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嵌入式操作系统实验指导书实验1 Linux编程基础实验序号：1 实验名称：Linux编程基础适用专业：计算机科学与技术、通信工程 学 时 数：4学时一、实验目的1、熟悉Vim的工作模式，熟练使用vim中的常见操作。2、熟练掌握gcc编译命令及gdb的调试命令，通过对有问题程序的跟踪调试，进一步提高发现问题和解决问题的能力。3、熟悉多文件的makefile的编写，熟悉各种形式的makefile,并且进一步加深对makefile中用户自定义变量、自动变量的理解。4、使用autotools生成多文件的makefile,进一步掌握autotools的使用方法。二、实验内容1、vim使用练习（1）在“/root”目录下建一个名为“vim”的目录。（2）进入“vim”目录。（3）将文件“/etc/inittab”复制到“vim”目录下。（4）使用vim打开“vim”目录下的inittab.（5）设定行号，指出设定initdefault（类似于“id:5:initdefault”）的所在行号。（6）将光标移到该行。（7）复制该行内容。（8）将光标移到最后一行行首。（9）粘贴复制行的内容。（10）撤销第9步的动作。（11）将光标移动到最后一行的行尾。（12）粘贴复制行的内容。（13）光标移到“si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit”。（14）删除该行。（15）存盘但不退出。（16）将光标移到首行。（17）插入模式下输入“Hello,this is vi world!”.（18）返回命令行模式。（19）向下查找字符串“0:wait”。（20）再向上查找字符串“halt”。（21）强制退出vim，不存盘。2、用gdb调试程序的bug（1）使用vi编辑器，将以下代码输入到名为greet.c的文件中。此代码的原意为输出倒序main函数中定义的字符串，但结果显示没有输出，代码如下所示。#includeint display1(char *string);int display2(char *string);int main()char string=”Embedded Linux”;display1(string);display2(string);int display1(char *string)printf(“The original string is %s n”,string);int display2(char *string1)char *string2;int size,i;size=strlen(string1);string2=(char *)malloc(size+1);for (i=0,isize;i+)string2size-i=stringi;string2size+1= ;printf(“The string afterward is %sn”,string2);（2）使用gcc编译这段代码，注意要加上“-g”选项以方便之后的调试。（3）运行生成的可执行文件，观察运行结果。（4）使用gdb调试程序，通过设置断点、单步跟踪，一步步找出错误所在。（5）纠正错误，更改源程序并得到正确的结果。3、编写包含多文件的makefile（1）用vi在同一目录下编辑两个简单的hello程序，如下所示。#hello.c#include“hello.h”int main()printf(“Hello everyone!n”);#hello.h#include（2）仍在同一目录下用vim编辑makefile，且不使用变量替换，用一个目标体实现（即直接将hello.c和hello.h编译成hello目标体）。然后用make验证所写的makefile是否正确。（3）将上述makefile使用变量替换实现。同样用make验证所编写的makefile是否正确。（4）编辑另一个makefile，取名为makefile1，不使用变量替换，但用两个目标体实现（也就是首先将hello.c和hello.h编译为hello.o，再将hello.o编译为hello），再用make的“-f”选项验证这个makefile1的正确性。（5）将上述makefile1使用变量替换实现。4、使用autotools生成包含多文件的makefile（1）在/root下新建文件夹auto。（2）将上例的两个代码文件“hello.c”和“hello.h”复制到该目录下。（3）使用autoscan生成configure.scan.（4）编辑configure.scan，修改相关内容，并将其重命名为configure.in。（5）使用aclocal生成aclocal.m4。（6）使用autoconf生成configure。（7）使用autoheader生成config.h.in。（8）编辑makefile.am。（9）使用automake生成makefile.in。（10）使用configure生成makefile。（11）使用make生成hello可执行文件，并在当前目录下运行hello查看结果。（12）使用make install将hello安装到系统目录下，并运行，查看结果。（13）使用make dist生成hello压缩包。（14）解压hello压缩包。（15）进入解压目录。（16）在该目录下安装hello软件。三、实验步骤根据实验内容要求完成实验。13实验2 进程管理实验实验序号：2 实验名称：进程管理实验适用专业：计算机科学与技术、通信工程 学 时 数：4学时一、实验目的1、通过编写多进程程序，使读者熟练掌握fork()、exec()、wait()和waitpid()等函数的使用，进一步理解在Linux中多进程编程的步骤。2、通过编写经典的“生产者消费者”问题的实验，进一步熟悉Linux中的多线程编程，掌握用信号量处理线程间的同步和互斥问题。二、实验内容1、编写多进程程序该实验有3个进程，其中一个为父进程，其余两个是该父进程创建的子进程，其中一个子进程运行“ls -l”指令，另一个子进程在暂停5s之后异常退出，父进程先用阻塞方式等待第一个子进程的结束，然后用非阻塞方式等待另一个子进程的退出，等待收集到第二个子进程结束的信息，父进程就返回。参考流程图如图1所示。图1 多进程实验流程图2、多线程实验编写“生产者消费者”问题的实验，熟悉Linux中的多线程编程。“生产者消费者”问题描述如下。有一个有限缓冲区和两个线程：生产者和消费者。他们分别不停地把产品放入缓 冲区和从缓冲区中拿走产品。一个生产者在缓冲区满的时候必须等待，一个消费者在 缓冲区空的时候也必须等待。另外，因为缓冲区是临界资源，所以生产者和消费者之间必须互斥执行。要求使用有名管道来模拟有限缓冲区，并且使用信号量来解决“生产者消费者”问题中的同步和互斥问题。使用3 个信号量，其中两个信号量 avail 和 full 分别用于解决生产者和消费者线程 之间的同步问题，mutex 是用于这两个线程之间的互斥问题。其中 avail 表示有界缓冲区中 的空单元数，初始值为 N；full 表示有界缓冲区中非空单元数，初始值为 0；mutex是互斥 信号量，初始值为 1。参考流程图如图2所示。图2 多线程实验流程图三、实验步骤1、根据参考流程图编写程序；2、编译和运行程序代码，并观察运行结果。实验3 模块编程实验实验序号：3 实验名称：模块编程实验适用专业：计算机科学与技术、通信工程 学 时 数：4学时一、实验目的1、熟悉模块添加和删除的方法。2、熟悉字符设备驱动的编写流程。二、实验内容要求实现到虚拟设备（一段内存）的打开、关闭、读写的操作，并通过编写测试程序来测试虚拟设备及其驱动运行是否正常。三、实验步骤（1）编写代码。这个简单的驱动程序的源代码如下所示：/*test_drv.c*/#include#include#include#include#incldue#include#include#include#include#define TEST_DEVICE_NAME “test_dev”#define BUFF_SZ 1024/*全局变量*/static struct cdev test_dev;unsigned int major=250;static char *data=NULL;/*读函数*/static ssize_t test_read(struct file *file,char *buf,size_t count, loff_t *f_pos)int len;if (countcount)?count:len;if (copy_to_user(buf,data,count)/*将内核缓冲的数据复制到用户空间*/return EFAULT;return count;/*写函数*/static ssize_t test_write(struct file *file,const char *buffer,size_t count,loff_t *f_pos)if(countcount)?count:BUFF_SZ;if(copy_from_user(data,buffer,count)/*将用户缓冲的数据复制到内核空间*/return EFAULT;return count;/*打开函数*/static int test_open(struct inode *inode,struct file *file)printk(“This is open operationn”);/*分配并初始化缓冲区*/data= (char*)kmalloc(sizeof(char)* BUFF_SZ,GFP_KERNEL);if(!data)return ENOMEM;memset(data,0,BUFF_SZ);return 0;/*关闭函数*/static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)printk(“This is release operationn”);if(data)kfree(data);/*释放缓冲区*/data=NULL;/*防止出现野指针*/return 0;/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,struct file_operations *fops)int err, devno = MKDEV(major, minor);cdev_init(dev, fops);dev-owner = THIS_MODULE;dev-ops = fops;err = cdev_add (dev, devno, 1);if (err)printk (KERN_NOTICE Error %d adding test %d, err, minor);/* 虚拟设备的 file_operations 结构 */static struct file_operations test_fops =.owner= THIS_MODULE,.read= test_read,.write= test_write,.open= test_open,.release = test_release,;/*模块注册入口*/int init_module(void)int result;dev_t dev = MKDEV(major, 0);if (major)/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用 cat /proc/devices 来查看*/result=register_chrdev_region(dev,1,TEST_DEVICE_NAME);elseresult=alloc_chrdev_region(&dev,0,1,TEST_DEVICE_NAME);if(result0)printk(KERN_WARNINGTest device:unable to get major %dn,major);return result;test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);printk(The major of the test device is %dn, major);return 0;/*卸载模块*/void cleanup_module(void)cdev_del(&test_dev);unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);printk(Test device uninstalledn);（2）编译代码。虚拟设备的驱动程序的 Makefile 如下所示：ifeq ($(KERNELRELEASE),) KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build /*内核代码编译路径*/PWD := $(shell pwd)modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesmodules_install:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_installclean:rm -rf *.o * core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions.PHONY: modules modules_install cleanelseobj-m := test_drv.o/* 将生成的模块为 test_drv.ko*/endif（3）加载和卸载模块。 通过下面两个脚本代码分别实现驱动模块的加载和卸载。 加载脚本 test_drv_load 如下所示：#!/bin/sh# 驱动模块名称module=test_drv# 设备名称。在/proc/devices 中出现device=test_dev# 设备文件的属性mode=664group=root# 删除已存在的设备节点rm -f /dev/$device# 加载驱动模块/sbin/insmod -f ./$module.ko $* | exit 1# 查到创建设备的主设备号major=cat /proc/devices | awk $2=$device print $1# 创建设备文件节点mknod /dev/$device c $major 0# 设置设备文件属性chgrp $group /dev/$devicechmod $mode /dev/$device卸载脚本 test_drv_unload 如下所示：#!/bin/shmodule=test_drvdevice=test_dev# 卸载驱动模块/sbin/rmmod $module $* | exit 1# 删除设备文件rm -f /dev/$deviceexit 0（4）编写测试代码。最后一步是编写测试代码，也就是用户空间的程序，该程序调用设备驱动来测试驱动的运行是否正常。以下实例只实现了简单的读写功能，测试代码如下所示：/* test.c */#include #include #include #include #include #include #include #define TEST_DEVICE_FILENAME /dev/test_dev /* 设备文件名*/#define BUFF_SZ 1024 /* 缓冲大小*/int main()int fd, nwrite, nread;char buffBUFF_SZ;/*缓冲区*/* 打开设备文件 */fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);if (fd 0)perror(open);exit(1);doprintf(Input some words to kernel(enter quit to exit):);memset(buff, 0, BUFF_SZ);if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) = NULL)perror(fgets);break;buffstrlen(buff) - 1 = 0;if (write(fd, buff, strlen(buff) 0) /* 向设备写入数据 */perror(write);break;if (read(fd, buff, BUFF_SZ) 0)/* 从设备读取数据 */perror(read);break;elseprintf(Th