嵌入式系统基础实验报告.doc

嵌入式系统基础实验报告 班级： 学号： 姓名： 教师： 目 录实验说明 实验做为学习的重要促进手段，是为了深化对理论的理解，锻炼实践动手能力，此为实验目的。实验准备工作 1.安装 ARM 交叉编译工具链 2.如何在 PC 端进入开发板目录 3.在开发板上挂载 PC 目录实验内容l 专题一 IPC 实验 1.Unix Socket 2.FiFo Pipe 3.SystemV 4.Mmapl专题二 Drive实验 1.字符驱动 2.Poll Device 专题一：IPC(进程间通信)实验编号1题目Unix Socket整体理解使用socket实现进程间通信：（UNIX domain中面向连接通信）使用套接字除了可以实现网络间不同主机间的通信外，还可以实现同一主机的不同进程间的通信，且建立的通信是双向的通信。 首先创建SOCKET，选择连接的方式TCP,面向连接，然后通过bind函数将他们绑定起来，服务端通过listen监听，看是否有连接请求，如果有就accept,客户端通过connect函数连接服务端，连接完成后，通过调用read/write函数来传递消息。理解代码一Socket的三个参数1. socket的domain参数AF_UNIX,AF_LOCAL,AF_INET,PF_UNIX,PF_LOCAL,PF_INET.这几个参数有AF_UNIX=AF_LOCAL, PF_UNIX=PF_LOCAL, AF_LOCAL=PF_LOCAL, AF_INET=PF_INET.AF_UNIX 表示以文件方式创建 socket,AF_INET 表示以端口方式创建 socket2.type:指定一个通信语义,其中：SOCK_STREAM:提供一系列reliable,two-way,connection-based byte stream.An out-of-band data transmission tocal:指定一个给socket使用的协议，其中0：由于在本地通讯中不使用协议，所以设置0表示不使用任何协议二地址格式4. 地址格式常用的有两种 socket 域:AF_UNIX 或 AF_INET,因此就有两种地址格式:sockaddr_un 和sockaddr_in，un_path 存放 socket 的本地文件名,sin_addr 存放 socket 的 ip 地址5.创建完一个 socket 后，使用 bind 将其绑定:int bind(int socket, const struct sockaddr * address, size_t address_len)/将两种地址格式统一起来6.接下来开始监听:int listen(int socket, int backlog)7.接受连接:int accept(int socket, struct sockaddr * address, size_t * address_len)8.客户端通过 connect()函数与服务器连接:int connect(int socket, const struct sockaddr * address, size_t address_len)9.双方都建立连接后,就可以使用常规的 read/write 函数来传递数据了10.通信完成后,我们需要关闭 socket:int close(int fd)实验结果 分 析使用套接字在UNIX域内实现进程间通信的客户端程序。相比服务端的程序，客户段较为简单。程序首先通过调用socket函数创建通信所需的套接字，然后，调用connect函数来连接服务器，在成功建立连接后，通过调用write函数向服务器发送指定的消息。先挂载服务器，然后开启运行客户端，得到运行结果如图的上半部分。通过ipcs指令可以查看进程间通信的状态，得到如图的下半部分。实验编号2题目FiFo Pipe整体理解1.fifo和pipe的区别mkfifo 得到的是有名管道。这样的管道，在外界看起来像是一个文件。pipe() 得到的是匿名管道，外界一般看不到它，故称 “匿名” 管道。fifo：可用于任意进程间，双工，有文件名，数据在内存，pipe :具有亲缘关系的进程间，单工，数据在内存中。2. 创建匿名管道#include int pipe(int filedes2);该函数返回一个文件描述符数组 fd,fd0用于读管道,fd1用于写管道。进程调用 fork 之后,子进程也会得到这两个文件描述符,且操作的是同一个管道。这样就在父子进程之间建立了通信连接。若父进程关闭写端 f1,子进程关闭读端 f0,那么就建立了一条子进程到父进程的单向管道。类似地,还可以建立一条父进程到子进程的单向管道。如果父进程在 fork 之前调用了 pipe 两次,创建了两条管道,那么可以在之后利用上面的方法建立两条半双工管道,一条从子进程读数据,一条向子进程写数据。这样就相当于建立了父子进程之间的全双工管道。3. 创建有名管道fifo可以调用 mkfifo 函数来创建一个 FIFO 文件。#include int mkfifo(const char* pathname, mode_t mode);因为它本质上是一个文件,所以进程用 open 函数来打开一个 FIFO,并在打开时指定文件操作模式(只读,只写还是读写)。之后用 read(write)函数来读(写)FIFO。当一个进程以只写方式打开 FIFO 文件,另一个进程以只读方式打开同一个 FIFO 文件,这样就建立了两个进程之间的通信管道。4. fifo和pipe的各自特点：Fifo突破了pipo只能用于同源进程通信的限制，可以用于任意进程间通信。5. 管道运行机制图解实验结果分析先运行fifo_read 显示出无内容读出当运行fifo_write写入313后，运行fifo_read时显示读出了313管道是通过内核缓冲区按先进先出的方式数据传输，管道一端顺序地写入数据，另一端顺序地读入数据读写的位置都是自动增加，数据只读一次，之后就被释放。在缓冲区写满时，则由相应的规则控制读写进程进入等待队列，当空的缓冲区有写入数据或满的缓冲区有数据读出时，就唤醒等待队列中的写进程继续读写。管道的读写规则：管道两端可分别用描述字fd0以及fd1来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd0表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd1来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。课设编号3题目SystemV整体理解 System V IPC 包括 System V 消息队列、System V 信号灯和 System V 共享内存;Posix IPC 包括 Posix 消息队列、 Posix 信号灯和 Posix 共享内存区。 Linux 支持所有 System V IPC和 Posix IPC,并分别为它们提供了系统调用。其中,System V IPC 在内核以统一的数据结构方式实现。理解代码key_t 键和 ftok 函数 三种类型的 IPC 使用 key_t 值作为他们的名字,头文件把 key_t 定义为一个整数,通常是一个至少 32 位的整数,由 ftok 函数赋予的。函数 ftok 把一个已存的路径和一个整数标识符转换成一个 key_t 值,称为 IPC 键。key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);成功返回 IPC 键,出错返回-1 对于共享内存来说,主要有以下几个 API:shmget()、shmat()、shmdt()及 shmctl()。shmget()用来获得共享内存区域的 ID,如果不存在指定的共享区域就创建相应的区域。shmat()把共享内存区域映射到调用进程的地址空间中去,这样,进程就可以方便地对共享区域进行访问操作。shmdt()调用用来解除进程对共享内存区域的映射。shmctl 实现对共享内存区域的控制操作。实验结果分析通过ipcs -m 查看内容状态实验编号4题目Mmap整体理解 mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write（）等操作。理解代码1、 mmap()系统调用形式如下：void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) 函数的返回值为最后文件映射到进程空间的地址，进程可直接操作起始地址为该值的有效地址。详解如下：参数fd为即将映射到进程空间的文件描述字，一般由open()返回，同时，fd可以指定为-1，此时须指定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射（不涉及具体的文件名，避免了文件的创建及打开，很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信）。len是映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起。prot 参数指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或：PROT_READ（可读） , PROT_WRITE （可写）, PROT_EXEC （可执行）, PROT_NONE（不可访问）。flags由以下几个常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而MAP_FIXED则不推荐使用。offset参数一般设为0，表示从文件头开始映射。参数addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址，一般被指定一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。2.系统调用mmap()的方式使用普通文件提供的内存映射：打开或创建一个文件，然后再调用mmap()Mmap_write.c 中的核心代码fd=open(FILENAME ,O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777 );pmap=mmap(0,sizeof(people),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);write(fd,sizeof(people);Mmap_read.c中对应的核心代码fd=open(FILENAME ,O_CREAT|O_RDWR,00777 );pmap=mmap(0,sizeof(people),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);实验结果分析 测试及结果：分析如下： 在mmap_write中写入我的学号和姓名,在mmap_read中读出即得到如下结果 专题二 Driver（驱动）实验编号1题目字符驱动整体理解Linux中编写一个内核模块可以通过module_param()传递参数，包括传递单个参数和传递数组参数。核心思想是内核模块的动态加载，在内核模块中定义操作集合，然后在用户态调用操作集合。实验结果分析测试及结果运用dmesg查看运行中读出了我的学号实验编号2题目Poll device整体理解 应用程序常常使用select系统调用,它可能会阻塞进程。这个调用由驱动的 poll 方法实现,原型为:unsigned int (*poll)(struct file *filp,poll_table *wait)poll函数作用是把当前的文件指针挂到设备内部定义的等待队列中，返回的是响应事件的个数理解代码读数据到用户空间*/ copy_to_user从用户空间读数据cope_from_userpoll和select实现功能差不多，但poll效率高，以后要多用pollpoll()接受一个指向结构struct pollfd列表的指针，其中包括了你想测试的文件描述符和事件。事件由一个在结构中事件域的比特掩码确定。当前的结构在调用后将被填写并在事件发生后返回。在SVR4(可能更早的一些版本)中的 poll.h文件中包含了用于确定事件的一些宏定义。事件的等待时间精确到毫秒 (但令人困惑的是等待时间的类型却是int)，当等待时间为0时，poll()函数立即返回，-1则使poll()一直挂起直到一个指定事件发生。下面是pollfd的结构。struct pollfd int fd; /*文件描述符*/short events; /* 等待的需要测试事件 */short revents; /* 实际发生了的事件，也就是返回结果 */;与select()十分相似，当返回正值时，代表满足响应事件的文件描述符的个数，如果返回0则代表在规定时间内没有事件发生。如发现返回为负则应该立即查看 errno，因为这代表有错误发生。如果没有事件发生，revents会被清空 实验结果分析