20155224 聂小益 《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

1. 熟悉 Linux 开发环境
2. 多线程应用程序设计
3. 串行端口程序设计
4. 中断实验

二、详细设计思路

1. 熟悉 Linux 开发环境

• 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

• 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。

• 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

• 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

• 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

• 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：

• 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：

• 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。

• 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。

3. 串行端口程序设计

• 实验原理

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。

• 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

• 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

• 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

• 编译应用程序

运行 make 产生可执行文件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

• 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      Size     Used by    Tainted:P
s3c2410-int       2048    0(unused) 
//发现驱动已经成功加载

设计特色

1. 设计中遇到的问题及解决方法

（1）makefile无法完成编译。如下图：

答：重新下载编译器，与旧编译器进行替换即可编译成功。
编译成功的图片如下：

这是之后跑出的helloworld和2-1的代码的图片

（2）minicom无法显示

答：需要将串口设置为ttyUSB0而不是教材上写的ttys0，因为我们是使用的USB转串口线。

（3）minicom乱码问题。

答：还未解决，之后使用了超级终端，问题的得到了解决。

（4）开发板无法ping通主机。

答：按照以下步骤解决：

• 虚拟机使用桥接方式

• 虚拟机连接方式设置

在虚拟机VMware里面：选择 edit(编辑) -> Vitual Network Editor(虚拟网络编辑器) ，选中VMnet0，在下面的VMnet Information中，点Bridge to(桥接到)：选择自己的有线网卡(有线网卡可通过以太网属性查看，非无线网卡)，然后选择虚拟机VMware右下角的网络设配器，进入虚拟机设置，选择连接方式Custom VMnet0（Bridged），完成保存。

• 开发板网络设置

arm开发板与虚拟机主机的ip设置为同一网段。

• 关掉各系统的防火墙。

之后即可ping通。

2. 调试过程中遇到的主要问题及解决方法

• 编译程序的问题。

答：编译环境与实验指导书上的环境不同，故需要我们去主动修改代码，来配合我们现有的编译环境，如，书上给的是-lpthread，是旧时的编译语句，现在要替换为-pthread，诸如此类，十分考察我们的代码能力，经过这个问题，也让我对于自己的代码能力有了新的审视，以后会更加注意，记住学习更多的代码知识。

• 串口程序2-3出现 segmentation fault

答：原因与第一个问题很像，因为系统不同，故需要更改代码里的一些值，

• 关于共享文件夹nfs的建立。

安装NFS server软件

sudo apt-get install nfs-kernel-server

创建共享目录并将目录的权限改为777

mkdir -p sharechmod 777 share

配制文件vi /etc/exports

sudo vi /etc/export

添加以下条目
/home/lisp/share *(rw,sync,no_root_squash)

其中/home/lisp/share为共享目录, rw为可读写操作

开启nfs服务

sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server start

把写好的文档拷贝到共享文件夹里，如下图

之后在超级终端里运行以下命令即可。

源代码及注释

实验报告内有详细代码。

个人报告

• 个人贡献：

在课设中，我主要辅助解决实验中遇到的问题、查阅资料寻找解决方法等。因为新实验箱与我们之前使用过的实验箱不同，再加上要从头配置实验所用系统，有许多地方操作有差异，需要搜索解决方案。

• 设计体会及收获

课设是一个把需求分析、程序编写、程序调试、撰写报告结合为一体的过程。在课设过程中，我们不仅锻炼了思维能力和查找资料的能力，更磨练了我们的团队合作精神。

刚拿到课设题目时觉得比较困难，后来跟小组同学讨论、查找解决办法，慢慢解决了许多问题，使我们解决问题的能力得到了提高。