

实验目的:

1)熟悉驱动程序的结构;

2)掌握驱动程序各函数的作用

3)熟悉驱动程序的编译与运行

实验学时:

3学时

实验设备：

装有VMWARE的PC机一台,RED HAT安装光盘(或ISO映像文件)。

实验步骤:

1.参照附录中的参考代码，使用VI完成skeleton.c与skeleton_test.c的编写.

2.执行如下命令编译程序:

export PATH=/opt/host/armv4l/bin:$PATH

armv4l-unkown-linux-gcc -D__KERNEL__ _DMODULE -I/s3c2410/kernel/include -o skeleton.o skeleton.c

armv4l-unkonw-linux-gcc -o skeleton_test skeleton_test.c

3.使用驱动程序

插入模块：Insmod skeleton.o

查看设备文件：

/dev/skeleton

执行测试程序

./skeleton_test

卸载模块：rmmod skeleton.o

实验小结:

参考代码：

1. 驱动程序skeleton.c

/* driver/char/skeleton.c

* this is a skeleton char device driver

*/

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define IOWRITE 0xf021

#define IOCLEAR 0xf022

#define SKELETON_MAJOR 220

#define STRLEN 100

char skeleton_drvinfo[100];

devfs_handle_t devfs_skeleton;

int skeleton_open(struct inode *,struct file *);

int skeleton_release(struct inode *,struct file *);

int skeleton_ioctl(struct inode *,struct file *,unsigned int ,unsigned long); ssize_t skeleton_read(struct file *,char * ,size_t,loff_t *);

ssize_t skeleton_write(struct file *,const char * ,size_t,loff_t *);

static struct file_operations skeleton_fops={

ioctl: skeleton_ioctl,

open: skeleton_open,

read: skeleton_read,

write: skeleton_write,

release: skeleton_release,

};

int skeleton_open(struct inode *inode,struct file *filp)

{

printk("open ok\n");

return 0;

}

ssize_t skeleton_read(struct file *filp,char *buf,size_t size,loff_t *offp) {

char * _buf;

_buf=skeleton_drvinfo;

copy_to_user(buf,_buf,sizeof(skeleton_drvinfo);

return 0;

}

ssize_t skeleton_write(struct file *filp,char *buf,size_t size,loff_t *offp) {

char * _buf;

_buf=skeleton_drvinfo;

copy_from_user(_buf,buf,sizeof(skeleton_drvinfo);

return 0;

}

int skeleton_release(struct inode *inode,struct file *filp)

{

printk("release ok\n");

return 0;

}

int skeleton_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int command,unsigned arg) {

int err=0;

switch(command)

{

case IOWRITE:

printk("write ok\n");

return 0;

case IOCLEAR:

printk("clear ok\n");

return 0;

default:

err=-EINV AL;

}

return err;

}

int __init skeleton_init(void)

{

devfs_skeleton=

devfs_register(NULL,"skeleton",DEVFS_FL_DEFAULT,

SKELETON_MAJOR,0,

S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP,

&skeleton_fops,NULL);

return 0;

}

void __exit skeleton_exit (void)

{

devfs_unregister(devfs_skeleton);

}

module_init(skeleton_init);

module_exit(skeleton_exit);

2.测试程序skeleton_test.c

#include

#include

#include

char *device="/dev/skeleton";

int skeleton_fd;

char cBuffer[100];

char readchar[100];

int main( int argc,char *argv[])

{

int i,count;

char *constchar;

constchar="This is a skeleton device driver\n";

sprintf(cBuffer,constchar);

printf("driver info is %s\n",cBuffer);

fflush(stdout);

skeleton_fd=open(device,O_RDWR);

if (skeleton_fd==-1)

{

printf("Unable to open skeleton device");

exit(0);

}

count=write(skeleton_fd,cBuffer,100);

count=read(skeleton_fd,readchar ,100);

printf("driver info is :%s\n",readchar );

fflush(stdout);

close(skeleton_fd);

}

实验三交叉编译程序

实验目的：

第一次正面接触嵌入式Linux 的开发，第一次编写嵌入式系统的应用程序，亲身实践一下开发的步骤。

实验内容：

参照本教程给出的步骤，一步一步地完成实验，编写、编译并运行HelloWorld 程序。

实验设备：

GX-ARM9-2410EP 实验仪，预装REDHAT 9 PC 机一台，正确配置开发环境。

实验步骤：

开发时使用宿主机上的交叉编译、汇编及连接工具形成可执行的二进制代码，（这种可执行代码并不能在宿主机上执行，而只能在目标板上执行。）然后把可执行文件下载到目标机上运行。调试时的方法很多，可以使用串口，以太网口等，具体使用哪种调试方法可以根据目标机处理器所提供的支持作出选择。宿主机和目标板的处理器一般都不相同，宿主机为Intel 处理器，而目标板为SAMSUNG S3C2410。GNU 编译器提供这样的功能，在编译编译器时，可以选择开发所需的宿主机和目标机从而建立开发环境。所以在进行嵌入式开发前第一步的工作就是要安装一台装有指定操作系统的PC 机作宿主开发机。

对于嵌入式Linux，宿主机上的操作系统一般要求为Redhat Linux，在此，我们推荐使用Redhat9.0 作为宿主机（开发主机）的操作系统。需要宿主机器在硬件上具有标准串口，并口，网口；软件上具有目标板的linux 内核、ramdisk 文件系统映像以及bootloader。软件的更新通常使用串口或网口，最初的bootloader 烧写是通过并口进行的。

1.交叉编译工具链的安装

在宿主机上我们要建立交叉编译调试的开发环境。环境的建立需要许多的软件模块协同工作，这将是一个比较繁杂的工作，但现在已完全由光盘上的安装脚本自动完成了。

将光盘插入CDROM ，执行下列命令：

mount /dev/cdrom /mnt/cdrom /*挂载光盘*/

cd /mnt/cdrom /*进入光盘*/

./install /*执行开发环境自动安装脚本*/

当开发环境安装完毕后，会在根目录下生成两个目录：/S3C2410_linux ：嵌入式系统开发工作目录/opt ：交叉编译环境目录目标板

2 配置minicomminicom

很像Windows 下面的超级终端，我们利用minicom 作为被开发目标板的终端，开发前需要正确的配置minicom。

在宿主机Linux 终端中输入：minicom -s对minicom 进行设置。

选择Serial port setup，将串口配置为：波特率115200，8 位数据位，1 位停止位，没有流控，选择Save setup as dfl并将其设置存为默认值。

然后选择Exit 退回到minicom 界面。

正确连接串口线，PC 机端使用在MINICOM 中被配置的串口，ttyS0 或tt yS1。目标板请使用最左边的串口0

3 配置TFTP

TFTP 的全称是Trivial File Transfer Protocol，即简单文件传输协议。使用此服务传送文件时没有数据校验、密码验证，非常适合小型文件的传输。在通过TFTP 传送文件时，需要服务端和客户端，对于我们嵌入式系统来讲，服务端就是我们的宿主机。

首先检查宿主机端的TFTP 服务是否已经开通。在宿主机上执行：setup选择System services，将tftp 一项选中（出现[*]表示选中），并去掉ipchains 和iptables两项服务（即去掉它们前面的*号）。然后还要选择Firewall configuration，选中No firewall。最后，退出setup。

执行如下命令以启动TFTP 服务：service xinetd restart

简单测试一下TFTP 服务器是否可用，即自己tftp 自己。例如在宿主机上执行：

cp /s3c2410_linux/Image/zImage /tftpboot/ /*在本地准备一个文件*/

tftp 192.168.2.199 /*用tftp 服务登陆本机*/

tftp> get zImaget /*使用tftp服务得到文件zImage*/

ftp>q /*退出tftp服务*/

若出现信息“Received 741512 bytes in 0.7 seconds”就表示TFTP 服务器配置成功了。若弹出信息“Timed out”，则表明未成功。此时可用如下命令确认tftp 服务是否开通netstat -a|grep tftp若TFTP 服务器没有配置成功，需要按照上述步骤重新检查一遍。

4 配置NFS 服务

NFS（N twork File System）指网络文件系统，是Linux 系统中经常使用的一种服务，NFS 是一个RPC service，很像windows 中的文件共享服务。它的设计是为了在不同的系统间使用, 所以它的通讯协议设计与主机及作业系统无关。当使用者想用远端档案时只要用"mount"就可把remote 档案系统挂接在自己的档案系统之下，使得远端的档案在使用上和local 的档案没

两样。在NFS 服务中，主机（Servers）是被挂载（mount）端，为了远端客户机（Clients）可以访问主机的文件。

主机配置两方面内容：

打开NFS 服务，允许“指定用户”使用。打开主机的NFS 服务可以使用命令：setup选择System services，将nfs 一项选中（出现[*]表示选中），并去掉ipchains 和iptables两项服务（即去掉它们前面的*号）。然后退出。

“指定用户”是通过编辑文件“exports”：

vi /etc/exports

在exports 文件中加入：

/nfs 192.168.2.122(rw,insecure,no_root_squash,no_all_squash)然后按 再输入: 再输入wq 然后回车,存储退出。其中“/nfs”是一个可以被IP 地址是“192.168.0.122”计算机读写的文件夹。

重新启动服务，使我们的设置生效：/etc/rc.d/init.d/nfs restart现在NFS 就可以使用了。

5 交叉编译与运行简单程序

1.打开实验仪电源,按实验箱Reset 键,在minicom 中应该会出现启动画面，按回车键进

入提示符状态

2.输入：ifconfig eth0 192.168.2.122 设置网卡IP地址

3.mount -t nfs –o nolock 192.168.2.120:/nfs /mnt(等待重新连接，请出现提示符后，再输入)

如果此处出现问题，请检查主机NFS 服务配置,和网络的使用100M 网络的接口。

4.执行：

cd /mnt

ls

5.宿主机上打开另外一个终端输入如下命令,进入/nfs 目录

cd /nfs

9．交叉编译HelloWorld.c

/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc –o HelloWorld HelloWorld.c

等到再次出现提示符，代表程序已经正确编译。如果此步出现错误信息，请查看错误信息，并且重新编辑原来的 C 文件修改错误。直到正确编译。此条命令的含义是，调用交叉编译器armv4l-unknown-linux-gcc 编译HelloWorld.c 文件，编译后生成HelloWorld 文件，此时生成的HelloWorld 文件不能在PC 上运行，只能在ARM 上运行。

10．回到开有minicom 的终端上输入ls此时会看到刚才编译的文件。

输入./HelloWorld程序运行输出结果

实验小结：

根据编译一个应用程序，并且在嵌入式系统上运行和调试它。通过这个实验，可以对嵌入式开发有一个更为直观的认识。

实验四编译内核与下载

实验目的：

了解编译ARM 系统Bootloader 的过程

实验内容：

分别为开发板编译Bootloader、内核配置与裁剪并烧写到目标板上。

实验设备：

GX-ARM9-2410EP 实验仪，预装REDHAT 9 PC 机一台，正确配置开发环境。

实验步骤：

1．首先我们编译PPCboot、Linux 内核。

打开Linux 下的一个终端，并且输入：

cd /s3c2410_linux/ppcboot-2.0.0 进入ppcboot 的目录

make clean 这是清理掉以前的编译结果

make 编译

当见到正常结束后就表示已经可以正确的编译完成PPCboot。在/ppcboot-2.0.0/下面会看到新生成的ppcboot.bin，这个文件就是可以烧写到实验仪上的文件，可以用ll ppcboot.bin查看当前文件生成的时间，是否是最新的。可以将新生成的ppcboot.bin 文件复制到文件夹/tftpboot 下面备用。

2．编译Linux内核

cd /s3c2410_linux/kernel /进入Linux 内核文件所在的目录

ls /查看内核文件结构．

make clean /*推荐使用*/

make menuconfig 这条命令是用来调用菜单式的配制内核界面，相应的还有命令行式的配制方法make config

Code maturity level options这个选项的作用域是整个编译配置空间，如果这里选中相应的级别，不符合此条件的选项就不会在后面出现。这个选项是代码的成熟程度的选择，意思是如果你需要一个非常成熟稳定的系统，那么有些新功能就不能使用，一个包含有新功能的系统就可能存在相应的风险。可以根据你自己的需求选择。Loadable module support核对内核模块的支持选项，包括是否支持和支持的一些配置等，选择此这个选项是你的内项会使内核文件变大。

System Type统的支持，如什么样的ARM 内核，什么样的配置平台等，实验仪提供的内核是使用不同的处理器其系统或是不同的内核时此处的选项可能不同。选择对系给S3C2410 提供的，如果General Setup这里是内核本身的一些属性的配置，包括压缩方式，网络支持等很多属性。

Parallel port support这个选项顾名思义就是选择内核对并口的支持情况，当选中对并口支持后会出现新的选项来配置支持不同类型不同模式的并口。Memory Technology Devices (MTD)对MTD 设备的支持选项，这个选项对嵌入式系统比较重要，内核对各种Flash 的支持都在这里配置，包括种类，分区等。

Plug and Play configuration内核对即插即用的支持选项，这个选项在嵌入式系统中极少使用。Block devices内核对块设备的支持选项，各种磁盘系统的支持

Multi-device support多设备的支持，主要是RAID 和LVM 的支持，这个在嵌入式系统中极少使用Networking options内核的网络支持选项，Linux 对网络的支持是内核级的，在这里配置对不同网络协议的支持情况。

Network device support支持在这里选择，也是常用的选项，例如系统配置对网络设备的支持选项，通常对网卡的不同的网卡时就要在这里选中不同的选项。Amateur Radio support业余无线电支持，嵌入式中极少应用。

Irda (infrared) supportIrDA 支持，就是红外线通信口的支持E备，包括CDROM HARDDISK TAP 等ATA/ID /MFM/RLL supportIDE 口的支持，这里选择支持不同的IDE 设SCSI supportSCSI 设备的支持选项，也比较少使用I2O device support智能IO 结构支持，嵌入式也比较少使用

ISDN supportISDN 的支持选项Input core support输入设备核支持，通常当需要支持USAB 的HID 设备时选中

Character devices字符型设备的支持，这个选项是嵌入式系统经常使用的选项，嵌入式系统中大量的设备都属于Char 型的设备s持Multimedia device多媒体设备的支----- 88 ----- File systems内核对不同文件系统的支持选项，在这里选择需要支持的文件系统的选择，这里主要选择是否把Console 定位到VGA 上面，和对Frame-Buffer的支Console drivers控制台持

Soun对声d音设备的支持选项Mutimedia Capabilities Port drivers多媒体设备的支持选项USB support各种USB 设备的支持Bluetooth support蓝牙设备的支持----- 91 -----

Kernel hacking内核DeBug 用的一些选项，用于报告各种信息LoadLoad and Alternate Configration File不同的配置文件

Save Configration to an Alternate File保存配置文件

make dep 检查文件依赖关系

make bzImage 生成内核

make modules 编译模块文件

3烧写各部分到目标板

这里用户可在minicom 中按下CTRL+C，然后回车即可进入命令提示符。

正常启动后会x 是S3C2410 处理器上的Linu实验在实验仪的LCD 屏幕上看到，MIZI 的图案，MIZIlinux 移植版。

实验小结：

本次实验，我们进行了Linux 各个部分烧写，组成了一个可以使用的完整的系统，在后面的实验都是基于我们的这个系统进行的。