第一篇：2-嵌入式操作系統(tǒng)實驗指導書(2018年5月更新)
《嵌入式操作系統(tǒng)》實驗指導書
實驗1 Linux編程基礎(chǔ)
實驗序號：1 適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)
一、實驗目的
1、熟悉Vim的工作模式，熟練使用vim中的常見操作。
2、熟練掌握gcc編譯命令及gdb的調(diào)試命令，通過對有問題程序的跟蹤調(diào)試，進一步提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
3、熟悉多文件的makefile的編寫，熟悉各種形式的makefile,并且進一步加深對makefile中用戶自定義變量、自動變量的理解。
4、使用autotools生成多文件的makefile,進一步掌握autotools的使用方法。
二、實驗內(nèi)容
1、vim使用練習
（1）在“/root”目錄下建一個名為“vim”的目錄。（2）進入“vim”目錄。
（3）將文件“/etc/inittab”復制到“vim”目錄下。（4）使用vim打開“vim”目錄下的inittab.（5）設(shè)定行號，指出設(shè)定initdefault（類似于“id:5:initdefault”）的所在行號。（6）將光標移到該行。（7）復制該行內(nèi)容。
（8）將光標移到最后一行行首。（9）粘貼復制行的內(nèi)容。（10）撤銷第9步的動作。
（11）將光標移動到最后一行的行尾。（12）粘貼復制行的內(nèi)容。
（13）光標移到“si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit”。（14）刪除該行。（15）存盤但不退出。（16）將光標移到首行。
（17）插入模式下輸入“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”。
實驗名稱：Linux編程基礎(chǔ)
學 時 數(shù)：4學時
（21）強制退出vim，不存盤。
2、用gdb調(diào)試程序的bug（1）使用vi編輯器，將以下代碼輸入到名為greet.c的文件中。此代碼的原意為輸出倒序main函數(shù)中定義的字符串，但結(jié)果顯示沒有輸出，代碼如下所示。
#include
int main(){
} int display1(char *string){
} int display2(char *string1){
char *string2;int size,i;size=strlen(string1);string2=(char *)malloc(size+1);for(i=0,i （4）使用gdb調(diào)試程序，通過設(shè)置斷點、單步跟蹤，一步步找出錯誤所在。 （5）糾正錯誤，更改源程序并得到正確的結(jié)果。 3、編寫包含多文件的makefile（1）用vi在同一目錄下編輯兩個簡單的hello程序，如下所示。#hello.c #include“hello.h” int main(){ } #hello.h #include （3）將上述makefile使用變量替換實現(xiàn)。同樣用make驗證所編寫的makefile是否正確。 （4）編輯另一個makefile，取名為makefile1，不使用變量替換，但用兩個目標體實現(xiàn)（也就是首先將hello.c和hello.h編譯為hello.o，再將hello.o編譯為hello），再用make的“-f”選項驗證這個makefile1的正確性。 （5）將上述makefile1使用變量替換實現(xiàn)。 三、實驗步驟 根據(jù)實驗內(nèi)容要求完成實驗。printf(“Hello everyone!n”); 實驗2 進程管理實驗 實驗序號：2 實驗名稱：進程管理實驗 適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)(嵌入式系統(tǒng))學 時 數(shù)：4學時 一、實驗目的 1、通過編寫多進程程序，使讀者熟練掌握fork()、exec()、wait()和waitpid()等函數(shù)的使用，進一步理解在Linux中多進程編程的步驟。 2、通過編寫經(jīng)典的“生產(chǎn)者—消費者”問題的實驗，進一步熟悉Linux中的多線程編程，掌握用信號量處理線程間的同步和互斥問題。 二、實驗內(nèi)容 1、編寫多進程程序 該實驗有3個進程，其中一個為父進程，其余兩個是該父進程創(chuàng)建的子進程，其中一個子進程運行“l(fā)s-l”指令，另一個子進程在暫停5s之后異常退出，父進程先用阻塞方式等待第一個子進程的結(jié)束，然后用非阻塞方式等待另一個子進程的退出，等待收集到第二個子進程結(jié)束的信息，父進程就返回。參考流程圖如圖1所示。 開始 fork()創(chuàng)建兩個子進程子進程1父進程阻塞式等待子進程1的結(jié)束等待1s子進程2是否結(jié)束？運行（調(diào)用execlp()執(zhí)行“l(fā)s-l”命令）是子進程2運行（調(diào)用sleep函數(shù)）結(jié)束 圖1 多進程實驗流程圖 2、多線程實驗 編寫“生產(chǎn)者—消費者”問題的實驗，熟悉Linux中的多線程編程。 “生產(chǎn)者—消費者”問題描述如下。有一個有限緩沖區(qū)和兩個線程：生產(chǎn)者和消費者。他們分別不停地把產(chǎn)品放入緩沖區(qū)和從緩沖區(qū)中拿走產(chǎn)品。一個生產(chǎn)者在緩沖區(qū)滿的時候必須等待，一個消費者在 緩沖區(qū)空的時候也必須等待。另外，因為緩沖區(qū)是臨界資源，所以生產(chǎn)者和消費者之間必須互斥執(zhí)行。 要求使用有名管道來模擬有限緩沖區(qū)，并且使用信號量來解決“生產(chǎn)者—消費者”問題中的同步和互斥問題。 使用3 個信號量，其中兩個信號量 avail 和 full 分別用于解決生產(chǎn)者和消費者線程 之間的同步問題，mutex 是用于這兩個線程之間的互斥問題。其中 avail 表示有界緩沖區(qū)中 的空單元數(shù)，初始值為 N；full 表示有界緩沖區(qū)中非空單元數(shù)，初始值為 0；mutex是互斥 信號量，初始值為 1。參考流程圖如圖2所示。 開始 建立有名管道 打開有名管道 初始化三個信號量 創(chuàng)建消費者和生 產(chǎn)者兩個線程 生產(chǎn)者線程 P操作（avail）P操作（mutex）讀管道消費者線程 P操作（full）P操作（mutex）寫管道 V操作（full）V操作（mutex）結(jié)束 V操作（avail）V操作）（mutex 圖2 多線程實驗流程圖 三、實驗步驟 1、根據(jù)參考流程圖編寫程序； 2、編譯和運行程序代碼，并觀察運行結(jié)果。 實驗3 模塊編程實驗 實驗序號：3 實驗名稱：模塊編程實驗 適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)(嵌入式系統(tǒng))學 時 數(shù)：4學時 一、實驗目的 1、熟悉模塊添加和刪除的方法。 2、熟悉字符設(shè)備驅(qū)動的編寫流程。 二、實驗內(nèi)容 要求實現(xiàn)到虛擬設(shè)備（一段內(nèi)存）的打開、關(guān)閉、讀寫的操作，并通過編寫測試程序來測試虛擬設(shè)備及其驅(qū)動運行是否正常。 三、實驗步驟 （1）編寫代碼。 這個簡單的驅(qū)動程序的源代碼如下所示： /*test_drv.c*/ #include { int len;if(count<0) } { } len=strlen(data);count=(len>count)?count:len;if *(copy_to_user(buf,data,count))/*將內(nèi)核緩沖的數(shù)據(jù)復制到用戶空間*/ ｛ } return count;return –EFAULT;return –EINVAL;/*寫函數(shù)*/ static ssize_t test_write(struct file *file,const char *buffer，size_t count,loff_t *f_pos){ if(count<0){ } memset(data,0,BUFF_SZ); } /*打開函數(shù)*/ static int test_open(struct inode *inode,struct file *file){ printk(“This is open operationn”);/*分配并初始化緩沖區(qū)*/ data=(char*)kmalloc(sizeof(char)* BUFF_SZ,GFP_KERNEL);if(!data)count=(BUFF_SZ>count)?count:BUFF_SZ;if(copy_from_user(data,buffer,count))/*將用戶緩沖的數(shù)據(jù)復制到內(nèi)核空間*/ ｛ } return count;return –EFAULT;return –EINVAL; } { } memset(data,0,BUFF_SZ);return 0;return –ENOMEM;/*關(guān)閉函數(shù)*/ static int test_release(struct inode *inode,struct file *file){ } /* 創(chuàng)建、初始化字符設(shè)備，并且注冊到系統(tǒng)*/ 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);} } /* 虛擬設(shè)備的 file_operations 結(jié)構(gòu) */ static struct file_operations test_fops = { .owner = THIS_MODULE，.read.open }; /*模塊注冊入口*/ = test_read, = test_open,.write = test_write,.release = test_release, printk(“This is release operationn”);if(data){ ｝ return 0;kfree(data);data=NULL; /*釋放緩沖區(qū)*/ /*防止出現(xiàn)野指針*/ int init_module(void){ int result;dev_t dev = MKDEV(major, 0);if(major) {/* 靜態(tài)注冊一個設(shè)備，設(shè)備號先前指定好，并設(shè)定設(shè)備名，用 cat /proc/devices 來查看*/ } else { } if(result<0){ printk(KERN_WARNING“Test 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;} /*卸載模塊*/ void cleanup_module(void){ cdev_del(&test_dev);unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);printk(“Test device uninstalledn”);} result=alloc_chrdev_region(&dev,0,1,TEST_DEVICE_NAME);result=register_chrdev_region(dev,1,TEST_DEVICE_NAME); （2）編譯代碼。 虛擬設(shè)備的驅(qū)動程序的 Makefile 如下所示： ifeq($(KERNELRELEASE),) KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname-r)/build /*內(nèi)核代碼編譯路徑*/ PWD := $(shell pwd)modules: $(MAKE)-C $(KERNELDIR)M=$(PWD)modules modules_install: $(MAKE)-C $(KERNELDIR)M=$(PWD)modules_install clean: rm-rf *.o *~ core.depend.*.cmd *.ko *.mod.c.tmp_versions.PHONY: modules modules_install clean else obj-m := test_drv.o /* 將生成的模塊為 test_drv.ko*/ endif （3）加載和卸載模塊。通過下面兩個腳本代碼分別實現(xiàn)驅(qū)動模塊的加載和卸載。加載腳本 test_drv_load 如下所示： #!/bin/sh # 驅(qū)動模塊名稱 module=“test_drv” # 設(shè)備名稱。在/proc/devices 中出現(xiàn) device=“test_dev” # 設(shè)備文件的屬性 mode=“664” group=“david” # 刪除已存在的設(shè)備節(jié)點 rm-f /dev/${device} # 加載驅(qū)動模塊 /sbin/insmod-f./$module.ko $* || exit 1 # 查到創(chuàng)建設(shè)備的主設(shè)備號 major=`cat /proc/devices | awk “$2==”$device“ {print $1}”` # 創(chuàng)建設(shè)備文件節(jié)點 mknod /dev/${device} c $major 0 # 設(shè)置設(shè)備文件屬性 chgrp $group /dev/${device} chmod $mode /dev/${device} 卸載腳本 test_drv_unload 如下所示： #!/bin/sh module=“test_drv” device=“test_dev” # 卸載驅(qū)動模塊 /sbin/rmmod $module $* || exit 1 # 刪除設(shè)備文件 rm-f /dev/${device} exit 0（4）編寫測試代碼。 最后一步是編寫測試代碼，也就是用戶空間的程序，該程序調(diào)用設(shè)備驅(qū)動來測試驅(qū)動的運行是否正常。以下實例只實現(xiàn)了簡單的讀寫功能，測試代碼如下所示： /* test.c */ #include #include int fd, nwrite, nread;char buff[BUFF_SZ];/* 打開設(shè)備文件 */ fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);if(fd < 0){ perror(“open”);exit(1);} do { printf(“Input some words to kernel(enter 'quit' to exit):”);memset(buff, 0, BUFF_SZ);if(fgets(buff, BUFF_SZ, stdin)== NULL){ perror(“fgets”);break;} buff[strlen(buff)-1] = '