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

  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

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>

    1.    main()
    3.    {
    5.         printf(“hello world \n”);
    7.    }

  • 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

    1.     CC= armv4l-unknown-linux-gcc
    2.           EXEC = hello
    3.           OBJS = hello.o
    4.           CFLAGS +=
    5.           LDFLAGS+= –static
    6.           all: $(EXEC)
    7.           $(EXEC): $(OBJS)
    8.           $(CC) $(LDFLAGS) -o $@ $(OBJS)
    9.           clean:
    10.           -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：

    1.   wait for not empty
    2.   put-->994
    3.   put-->995
    4.   put-->996
    5.   put-->997
    6.   put-->998
    7.   put-->999
    8.   producer stopped!
    9.   993-->get
    10.   994-->get
    11.   995-->get
    12.   996-->get
    13.   997-->get
    14.   998-->get
    15.   999-->get
    16.   consumer stopped!
    17.   [/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

    1.   [root@zxt root]# cd /arm2410cl/exp/basic/03_tty/
    2.   [root@zxt 03_tty]# make
    3.   armv4l-unknown-linux-gcc	-c -o term.o term.c
    4.   armv4l-unknown-linux-gcc	-o ../bin/term term.o	-lpthread
    5.   armv4l-unknown-linux-gcc	-o term term.o	-lpthread
    6.   [root@zxt 03_tty]# ls
    7.   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。

    1.   [root@zxt root]#	minicom
    2.   [/mnt/yaffs]	mount -t nfs -o nolock 192.168.0.56:/arm2410cl	/host
    3.   [/mnt/yaffs]cd /host/exp/basic/03_tty/
    4.   [/host/exp/basic/03_tty]./term
    6.   read modem
    8.   send data
    10.   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：

    1.   /************************************************************************
    3.   _start:
    5.   b        Handle_Reset
    7.   b        HandleUndef
    9.   b        HandleSWI
    11.   b        HandlePrefetchAbort
    13.   b        HandleDataAbort
    15.   b        HandleNotUsed
    17.   b        HandleIRQ
    19.   b        HandleFIQ
    21.   …..
    23.   …
    25.   ..
    27.   other codes
    29.   …
    31.   ..
    33.   .
    35.   *****************************************************************************/

  • 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

    1.   [root@BC basic]# cd	10_init/
    2.   [root@BC 10_init]# make
    3.   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
    5.   s3c2410-int.c: In function `s3c2410_IRQ3_fun':
    7.   s3c2410-int.c:83: warning: unused variable `byte'
    9.   s3c2410-int.c: In function `s3c2410_interrupt_init':
    11.   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。

    1.   [/mnt/yaffs]mount -t nfs -o nolock 192.168.0.189:/arm2410cl /host
    2.   [/host/exp/basic]cd 10_int/
    3.   [/host/exp/10_init]ls
    4.   Makefile	s3c2410-int.c	s3c2410-int.o
    5.   [/host/exp/10_init ]insmod s3c2410-int.o
    6.   [/host/exp/10_init]lsmod
    8.   Module        Tainted: P
    9.           Size	Used by
    10.   s3c2410-int        0 (unused)
    11.           2048

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

  1. 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。
  2. 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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