《嵌入式操作系統(tǒng)》實驗報告

《嵌入式操作系統(tǒng)》實驗報告《嵌入式操作系統(tǒng)》試驗報告

班級計算機(jī)

學(xué)號

姓名

指導(dǎo)老師莊旭菲

工業(yè)高校信息工程學(xué)院計算機(jī)系

2024年6月

試驗一Linux核移植與編譯試驗

1.試驗?zāi)康?/p>

?了解Linux核相關(guān)學(xué)問與核結(jié)構(gòu)

?了解Linux核在ARM設(shè)備上移植的基本步驟和方法

?把握Linux核裁剪與定制的基本方法

2.試驗容

?分析Linux核的基本結(jié)構(gòu)，了解Linux核在ARM設(shè)備上移植的一些基本步驟及常識。

?學(xué)習(xí)Linux核裁剪定制的基本配置方法，利用UP-Magic210型設(shè)備配套Linux核進(jìn)行

自定義功能(如helloworld顯示)的添加，并重新編譯核源碼，生成核壓縮文件zImage，下載到UP-Magic210型設(shè)備中測試。

3.試驗步驟

試驗名目：/UP-Magic210/SRC/kernel/linux-/

編譯核：在宿主機(jī)端為UP-Magic210設(shè)備的Linux核編寫簡潔的測試驅(qū)動（核）程序helloworld.c并修改核名目中相關(guān)文件，添加對測試驅(qū)動程序的支持。

(1)、使用vim編輯器手動編寫試驗代碼helloworld.c

helloworld.c如如下：

#include

#include

MODULE_LICENSE("DualBSD/GPL");

//驅(qū)動程序入口函數(shù)

staticinthello_init(void)

{

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

return0;

}

//驅(qū)動程序出口函數(shù)

staticvoidhello_exit(void)

{

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

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

有關(guān)驅(qū)動程序的編寫規(guī)，請參考課程教材，本試驗只在編寫簡潔的驅(qū)動(核)程序并加入到Linux核名目樹中，使用戶熟識編譯核的過程。該驅(qū)動程序是向終端輸出相關(guān)程序信息。編寫好helloworld.c后將其拷貝到核源碼樹的drivers/char/名目下。

#cphelloworld.c/UP-Magic210/SRC/kernel/linux-/drivers/char/(2)、進(jìn)入試驗核源碼名目修改driver/char/名目下的Kconfig文件，根據(jù)Kconfig語法添加helloworld程序的菜單支持

#cdUP-Magic210/SRC/kernel/linux-/

#vidrivers/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”

configHELLO_MODULE

bool"HelloWorldTest"

dependsonCPU_S5PV210

help

ThisisademototestkernelexperimentOnUP-Magic210.

(3)、進(jìn)入試驗核源碼名目修改driver/char/名目下的Makefile文件，根據(jù)核中Makefile語法添加helloworld程序的編譯支持

#vidrivers/char/Makefile

在Makefile中(大約在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)、運行makemenuconfig配置核對helloworld程序的支持:

#makedistclean

#makemenuconfig

先加載核配置單，如圖：

然后進(jìn)入到DeviceDrivers--->菜單中如圖：

進(jìn)入到Characterdevices--->如圖：

進(jìn)入該菜單會發(fā)覺HelloWorldTest選項，按下空格將其靜態(tài)編譯進(jìn)核

退出保存核配置

(5)、重新編譯核

在核源碼的頂層名目下編譯核

#make

scripts/kconfig/conf-sarch/arm/Kconfig

CHKinclude/linux/version.h

CHKinclude/generated/utsrelease.h

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

CALLscripts/checksyscalls.sh

CHKinclude/generated/pile.h

CCdrivers/char/helloworld.o

LDdrivers/char/built-in.o

LDdrivers/built-in.o

LDvmlinux.o

MODPOSTvmlinux.o

初次編譯核源碼，由核代碼浩大，所需較長時間(大約幾分鐘至10幾分鐘不等)。編譯勝利后會在核源碼名目的arch/arm/boot/名目下生成核壓縮文件zImage。

#lsarch/arm/boot/zImage

arch/arm/boot/zImage

#

(6)、將新生成的核鏡像文件zImage燒寫到UP-Magic210型設(shè)備中，這里不在贅述(燒寫步驟可以參考文檔“UP-Magic210出廠程序燒寫手冊(LINUX)V1.0.pdf”第23頁)。新核燒寫勝利后啟動UP-Magic210型系統(tǒng)，可以在串口終端中查看到Linux核在啟動過程中打印出來的如下信息：

S3C_LCDclockgotenabled::133.000Mhz

Window-FB1:map_video_memory:clearff600000:00096000

FB1:map_video_memory:dma=57100000cpu=ff600000size=00096000

Console:switchingtocolourframebufferdevice80x30

fb-1069494052:framebufferdevice

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

ppdev:user-spaceparallelportdriver

s3c-uart.0:ttySAC0atMMIO0x7f005000(irq=37)isaS3C

s3c-uart.1:ttySAC1atMMIO0x7f005400(irq=38)isaS3C

s3c-uart.2:ttySAC2atMMIO0x7f005800(irq=39)isaS3C

RAMDISKdriverinitialized:16RAMdisksof4096Ksize1024blocksize

loop:loaded(max8devices)

nbd:registereddeviceatmajor43

dm9000EthernetDriver

eth0:dm9000atc7866000,c7866002IRQ78MAC:00:22:12:34:56:90

S3CIrDAdriver,(c)2024SamsungElectronics

Linuxvideocaptureinterface:v2.00

可以看到在終端上打印出###################Hello,world###################信息。同樣進(jìn)入ARM系統(tǒng)后也可以通過dmesg命令查看核啟動信息。

#dmesg

S3C_LCDclockgotenabled::133.000Mhz

Window-FB1:map_video_memory:clearff600000:00096000

FB1:map_video_memory:dma=57100000cpu=ff600000size=00096000

Console:switchingtocolourframebufferdevice80x30

fb-1069494052:framebufferdevice

###################Hello,world###################ppdev:user-spaceparallelportdriver

s3c-uart.0:ttySAC0atMMIO0x7f005000(irq=37)isaS3C

s3c-uart.1:ttySAC1atMMIO0x7f005400(irq=38)isaS3C

s3c-uart.2:ttySAC2atMMIO0x7f005800(irq=39)isaS3CRAMDISKdriverinitialized:16RAMdisksof4096Ksize1024blocksize4.試驗結(jié)果

思索：如何能在Linux系統(tǒng)啟動時，輸出顯示自定義的文本信息，請修改Linux核啟動代碼，完成此功能。

5.試驗中遇到的問題及解決方法

在試驗中遇到一些問題，例如在復(fù)制的時候我記得原來用cp–a/tmp/linux-2.4.18-br.tar.gz就可以了，可這次不行必需要用cp–a/tmp/linux-2.4.18-br.tar.gz./到自己的名目下。不過最終都順當(dāng)解決了問題，在編譯復(fù)習(xí)了makemenuconfig的編譯配置。

試驗二根文件系統(tǒng)試驗

1.試驗?zāi)康?/p>

?了解UP-Magic210魔法師試驗套件Linux系統(tǒng)下根文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?把握根文件系統(tǒng)的搭建過程

?把握busybox、mkcramfs等工具的使用方法

2.試驗容

?使用busybox生成文件系統(tǒng)中的命令部分，使用mkcramfs工具制作CRAMFS格式的

根文件系統(tǒng)。

?分析根文件系統(tǒng)etc名目下重要配置文件的格式及語法，熟識根文件系統(tǒng)的啟動過程3．試驗步驟

試驗名目：/UP-Magic210/SRC/kernel/linux-/

/UP-Magic210/SRC/rootfs/

一、在核中添加文件系統(tǒng)類型支持

（1）、進(jìn)入宿主機(jī)中UP-Magic210型光盤核名目：

#cd/UP-Magic210/SRC/kernel/linux-/（2）、運行makemenuconfig命令配置核文件系統(tǒng)相關(guān)支持添加對CRAMFS根文件以及YAFFS2文件系統(tǒng)系統(tǒng)支持

進(jìn)入Filesystems--->菜單

進(jìn)入Miscellaneousfilesystems--->菜單

選擇CompressedROMfilesystemsupport(cramfs)支持，如圖：

選擇YAFFS2filesystemsupport支持，配置如下圖

退出保存核配置

運行make編譯核，重新燒寫核。

二、根文件系統(tǒng)的實現(xiàn)

（1）、制作BUSYBOX工具集

進(jìn)入本次試驗名目

#cd/UP-Magic210/SRC/rootfs/

#ls

bash-4.0.tar.bz2busybox-1.19.3.tar.bz2rootfs

解壓busybox-1.19.3.tar.bz2壓縮包

#tarxjvfbusybox-1.19.3.tar.bz2

產(chǎn)生busybox-1.19.3名目

#ls

bash-4.0.tar.bz2busybox-1.19.3busybox-1.19.3.tar.bz2rootfs

進(jìn)入busybox-1.19.3名目進(jìn)行busybox的修改及配置

修改此名目的Makefile文件，更改ARCH?和CROSS_PILE?=宏定義，如下：CROSS_PILE?=arm-none-linux-gnueabi-

ARCH?=arm

退出保存。

運行makemenuconfig對工具集進(jìn)行定制

#makemenuconfig

進(jìn)入BusyboxSettings--->選項

進(jìn)入BusyboxLibraryTuning--->選項

選中Fancyshellprompts支持

進(jìn)入MiscellaneousUtilities--->選項

去除inotifyd選項

接下來的配置可以依據(jù)詳細(xì)狀況來設(shè)置或裁剪相關(guān)工具。退出保存設(shè)置。

編譯busybox

#make

安裝busybox

#makeinstall

勝利后會在當(dāng)前名目下生成_install名目，編譯的工具也都集成在該安裝名目下。

#cd_install/

#ls

binlinuxrcsbinusr

#

可以看到_install名目下生成了根文件系統(tǒng)常用的命令及工具，接下來的工作，用戶可以依據(jù)需要將_install名目下生成的命令拷貝到根文件系統(tǒng)相應(yīng)名目下。

例如：將從busybox生成的which命令拷貝到根文件系統(tǒng)名目的usr/bin名目下，這樣，我們的根文件系統(tǒng)就支持which命令了。

（2）、制作CRAMFS根文件系統(tǒng)鏡像

試驗中已經(jīng)供應(yīng)了mkcramfs制作工具以及mkrootfs.sh腳本文件，用戶只需執(zhí)行mkrootfs.sh腳本文件來使用mkcramfs制作根文件系統(tǒng)鏡像即可。

當(dāng)然也可以手動的執(zhí)行命令：./mkcramfsrootfs_up210rootfs_up210.cramfs

#./mkrootfs.sh

此時在當(dāng)前名目下生成根文件系統(tǒng)鏡像文件rootfs_up210.cramfs

#ls

mkcramfsmkrootfs.shrootfs_up210rootfs_up210.cramfs

三、燒寫根文件系統(tǒng)

將新生成的根文件系統(tǒng)鏡像文件rootfs_up210.cramfs燒寫到UP-Magic210型設(shè)備中進(jìn)行測試，這里不在贅述(燒寫步驟可以參考文檔“UP-Magic210出廠程序燒寫手冊

(LINUX)V1.0.pdf”第24頁)。假如用戶新添加了相關(guān)命令或工具(例如which命令)啟動系統(tǒng)后可以驗證用戶添加入的新命令或工具。

4.試驗結(jié)果

5.試驗中遇到的問題及解決方法

make編譯有錯誤，進(jìn)行源代碼的修改。之后再makemenuconfig中將這個宏對應(yīng)的東西配置成沒有就好了，假如沒有這個宏，那么就直接用出錯的那個文件的名字找就行了，找到后給它去掉，將來make的時候就不會編譯這個文件了，在次進(jìn)行make編譯后，編譯出來了busybox這個東西，就在證明編譯通過了。

試驗三模塊方式驅(qū)動試驗

1.試驗?zāi)康?/p>

學(xué)習(xí)在LINUX下進(jìn)行驅(qū)動設(shè)計的原理

?把握使用模塊方式進(jìn)行驅(qū)動開發(fā)調(diào)試的過程

2.試驗容

?在PC機(jī)上編寫簡潔的虛擬硬件驅(qū)動程序并進(jìn)行調(diào)試，試驗驅(qū)動的各個接口函數(shù)的實

現(xiàn)，分析并理解驅(qū)動與應(yīng)用程序的交互過程。

?在ARM設(shè)備上創(chuàng)建設(shè)備驅(qū)動節(jié)點，編寫用戶空間應(yīng)用程序，對驅(qū)動程序進(jìn)行測試。

3.試驗步驟

（1）、編譯驅(qū)動程序/UP-Magic210/SRC/exp/driver/01_demo/demo.c，手工加載驅(qū)動程序，通過設(shè)備號建立驅(qū)動設(shè)備節(jié)點，執(zhí)行應(yīng)用程序測試該驅(qū)動及設(shè)備，分析驅(qū)動程序demo.c。

進(jìn)入試驗名目編譯源程序

#cd/UP-Magic210/SRC/exp/driver/01_demo/

清除中間代碼，重新編譯

#makeclean

#make

當(dāng)前名目下生成驅(qū)動程序demo.ko和應(yīng)用測試程序test_demo。

啟動UP-Magic210試驗系統(tǒng)，連好網(wǎng)線、串口線。通過串口終端掛載宿主機(jī)試驗名目（留意：虛擬機(jī)IP地址需要設(shè)置為：57）。

#mount-tnfs-onolock57:/UP-Magic210/mnt/nfs

進(jìn)入串口終端的NFS共享試驗名目

#cd/mnt/nfs/SRC/exp/driver/01_demo/

手動加載驅(qū)動程序demo.ko

#insmoddemo.ko

通過設(shè)備號建立驅(qū)動設(shè)備節(jié)點

#mknod/dev/democ2510

執(zhí)行應(yīng)用程序測試該驅(qū)動及設(shè)備，分析應(yīng)用程序測試結(jié)果。

#./test_demo

（2）、請參考驅(qū)動程序demo.c，編寫一個虛擬字符設(shè)備驅(qū)動程序并進(jìn)行調(diào)試，該虛擬字符設(shè)備驅(qū)動程序完成如下功能：

◆在核模塊初始化函數(shù)中，實現(xiàn)動態(tài)申請設(shè)備號并注冊該設(shè)備，動態(tài)建立設(shè)備文件節(jié)

點；

◆在核模塊的退出函數(shù)中，實現(xiàn)設(shè)備注銷，刪除該設(shè)備文件節(jié)點；

◆實現(xiàn)file_operations設(shè)備驅(qū)動文件結(jié)構(gòu)體中的open、read、write、ioctl和release

函數(shù)功能，其中：

?open函數(shù)：設(shè)置一個計數(shù)器count，每調(diào)用一次open函數(shù)，計數(shù)器count加1。

?read函數(shù)：讀取用戶寫入的字符串?dāng)?shù)據(jù)的排列結(jié)果。

?write函數(shù)：實現(xiàn)將用戶寫入的字符串?dāng)?shù)據(jù)，根據(jù)每個字符的ASCII值逆序或升序排序（依據(jù)開關(guān)值asc排序：asc=0，逆序排序；asc=1，升序排序；）。

?ioctl函數(shù)：設(shè)置排序方式開關(guān)值asc。

?release函數(shù)：每調(diào)用一次release函數(shù)，計數(shù)器count減1。

4.試驗結(jié)果

5.試驗中遇到的問題及解決方法。

沒有修改makefile文件直接進(jìn)行編譯導(dǎo)致出錯。試驗前沒有仔細(xì)閱讀試驗原理，看懂試驗代碼，所以在使用make命令以后無法實現(xiàn)。最終在同學(xué)的關(guān)心下找到了緣由。忽視了自己使用的是gcc編譯而不是交叉編譯，因而沒有設(shè)置節(jié)點。嘗試了許多次以后才發(fā)覺了問題，期間以為是test_demo文件的問題，但是導(dǎo)入導(dǎo)出許多次都沒有解決，問了同學(xué)才找到了問題。

試驗四LED驅(qū)動及掌握試驗

1.試驗?zāi)康?/p>

?了解ARM設(shè)備外圍電路結(jié)構(gòu)與接口原理

?熟識Linux系統(tǒng)下硬件驅(qū)動編程

?編程實現(xiàn)對嵌入式設(shè)備上LED燈的掌握

2.試驗容

?閱讀UP-Magic210平臺硬件文檔，熟識ARM處理硬件外圍接口電路

?編程實現(xiàn)UP-Magic210平臺設(shè)備上LED驅(qū)動及應(yīng)用測試程序

3.試驗步驟

編寫UP-Magic210平臺設(shè)備上LED驅(qū)動及應(yīng)用測試程序并進(jìn)行調(diào)試，該LED驅(qū)動程序完成如下功能：

◆在核模塊初始化函數(shù)中，實現(xiàn)動態(tài)申請設(shè)備號并注冊該設(shè)備，動態(tài)建立設(shè)備文件節(jié)

點；

◆在核模塊的退出函數(shù)中，實現(xiàn)設(shè)備注銷，刪除該設(shè)備文件節(jié)點；

◆實現(xiàn)file_operations設(shè)備驅(qū)動文件結(jié)構(gòu)體中的ioctl函數(shù)，完成如下功能：

?一次調(diào)用掌握全部的LED亮或滅；

?掌握單個LED亮或滅；

?實現(xiàn)流水燈顯示，流水燈顯示效果自行定義，流水燈循環(huán)顯示次數(shù)由用戶應(yīng)用程序傳入。

程序：

驅(qū)動程序分析：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

MODULE_LICENSE("GPL");

#defineDEVICE_NAME"leds"http://驅(qū)動名稱

#defineDEVICE_MAJOR231//驅(qū)動主設(shè)備號

#defineDEVICE_MINOR0//驅(qū)動次設(shè)備號

//聲明字符設(shè)備類結(jié)構(gòu)

structcdev*mycdev;

structclass*myclass;

dev_tdevno;

//LEDGPIO列表

staticunsignedlongled_table={

S3C_GPQ2,

S3C_GPQ3,

S3C_GPQ4,

S3C_GPQ5,

S3C_GPQ6,

};

//LEDGPIO輸出類型配置列表

staticunsignedintled_cfg_table={

S3C_GPQ2_OUTP,

S3C_GPQ3_OUTP,

S3C_GPQ4_OUTP,

S3C_GPQ5_OUTP,

S3C_GPQ6_OUTP,

};

//LEDIOCTRL處理函數(shù)，主要完成從用戶空間傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行GPIO引腳設(shè)置功能

staticintuptech_leds_ioctl(structinode*inode,structfile*file,unsignedintcmd,unsignedlongarg)

{

switch(cmd){

case0:

case1:

if(arg>6){

return-EINVAL;

}

//LEDGPIO設(shè)置函數(shù)接口

s3c_gpio_setpin(led_table,!cmd);

return0;

default:

return-EINVAL;

}

}

//驅(qū)動層file_operations接口函數(shù)初始化

staticstructfile_operationsuptech_leds_fops={

.owner=THIS_MODULE,

.ioctl=uptech_leds_ioctl,

};

//驅(qū)動程序入口初始化函數(shù)，設(shè)置LEDGPIO、向核注冊設(shè)備。staticint__inituptech_leds_init(void)

{

intret;

inti;

//注冊LED設(shè)備

devno=MKDEV(DEVICE_MAJOR,DEVICE_MINOR);//獵取設(shè)備號mycdev=cdev_alloc();

cdev_init(mycdev,//初始化字符設(shè)備err=cdev_add(mycdev,devno,1);//向系統(tǒng)添加LED設(shè)備if(err!=0)

printk("s3cledsdeviceregisterfailed!\n");

myclass=class_create(THIS_MODULE,"leds");

if(IS_ERR(myclass)){

printk("Err:failedincreatingclass.\n");

return-1;

}

//建立LED設(shè)備節(jié)點

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

//LEDGPIO配置初始化

for(i=0;i

#include

#include

#include

intmain(intargc,char**argv)

{

inti;

inton;

intled_number;

intfd;

/*

依據(jù)命令行參數(shù)容，進(jìn)行掌握。將命令行參數(shù)1設(shè)置成LEDnumber，參數(shù)2設(shè)置成LED點亮熄滅狀態(tài)on

*/

if(argc!=3||sscanf(argv,"%d",

fprintf(stderr,"\t./ledled_numberon|off\n");

fprintf(stderr,"Options:\n");

fprintf(stderr,"\tled_numberfrom0to4\n");

fprintf(stderr,"\ton:1off:0\n");

exit(1);

}

//打開LED設(shè)備節(jié)點

fd=open("/dev/leds",0);

if(fdtm_gmtoff為：

#defineTIMEZONE_OFFSET(foo)foo->tm_gmtoff

修改boa.c：

修改：

if(setuid(0)!=-1){

DIE("ickyLinuxkernelbug!");

}

為：

//if(setuid(0)!=-1){

//DIE("ickyLinuxkernelbug!");

//}

修改defines.h：

修改：

#ifndefSERVER_ROOT

#defineSERVER_ROOT"/etc/boa"

#endif

為：

#ifndefSE