嵌入式操作系统试验报告

1、嵌入式操作系统实验报告班级 计算机学号姓名 指导教师 庄旭菲内蒙古工业大学信息工程学院计算机系2018 年 6 月实验一 Linux 内核移植与编译实验1. 实验目的了解 Linux 内核相关知识与内核结构了解 Linux 内核在 ARM 设备上移植的基本步骤和方法掌握 Linux 内核裁剪与定制的基本方法2. 实验内容分析 Linux 内核的基本结构，了解 Linux 内核在 ARM 设备上移植的一些基本步骤及常识。学习 Linux 内核裁剪定制的基本配置方法， 利用 UP-Magic210 型设备配套 Linux 内核进行自定 义功能 （如 helloworld 显示 ）的添加，并重新编译

2、内核源码，生成内核压缩文件zImage ，下载到UP-Magic210 型设备中测试。3. 实验步骤实验目录： /UP-Magic210/SRC/kernel/ 编译内核： 在宿主机端为 UP-Magic210 设备的 Linux 内核 编写简单的测试驱动（内核）程序 并修改内核目录中相关文件，添加对测试驱动程序的支持。（1）、使用 vim 编辑器手动编写实验代码内如如下：#include #include MODULE_LICENSE(Dual BSD/GPL);(3) 、进入实验内核源码目录修改driver/char/ 目录下的 Makefile 文件，按照内核中 Makefile 语法添

3、加 helloworld 程序的编译支持rootlocalhost vi drivers/char/Makefile在 Makefile 中 (大约在 91 行 )添加如下一行 obj-$(CONFIG_TOSHIBA) += obj-$(CONFIG_I8K)+=obj-$(CONFIG_DS1620)+=obj-$(CONFIG_HW_RANDOM) += hw_random/ obj-$(CONFIG_HELLO_MODULE) += obj-$(CONFIG_PPDEV) +=(4) 、运行 make menuconfig 配置内核对 helloworld 程序的支持 : rootlo

4、calhost make distcleanrootlocalhost make menuconfig 先加载内核配置单，如图：然后进入到 Device Drivers - 菜单中如图：进入到 Character devices- 如图：进入该菜单会发现 Hello World Test 选项，按下空格将其静态编译进内核退出保存内核配置(5) 、重新编译内核在内核源码的顶层目录下编译内核rootlocalhost make scripts/kconfig/conf -s arch/arm/KconfigCHK include/linux/CHK include/generated/make1:

5、 “ include/generated/ ”是最新的CALL scripts/CHK include/generated/CC drivers/char/LD drivers/char/LD drivers/LDMODPOST初次编译内核源码，由内核代码庞大，所需较长时间（ 大约几分钟至 10 几分钟不等 ）。编译成功后会在内核源码目录的 arch/arm/boot/ 目录下生成内核压缩文件 zImage 。rootlocalhost ls arch/arm/boot/zImagearch/arm/boot/zImagerootlocalhost 、将新生成的内核镜像文件 zImage 烧写

6、到 UP-Magic210 型设备中，这里不在 赘述（烧写步骤可以参考文档 “U-PMagic210 出厂程序烧写手册 （LINUX）第 23 页）。新内核烧写成功 后启动 UP-Magic210 型系统， 可以在串口终端中查看到 Linux 内核在启动过程中打印出来的如 下信息：S3C_LCD clock got enabled : MhzWindow0- FB1 : map_video_memory: clear ff600000:00096000FB1 : map_video_memory: dma= cpu=ff600000 size=00096000Console: switchin

7、g to colour frame buffer device 80x30fb-52: frame buffer devicelp: driver loaded but no devices found#Hello, world#ppdev: user-space parallel port driver: ttySAC0 at MMIO 0x7f005000 (irq = 37) is a S3C: ttySAC1 at MMIO 0x7f005400 (irq = 38) is a S3C: ttySAC2 at MMIO 0x7f005800 (irq = 39) is a S3CRAM

8、DISK driver initialized: 16 RAM disks of 4096K size 1024 blocksize loop: loaded (max 8 devices)nbd: registered device at major 43dm9000 Ethernet Drivereth0: dm9000 at c7866000,c7866002 IRQ 78 MAC: 00:22:12:34:56:90S3C IrDA driver, (c) 2006 Samsung ElectronicsLinux video capture interface:可以看到在终端上打印出

9、 #Hello, world# 信息。同样进入 ARM 系统后也可以通过 dmesg 命令查看内核启动信息。rootUP-TECH yaffs# dmesgS3C_LCD clock got enabled : MhzWindow0- FB1 : map_video_memory: clear ff600000:00096000FB1 : map_video_memory: dma= cpu=ff600000 size=00096000Console: switching to colour frame buffer device 80x30fb-52: frame buffer device

10、lp: driver loaded but no devices found#Hello, world#ppdev: user-space parallel port driver: ttySAC0 at MMIO 0x7f005000 (irq = 37) is a S3C: ttySAC1 at MMIO 0x7f005400 (irq = 38) is a S3C: ttySAC2 at MMIO 0x7f005800 (irq = 39) is a S3CRAMDISK driver initialized: 16 RAM disks of 4096K size 1024 blocks

11、ize4. 实验结果思考：如何能在 Linux 系统启动时，输出显示自定义的文本信息，请修改 Linux 内核启动代码， 完成此功能。5. 实验中遇到的问题及解决方法在实验中遇到一些问题，例如在复制的时候我记得原来用cp a /tmp/ 就可以了，可这次不行必须要用 cp a /tmp/ ./ 到自己的目录下。不过最后都顺利解决了问题，在编译复习了 make menuconfig 的编译配置实验二 根文件系统实验1. 实验目的了解 UP-Magic210 魔法师实验套件 Linux 系统下根文件系统结构掌握根文件系统的搭建过程掌握 busybox 、 mkcramfs 等工具的使用方法2. 实

12、验内容使用 busybox 生成文件系统中的命令部分， 使用 mkcramfs 工具制作 CRAMFS 格式的根文件系 统。分析根文件系统 etc 目录下重要配置文件的格式及语法，熟悉根文件系统的启动过程3实验步骤实验目录： /UP-Magic210/SRC/kernel/ 一、在内核中添加文件系统类型支持1 ）、进入宿主机中 UP-Magic210 型光盘内核目录：rootlocalhost # cd /UP-Magic210/SRC/kernel/ ( 2)、运行 make menuconfig 命令配置内核文 件系统相关支持 添加对 CRAMFS 根文件以及 YAFFS2 文件系统系统支

13、持进入 File systems - 菜单进入 Miscellaneous filesystems - 菜单选择 Compressed ROM file system support (cramfs) 支持，如图：选择 YAFFS2 file system support 支持，配置如下图退出保存内核配置运行 make 编译内核，重新烧写内核二、根文件系统的实现（1）、制作 BUSYBOX 工具集进入本次实验目录rootlocalhost rootfs# cd /UP-Magic210/SRC/rootfs/rootlocalhost rootfs# lsrootfs解压 压缩包rootloc

14、alhost rootfs# tar xjvf 产生 目录rootlocalhost rootfs# lsrootfs进入 目录进行 busybox 的修改及配置 修改此目录的 Makefile 文件，更改 ARCH 和 CROSS_COMPILE 宏= 定义，如下：CROSS_COMPILE = arm-none-linux-gnueabi-ARCH = arm退出保存。运行 make menuconfig 对工具集进行定制rootlocalhost make menuconfig进入 Busybox Settings - 选项进入 Busybox Library Tuning - 选项选中

15、 *Fancy shell prompts 支持uirvF 歪5W4PTP 円- gsr.;|严5=-=雲 lbTHrG f ngjrprina 4 V ! 1. uQmxi.A.SP fluRe&A-u-*am* Hh.4u f-QEl rf-rT3 - A-m-h-nvA Fn V-r*ijAKJLlr l-9 NeLfi* cr - m 狀IR-aTEtlk 席二口-J0ur in l 1 S2S3 ml_=F 4VIM2= dtsF- m一耳 nyHHiMH ppn_t =nrt 时3空亘*nJ曽=UT*J:ij 帆旨山L rmpE(L-H-X 3H3S DMMlmu.lengtH3

16、蠶巴呵=?b n 9ww_s L - 帘 clle驾.ivIR1一严= i AEL*W-u.srHLBin FT1 t.t-nlm 匕 FxZ-= 7e-_ nyLnurl! fli-d?F 一一畫 f Husmvl亠电 Misce=aneous U 兰 Mes :iv亠!?- Irpu/ am rIT ?3- dHrrl飞* 出 Fur# 日一mpnl上w一 1昌1-= 一FTTUr鈕 Sv nnrlrFV*? r# 初只Kv rii 二 mdt 芋全Vlr-H匸.JilhiQ.=1|也11咚* hllfAE 才&EEMrku 彳-lrAKF H 呻r rw 置*2 Egc-InFB-h-b

17、l笆=二=二 rMug ze-sae A V 事OLm* 才卅那二ins-ifyd 俳寻-JT.弓 gr-lthiuL2i.lLrit 訂 t;4|孑1|二9Asgle wiLirs 7IEL!i.LzIL.Lli.Liiij- fev1-tm ；= ! V rdkllFIMtiM 初二一st-、p.i=豊FM_r二$电二 n-zl-zHLnTL LluncK-Efi亠z2_Mmg llr=“=x rim. _=二二h V HM-l =ITi.lH-*idnsm 二二ZH ! nsIFUudlxlulp 74HMW 2frlllto n 口sinfsilrrLiM3Fkv*rr* 百 u-rE

18、2 4riTI二 i-t- 4-3 J fe-=3=z IV-迥普呂=亘,1二一: KrJ -rBlzkr-/*r PFTIi匸 c as- 4S-W.&3K .苫ud*L*rJtM-JJ凰EstHfaO I# e%3 *ul- - gllrflit.1 bm-l- *1 ITE-lkFIl -C 冬 P l:fF in黒監em nnI *4 Tu-W -Ti3n# c-J-?-J j IFWN二二F X afcdv71:U ”-31 亠吕：K4H2E fl -ca7.- I-EdEHII . i.EZYfT1i一器EF kfar v!s AE 鵲吕wff-lTj 士囂T-If hprj&fc

19、h=歳5iVE 書T77 =二=Efl-il*s-二r= hlrwld土-危r 二? dr? 7B EE.Mttr igEH忌 g*s-冷 n 4 口博%*#fe-L 二h&_JHsF*. j=i=.2-w ri甫 n Kmn弓【LsnM-AT +:fvhlr-hur h*VMiFNiHEE也一JSji let/UH uuItma 串 M 二蛊接下来的配置可以根据具体情况来设置或裁剪相关工具。退出保存设置。编译 busybox rootlocalhost make安装 busybox rootlocalhost make install成功后会在当前目录下生成 _install 目录，编译的工

20、具也都集成在该安装目录下。rootlocalhost cd _install/ rootlocalhost _install# lsbin linuxrc sbin usrrootlocalhost _install#可以看到 _install 目录下生成了根文件系统常用的命令及工具，接下来的工作，用户可以根据需 要将 _install 目录下生成的命令拷贝到根文件系统相应目录下。例如：将从 busybox 生成的 which 命令拷贝到根文件系统目录的 usr/bin 目录下，这样，我们 的根文件系统就支持 which 命令了。（ 2 ）、制作 CRAMFS 根文件系统镜像实验中已经提供了

21、mkcramfs 制作工具以及 脚本文件，用户只需执行 脚本文件来使用 mkcramfs 制作根文件系统镜像即可。当然也可以手动的执行命令： ./mkcramfs rootfs_up210rootlocalhost rootfs# ./此时在当前目录下生成根文件系统镜像文件rootlocalhost rootfs# ls mkcramfs rootfs_up210三、烧写根文件系统将新生成的根文件系统镜像文件烧写到 UP-Magic210 型设备中进行测试，这里不在赘述（烧写步骤可以参考文档 “UP-Magic210 出厂程序烧写手册 （LINUX）第 24 页 ）。如果用户新添加了相关命令

22、或工具 （例如 which 命令 ）启动系统后可以验证用户添加入的新命令或工具。4.实验结果5. 实验中遇到的问题及解决方法make 编译有错误，进行源代码的修改。之后再 make menuconfig 中将这个宏对应的东西配置成 没有就好了， 如果没有这个宏， 那么就直接用出错的那个文件的名字找就行了， 找到后给它去掉， 将来 make 的时候就不会编译这个文件了，在次进行 make 编译后，编译出来了 busybox 这个东 西，就在证明编译通过了。实验三 模块方式驱动实验1. 实验目的学习在 LINUX 下进行驱动设计的原理 掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程2. 实验内容 在 PC

23、 机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试，实验驱动的各个接口函数的实现，分析 并理解驱动与应用程序的交互过程。在 ARM 设备上创建设备驱动节点，编写用户空间应用程序，对驱动程序进行测试。3. 实验步骤（ 1 ）、编译驱动程序 /UP-Magic210/SRC/exp/driver/01_demo / ，手工加载驱动程序，通过设备号 建立驱动设备节点，执行应用程序测试该驱动及设备，分析驱动程序。进入实验目录编译源程序rootlocalhost /# cd /UP-Magic210/SRC/exp/driver/01_demo/清除中间代码，重新编译rootlocalhost 01_demo#

24、 make cleanrootlocalhost 01_demo# make当前目录下生成驱动程序和应用测试程序 test_demo 。启动 UP-Magic210 实验系统，连好网线、串口线。通过串口终端挂载宿主机实验目录（注意： 虚拟机 IP 地址需要设置为：）。rootUP-TECH yaffs# mount -t nfs -o nolock /mnt/nfs进入串口终端的 NFS 共享实验目录rootUP-TECH yaffs# cd /mnt/nfs/SRC/exp/driver/01_demo/手动加载驱动程序rootUP-TECH 01_demo# insmod通过设备号建立驱动

25、设备节点rootUP_210 01_demo# mknod /dev/democ 251 0执行应用程序测试该驱动及设备，分析应用程序测试结果。rootUP-TECH 01_demo# ./test_demo（2）、请参考驱动程序，编写一个虚拟字符设备驱动程序并进行调试，该虚拟字符设备驱动程 序完成如下功能：在内核模块初始化函数中，实现动态申请设备号并注册该设备，动态建立设备文件节点； 在内核模块的退出函数中，实现设备注销，删除该设备文件节点；实现 file_operations 设备驱动文件结构体中的 open 、 read 、 write 、 ioctl 和 release 函数功能，其

26、中：open 函数：设置一个计数器 count ，每调用一次 open 函数，计数器 count 加 1。read 函数：读取用户写入的字符串数据的排列结果。write 函数： 实现将用户写入的字符串数据， 按照每个字符的 ASCII 值逆序或升序排序 （根据开关 值 asc 排序： asc=0，逆序排序； asc=1，升序排序； ）。ioctl 函数：设置排序方式开关值asc。release 函数：每调用一次 release 函数，计数器 count 减 1。4. 实验结果5. 实验中遇到的问题及解决方法 。没有修改 makefile 文件直接进行编译导致出错。实验前没有认真阅读实验原理，看

27、懂实验代码， 所以在使用 make 命令以后无法实现。 最后在同学的帮助下找到了原因。 忽略了自己使用的是 gcc 编译而不是交叉编译，因而没有设置节点。尝试了很多次以后才发现了问题，期间以为是test_demo 文件的问题，但是导入导出很多次都没有解决，问了同学才找到了问题。实验四 LED 驱动及控制实验1. 实验目的 了解 ARM 设备外围电路结构与接口原理熟悉 Linux 系统下硬件驱动编程编程实现对嵌入式设备上 LED 灯的控制2. 实验内容阅读 UP-Magic210 平台硬件文档，熟悉 ARM 处理硬件外围接口电路编程实现 UP-Magic210 平台设备上 LED 驱动及应用测试

28、程序3. 实验步骤编写 UP-Magic210 平台设备上 LED 驱动及应用测试程序并进行调试， 该 LED 驱动程序完成如下 功能：在内核模块初始化函数中，实现动态申请设备号并注册该设备，动态建立设备文件节点； 在内核模块的退出函数中，实现设备注销，删除该设备文件节点；实现 file_operations 设备驱动文件结构体中的 ioctl 函数，完成如下功能： 一次调用控制所有的 LED 亮或灭；控制单个 LED 亮或灭； 实现流水灯显示，流水灯显示效果自行定义，流水灯循环显示次数由用户应用程序传入。 程序：驱动程序分析：#include #include #include #include #include #include #include #include #include MODULE_LICENSE(GPL);#define DEVICE_NAME leds wner = THIS_MODULE,.ioctl = uptech_leds_ioctl,;n);return -1;led led_number on|offn);fprintf(stderr, Options:n);fprintf(stderr, t led_number from 0 to 4n);fpr