20155235 王玥 《基于Arm实验箱的接口测试和应用》 课程设计报告
20155235 王玥 《基于Arm实验箱的接口测试和应用》 课程设计报告
一、设计方案及可行性分析
- 熟悉 Linux 开发环境
- 多线程应用程序设计
- 串行端口程序设计
- 中断实验
二、详细设计思路
1. 熟悉 Linux 开发环境
1)建立工作目录
- 在终端输入代码建立工作目录
[root@zxt smile]# mkdir hello
[root@zxt smile]# cd hello
2)编写程序源代码
在终端输入
[root@zxt hello]# vi hello.c
打开hello.c,编写实验代码
#include <stdio.h>
main() { printf(“hello world \n”); }
按Esc键后,输入
:wq
保存代码并退出。
3)编写 Makefile
为了让 hello.c 程序能够运行,我们需要编写一个 Makefile 文件,Makefile文件定义了一系列的规则,它指明了哪些文件需要编译,哪些文件需要先编译,哪些文件需要重新编译等等更为复杂的命令。
编写Makefile文件,在终端输入
[root@zxt hello]# vi Makefile
Makefile文件打开,按i键进入输入状态编写Makefile文件
CC= armv4l-unknown-linux-gcc
EXEC = hello
OBJS = hello.o
CFLAGS +=
LDFLAGS+= –static
all: $(EXEC)
$(EXEC): $(OBJS)
$(CC) $(LDFLAGS) -o $@ $(OBJS)
clean:
-rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o
4)编译应用程序
- Makefile文件编写完成后,需要在 hello.c的文件目录下运行“make”来编译我们的程序了。如果进行了修改,重新编译则运行:
[root@zxt hello]# make clean
[root@zxt hello]# make
5)下载调试
- 在本地PC 机上启动 NFS 服务,并设置好共享目录。在建立好 NFS 共享目录以后,我们就可以进入 MINICOM 中建立开发板与本地PC 机之间的通讯。
[root@zxt hello]# minicom
[/mnt/yaffs] mount -t nfs -o nolock 本地PC机IP地址:/arm2410cl /host
- 如果不想使用我们提供的源码的话,可以再建立一个 NFS 共享文件夹。如/root/share,我们把我们自己编译生成的可执行文件复制到该文件夹下,并通过 MINICOM 挂载到开发板上。
[root@zxt hello]# cp hello /root/share
[root@zxt hello]# minicom
[/mnt/yaffs] mount -t nfs -o nolock 192.168.0.56:/root/share /host
- 再进入/host 目录运行刚刚编译好的 hello 程序,查看运行结果。
[/mnt/yaffs] cd /host
[/host] ./hello
hello world
2.多线程应用程序设计
1)实验源代码与结构流程图
- 本实验为著名的生产者-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。流程图如图所示:
本实验具体代码见四
2)主要函数分析:
- 下面我们来看一下,生产者写入缓冲区和消费者从缓冲区读数的具体流程,生产者首先要获得互斥锁,并且判断写指针+1 后是否等于读指针,如果相等则进入等待状态,等候条件变量 notfull;如果不等则向缓冲区中写一个整数,并且设置条件变量为 notempty,最后释放互斥锁。消费者线程与生产者线程类似,这里就不再过多介绍了。流程图如下:
3)阅读源代及译应用编程序
- 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。运行 make 产生 pthread 可执行文件。
4)下载和调试
切换到 minicom 终端窗口,使用 NFS mount 开发主机的/arm2410cl 到/host 目录。
进入/host/exp/basic/pthread
目录,运行 pthread,观察运行结果的正确性。运行程序最后一部分结果如下:wait for not empty
put-->994
put-->995
put-->996
put-->997
put-->998
put-->999
producer stopped!
993-->get
994-->get
995-->get
996-->get
997-->get
998-->get
999-->get
consumer stopped!
[/host/exp/basic/02_pthread]
3.串行端口程序设计
1)原理
异步串行
I /O 方式是将传输数据的每个字符一位接一位(例如先低位、后高位)地传送。数据的各不同位可以分时使用同一传输通道,因此串行 I/O 可以减少信号连线,最少用一对线即可进行。接收方对于同一根线上一连串的数字信号,首先要分割成位,再按位组成字符。为了恢复发送的信息,双方必须协调工作。在微型计算机中大量使用异步串行 I/O方式,双方使用各自的时钟信号,而且允许时钟频率有一定误差,因此实现较容易。但是由于每个字符都要独立确定起始和结束(即每个字符都要重新同步),字符和字符间还可能有长度不定的空闲时间,因此效率较低。
图中给出异步串行通信中一个字符的传送格式。开始前,线路处于空闲状态,送出连续“1”。传送开始时首先发一个“0”作为起始位,然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。每个字符的数据位长可以约定为 5 位、6 位、7 位或 8 位,一般采用 ASCII 编码。后面是奇偶校验位,根据约定,用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个。也可以约定不要奇偶校验,这样就取消奇偶校验位。最后是表示停止位的“1”信号,这个停止位可以约定持续 1 位、1.5 位或 2 位的时间宽度。至此一个字符传送完毕,线路又进入空闲,持续为“1”。经过一段随机的时间后,下一个字符开始传送才又发出起始位。每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。微机异步串行通信中,常用的波特率为 50,95,110,150,300,600,1200,2400,4800,9600 等。
接收方按约定的格式接收数据,并进行检查,可以查出以下三种错误:
奇偶错:在约定奇偶检查的情况下,接收到的字符奇偶状态和约定不符。
帧格式错:一个字符从起始位到停止位的总位数不对。
溢出错:若先接收的字符尚未被微机读取,后面的字符又传送过来,则产生溢出错。每一种错误都会给出相应的出错信息,提示用户处理。一般串口调试都使用空的
- MODEM 连接电缆,其连接方式如下:
2)编译应用程序
运行 make 产生 term 可执行文件
[root@zxt root]# cd /arm2410cl/exp/basic/03_tty/
[root@zxt 03_tty]# make
armv4l-unknown-linux-gcc -c -o term.o term.c
armv4l-unknown-linux-gcc -o ../bin/term term.o -lpthread
armv4l-unknown-linux-gcc -o term term.o -lpthread
[root@zxt 03_tty]# ls
Makefile Makefile.bak term term.c term.o tty.c
3)下载调试
切换到 minicom 终端窗口,使用 NFS mount 开发主机的/arm2410cl 到/host 目录。进入
exp\basic\03_tty
目录,运行 term,观察运行结果的正确性。[root@zxt root]# minicom
[/mnt/yaffs] mount -t nfs -o nolock 192.168.0.56:/arm2410cl /host
[/mnt/yaffs]cd /host/exp/basic/03_tty/
[/host/exp/basic/03_tty]./term read modem send data 123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX
由于内核已经将串口 1 作为终端控制台,所以可以看到 term 发出的数据,却无法看到开发主机发来的数据,可以使用另外一台主机连接串口 2 进行收发测试;这时要修改一下执行命令,在 term 后要加任意参数。
Ctrl+c 或者 ESC 可使程序强行退出。
4.中断实验
1)S3C2410 中断处理
ARM920T 的异常向量表有两种存放方式,一种是低端存放(从 0x00000000 处开始存放),另一种是高端存放(从 0xfff000000 处开始存放)。ARM920T 能处理有 8 个异常,他们分别是:
Reset,Undefined instruction,Software Interrupt,Abort (prefetch),Abort (data),Reserved,IRQ,FIQ
下面是某个采用低端模式的系统源码片段:
/************************************************************************ _start: b Handle_Reset b HandleUndef b HandleSWI b HandlePrefetchAbort b HandleDataAbort b HandleNotUsed b HandleIRQ b HandleFIQ ….. … .. other codes … .. . *****************************************************************************/
上面这部分片段一般出现在一个名叫“head.s”的汇编文件的里,
b Handle_Reset
这条语句就是系统上电之后运行的第一条语句。也就是说这部分代码的二进制码必须位于内存的最开始部分(这正是低端存放模式),因为上电后 CPU 会从SDRAM 的 0x00000000
处取第一条指令并执行。
2)编译应用程序
运行 make 产生 int-driver 可执行文件 int-driver
[root@BC basic]# cd 10_init/
[root@BC 10_init]# make
armv4l-unknown-linux-gcc -c -I.. -Wall -O -D__KERNEL__ -DMODULE -I/home/kernel/linux-2.4.18-2410cl/include s3c2410-int.c -o s3c2410-int.o s3c2410-int.c: In function `s3c2410_IRQ3_fun': s3c2410-int.c:83: warning: unused variable `byte' s3c2410-int.c: In function `s3c2410_interrupt_init': s3c2410-int.c:190: warning: implicit declaration of function `set_external_irq' [root@BC 10_init]# ls
3)下载调试
切换到 minicom 终端窗口,使用 NFS mount 开发主机的/arm2410cl 到/host 目录,然后进入
/host/exp/basic/ 10_int
目录,用insmod int-driver.o
命令插入s3c2410-int
驱动,并用lsmod
命令查看是否已经插入。[/mnt/yaffs]mount -t nfs -o nolock 192.168.0.189:/arm2410cl /host
[/host/exp/basic]cd 10_int/
[/host/exp/10_init]ls
Makefile s3c2410-int.c s3c2410-int.o
[/host/exp/10_init ]insmod s3c2410-int.o
[/host/exp/10_init]lsmod Module Tainted: P
Size Used by
s3c2410-int 0 (unused)
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三、设计特色
- 见小组报告
四、源代码及注释
- 见小组报告
五、个人报告
- 小组贡献排序及依据(每个人的工作量):
付颖卓:完成实验的主要人员,实验代码调试,与指导老师联系。
聂小益:辅助完成实验,实验箱操作,报告的编写。
王玥:辅助完成实验,实验箱操作,报告的编写。 - 个人报告(20155235 王玥):
1)个人贡献:
在课设中,我主要是负责最终报告的编写和记录实验问题以及实验步骤,期间遇到的接口问题和串口问题我们也有及时和老师求助、沟通,实验箱的保存工作我也出了一份力。
2)设计过程中遇到的主要问题:
Makefile编译不成功:下载其他编译器并修改PATH等,使用心得编译器进行编译。
minicom:更改串口设置,换用超级终端。
主机与实验箱ping不通:更改虚拟机的网络设置,将实验箱与虚拟机配置到同一网段并关闭所有防火墙,即可ping通。
3)调试过程中遇到的主要问题:
由于使用的编译器不同,部分操作要换用不同的指令。
设置共享文件夹:
安装NFS server软件;
创建共享目录并将目录的权限改为777;
配制文件vi /etc/exports:添加/home/lisp/share*(rw,sync,no_root_squash)
开启nfs服务:sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server start
将写好的文件拷贝至共享文件夹后,即可在超级终端云顶命令
4)设计体会及收获:
本次课程设计是一个锻炼我们动手能力和合作能力的好机会,不管是我们在实践中遇到的问题,还是我们对于ARM实验箱从陌生到逐渐熟悉,都给了我们很大的学习经验。
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