ARM Linux Course(1)

Khóa học

LẬP TRÌNH NHÚNG ARM-LINUX GV: Phạm Ngọc Hưng, Phạm Văn Thuận

Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Viện CNTT&TT- ĐH BKHN email: [email protected] Website: https://sites.google.com/site/embedded247/

Mục tiêu khóa học 

Sau khi kết thúc khóa học n{y, học viên có thể • Nắm được được kiến kiến trúc một hệ thống nhúng nền tảng tảng ARM + hệ điều h{nh nhúng Linux. • Tùy biến, biến, biên biên dịch, c{i đặt đặt hệ điều h{nh h{nh nhúng Linux trên trên KIT FriendlyArm 2440.

• Lập trình trình giao giao tiếp tiếp v{o ra GPIO GPIO cơ cơ bản trên trên hệ nhúng nhúng Arm Linux (giao tiếp gpio) • Lập trình trình giao giao tiếp tiếp c|c chuẩn chuẩn v{o ra RS232, RS232, USB, USB, ADC ADC • Sử dụng driver, driver, v{ cơ chế chế viết viết driver trên hệ nhúng Linux. Linux. • Nắm được được c|c kỹ thuật thuật lập trình giao giao tiếp tiếp giữa c|c c|c tiến trình trên linux, kỹ thuật lập l ập trình đa luồng, lập trình socket • Lập trìn trình h giao giao diện diện đồ họa Qt Qt trên trên Linux Linux • B{ B{ii tập tập,, Cas Casee Study. Study. Lập trình nhúng ARM-Linux

2

1

Nội dung khóa học Bài 1. Giới thiệu lập trình nhúng Arm Linux Bài 2. Biên dịch, c{i đặt hệ điều hành nhúng Linux Bài 3. Môi trường lập trình nhúng Arm Linux Bài 4. Lập trình vào ra GPIO cơ bản Bài 5. Lập trình vào ra nâng cao Bài 6. C|c kỹ thuật lập thuật lập trình nâng cao Bài 7. Lập trình Qt cơ bản Bài 8. Lập trình Qt n}ng cao

Lập trình nhúng ARM-Linux

3

Nội dung khóa học 

CASE STUDY • Lập trình trình ứng ứng dụng dụng Qt giao giao tiếp tiếp rs232 rs232 • Lập trình trình usb device device driv driver er (giao (giao tiếp usb giữa KIT KIT micro2440 và Keil Arm7 Board)

• Lậ Lập p trì trình nh mạ mạng ng Qt Qt


4

2

Nội dung khóa học Bài 1. Giới thiệu lập trình nhúng Arm Linux Bài 2. Biên dịch, c{i đặt hệ điều hành nhúng Linux Bài 3. Môi trường lập trình nhúng Arm Linux Bài 4. Lập trình vào ra GPIO cơ bản Bài 5. Lập trình vào ra nâng cao Bài 6. C|c kỹ thuật lập thuật lập trình nâng cao Bài 7. Lập trình Qt cơ bản Bài 8. Lập trình Qt n}ng cao


3

Nội dung khóa học 

CASE STUDY • Lập trình trình ứng ứng dụng dụng Qt giao giao tiếp tiếp rs232 rs232 • Lập trình trình usb device device driv driver er (giao (giao tiếp usb giữa KIT KIT micro2440 và Keil Arm7 Board)

• Lậ Lập p trì trình nh mạ mạng ng Qt Qt


4

2

Tài liệu tham khảo 

Tài liệu tham khảo chính: • • • • • • •

Micro2440 User U ser Manual

S3C244 S3C 2440 0 Micro MicroCon Contro trolle llerr User’s User’s Man Manual ual Beginning Linux Programming Advanced Linux Programming Linux Device Driver C++ GUI programming with QT Website: https://sites.google.com/site/embedded247/ Lập trình nhúng ARM-Linux

5

Bài số 1

Giới thiệu Lập trình nhúng Arm Linux


6

3

Mục tiêu bài học số 1 

Sau khi kết thúc b{i học n{y, học viên có thể • Nắm được tổng quan về lập trình nhúng • Trình b{y tổng quan về kiến trúc ARM, c|c dòng vi xử lý ARM • Trình b{y được cấu trúc phần cứng v{ c|c chức năng của hệ nhúng KIT FriendlyArm micro2440


7

Nội dung bài học 1.1. Giới thiệu về lập trình nhúng 1.2. Tổng quan về kiến trúc ARM 1.3. Giới thiệu KIT FriendlyArm micro2440 1.3. Môi trường ph|t triển ứng dụng trên KIT FriendlyArm


8

4

1.1. Giới thiệu lập trình nhúng 

Lập trình ứng dụng trên hệ nhúng phụ thuộc vào nền tảng (platform) phần cứng, phần mềm của hệ nhúng đó.



Hệ nhúng không có hệ điều hành: • Thường sử dụng c|c vi điều khiển hiệu năng tương đối thấp (8051, ATMega, PIC, ARM7, …) • Lập trình bằng C, ASM • Môi trường, công cụ lập trình tùy theo từng dòng vi điều khiển (CodeVision, AVR Studio, Keil…) • Phù hợp c|c ứng dụng điều khiển v{o/ra cơ bản, c|c giao tiếp ngoại vi cơ bản. Lập trình nhúng ARM-Linux

9

Giới thiệu lập trình nhúng 

Hệ nhúng có hệ điều hành: • Dựa trên c|c vi điều khiển, vi xử lý (CPU) có hiệu năng cao (Ví dụ: AVR 32, ARM 9, ARM 11, …) • Nhiều nền tảng hệ điều h{nh nhúng : uCLinux, Embedded Linux, Windows CE, … • Môi trường, công cụ lập trình tùy thuộc nền tảng hệ điều h{nh: C/C++, QT SDK (Nokia), .Net Compact FrameWork (Microsoft), … • Ứng dụng nhiều b{i to|n phức tạp: GPS Tracking/Navigator, Xử lý ảnh, ứng dụng Client/Server, … Lập trình nhúng ARM-Linux

10

5


Các thiết bị di động thông minh: • Xu hướng công nghệ hiện nay • Nhiều nền tảng: iOS, Android, Windows Phone, Symbian OS/Maemo,

• Môi trường, công cụ: iOS: Xcode + iOS SDK (ngôn ngữ Object -C) Android: C, Java +

Android SDK, Eclipse/Netbean

Windows Phone: SDK + Visual Studio (C#)

• C|c ứng dụng phong phú: Google Play Store, Apple Store, Windows Market Place, … Lập trình nhúng ARM-Linux

11


Khóa học n{y hướng tới:

• Lập trình hệ nhúng nền tảng ARM + Linux • Minh họa trên KIT FriendlyArm micro 2440 • Lập trình C/C++, lập trình giao diện đồ họa QT  Lý do: • ARM ? > 90% thị phần thiết bị nhúng, l{ dòng vi xử lý hiệu năng cao. • Embedded Linux ? M~ nguồn mở, khả năng can thiệp, hiểu s}u hệ thống. Nhiều OS kh|c (iOS, Android) dựa trên Linux kernel


12

6

1.2. Giới thiệu kiến trúc ARM 

ARM: • Advanced RISC Machine • Acorn RISC Machine



ARM l{ kiến trúc tập lệnh RISC 32 bit (Instruction Set Architecture – ISA) ph|t triển bởi Arm Holdings (1983).



Phổ biến nhất trong c|c kiến trúc tập lệnh 32 bit.



Được sử dụng rộng r~i trong c|c hệ thống nhúng: mobile phones, PDAs, tablets, digital media, music

players, calculators, routers, … 

98% of 1 billion mobile phones (in 2005); Lập trình nhúng ARM-Linux

13

Kiến trúc ARM 

Kế thừa các đặc điểm của kiến trúc tập lệnh RISC • Số lượng thanh ghi lớn v{ có kích thước bằng nhau (32bit) • Kiến trúc tập lệnh RISC, độ d{i từ lệnh 32 bit, khuôn dạng lệnh 3 địa chỉ to|n hạng. • Chế độ địa chỉ đơn giản (ít chế độ địa chỉ hơn kiến trúc CISC)



Phát triển các đặc trưng mới của ARM • C|c lệnh có kết hợp với lệnh dịch hoặc c|c lệnh logic • Chế độ địa chỉ tự động tăng-giảm để tối ưu hóa c|c vòng lặp • Nạp v{ lưu (load/store) nhiều lệnh cùng lúc cho phép n}ng cao thông lượng


14

7

Các dòng ARM Architecture

Family

ARMv1

ARM1

ARMv2

ARM2, ARM3

ARMv3

ARM6, ARM7

ARMv4

StrongARM, ARM7TDMI, ARM9TDMI

ARMv5

ARM7EJ, ARM9E, ARM10E, XScale

ARMv6

ARM11, ARM Cortex-M

ARMv7

ARM Cortex-A, ARM Cortex-M, ARM Cortex-R

ARMv8

Support 64-bit data and addressing


15

Các dòng ARM (tiếp)

Kiến trúc các dòng ARM Lập trình nhúng ARM-Linux

16

8

Một số công nghệ trong ARM    

Thumb Instruction Set: tập lệnh 16 bit cho phép tăng mật độ lệnh Jazelle: công nghệ cho phép tăng tốc c|c ứng dụng viết bằng Java SIMD, NEON: công nghệ n}ng cao hiệu năng cho c|c ứng dụng Video/Audio TrustZone: công nghệ n}ng cao tính bảo mật


17

So sánh các dòng ARM

Phân nhóm theo hiệu năng và tính hữu dụng Lập trình nhúng ARM-Linux

18

9

Kiến trúc ARM và lịch sử phát triển 

ARM được rất nhiều h~ng ph|t triển v{ sản xuất, ở Việt Nam phổ biến chip ARM của c|c h~ng • • • • •

ATMEL: AT91SAM7, AT91SAM9… NXP: LPC2138, LPC2148, LPC2300… TI (Texas Instrument): TMS470, TMS570… SAMSUNG: S3C2440

…


19

Kiến trúc vi điều khiển S3C2440 

Đặc điểm của chip (microprocessor) S3C2440 • Core: ARM920T core , 16 Kbytes Data Cache, 16 Kbytes

Instruction cache Xung nhịp 400MHz (thường dùng), 533 MHz (max)

• Memories Giao diện bus AMBA (Advanced Microcontroller

Bus Architecture) 4 KByte SRAM nội


20

10

Lõi vi xử lý ARM920T


21

Ngoại vi S3C2440


22

11


Đặc điểm của chip S3C2440 (tiếp) • Ngoại vi (Peripherals) USB Host/Device 10/100 Mbps Ethernet MAC Controller SPI, I2C… 32 bit Timer/Counter 3 USARTs Multimedia Card Interface ADC 10 bit 8 kênh Giao tiếp cảm

biến ảnh (Image Sensor) Điều khiển LCD Điều khiển AC97 audio codec Lập trình nhúng ARM-Linux

23


Đặc điểm của chip S3C2440 (tiếp) • Hệ thống 4 kênh DMA (Direct Memory Access) Boot hệ thống từ NOR Flash, NAND Flash, SDCard,

Ethernet Bộ điều khiển ngắt n}ng cao

AIC (Advanced

Interrupt Controller)

• Vào ra 130 ch}n v{o ra lập trình được


24

12

Tập thanh ghi và chế độ hoạt động R0->R12:

thanh ghi

công dụng chung R13:

Stack Pointer

R14: Link Register R15:

Program Counter

CPSR: Current

Program Status Register SPSR_SVC:

Saved Program Status Register


25

Thanh ghi trạng thái chương trình



Các cờ kết quả hoạt động của ALU

 Điều

khiển cho phép/cấm ngắt  Thiết lập chế độ hoạt động


26

13

Tập lệnh của S3C2440 

Tập lệnh ARM chia th{nh c|c nhóm lệnh • Lệnh rẽ nh|nh (Branch) • Lệnh xử lý dữ liệu (Data Processing) • Trao đổi thanh ghi trạng th|i (Status Register Transfer)

• Nạp v{ lưu (Load and Store) • Ph|t sinh ngoại lệ (Exception-Generating)


27

Bản đồ bộ nhớ 

Bus địa chỉ 32 bit • Địa chỉ bắt đầu: 0x00000000 • Địa chỉ kết thúc: 0x40000000 • Chia th{nh nhiều bank nhớ, mỗi bank 128 MB, tổng không gian bộ nhớ 1GB  6 bank nhớ cho ROM, SRAM (viết tắt

SROM)  2 bank nhớ cho ROM, SRAM, SDRAM, …. 

Hỗ trợ cả hai kiểu lưu trữ: little endian, big endian


28

14


29

Bản đồ bộ nhớ Hỗ trợ hai chế độ khởi động chính  Với chế độ khởi động từ Nand Flash, 4 Kbytes BootSram được |nh xạ v{o vùng nhớ chọn bởi nGCS0.   

Với chế độ khởi động từ Nor Flash, Nor Flash được |nh xạ v{o vùng nhớ chọn bởi nGCS0. Vùng nhớ cho SDRAM bắt đầu tại địa chỉ 0x30000000 v{ kết thúc ở địa chỉ 0x34000000. (NOR Flash chứa sẵn BIOS firmware) Lập trình nhúng ARM-Linux

30

15

1.3. Giới thiệu KIT nhúng micro2440


31

Giới thiệu KIT nhúng micro2440


32

16



33

Giới thiệu KIT nhúng micro2440 

Thông số kỹ thuật


34

17



35

1.4. Môi trường phát triển ứng dụng 

Mô hình sử dụng ph|t triển ứng dụng trên KIT FriendlyArm mini/macro 2440


36

18

Môi trường phát triển ứng dụng 

Phần mềm • M|y tính Linux (Ubuntu 9.04 hoặc mới hơn) • Trình biên dịch chéo (C/C++ cross compiler): Cross toolchains (arm linux gcc 4.4.3)

• • • •

gFTP (Công cụ truyền nhận file theo giao thức FTP) minicom (phần mềm giao tiếp cổng Com trên Linux) USB push (Công cụ truyền file qua USB trên Linux) QT SDK, QT Embedded (Môi trường IDE để ph|t triển ứng dụng giao diện đồ họa trên nền tảng Qt Framework, dựa trên C/C++)


37

Môi trường phát triển ứng dụng

Môi trường phát triển ứng dụng theo nhóm Lập trình nhúng ARM-Linux

38

19

Thảo luận


39

Bài số 2

Biên dịch, cài đặt Hệ điều hành nhúng Linux


40

20


Sau khi kết thúc b{i học n{y, học viên có thể • Nắm được tổng quan về hệ điều h{nh nhúng Linux (Embedded Linux OS)

• Nắm được c|c kh|i niệm cơ bản về Bootloader, kernel, root file system

• Biết c|ch nạp hệ điều h{nh nhúng Linux xuống KIT FriendlyArm Micro2440

• Biết c|ch tùy biến, biên dịch nh}n hệ điều h{nh


41

Nội dung bài học 2.1. Tổng quan về hệ điều h{nh nhúng Linux 2.2. Quy trình c{i đặt hệ điều h{nh nhúng Linux 2.3. Biên dịch nh}n hệ điều h{nh nhúng Linux


42

21

2.1. Tổng quan Embedded Linux OS 

Hệ điều h{nh (OS) ? • Hệ điều h{nh bản chất l{ phần mềm hệ thống Quản lý t{i nguyên phần cứng m|y tính Cung cấp c|c h{m dịch vụ cho phép c|c ứng dụng

tương t|c với t{i nguyên hệ thống


43

Tổng quan Embedded Linux OS 

Đặc trưng cơ bản của hệ điều h{nh Quản lý t{i nguyên hệ thống (phần cứng, phần mềm) Trung gian giữa phần cứng v{ phần mềm, giúp phần

cứng l{m việc trong suốt với phần mềm ứng dụng Cung cấp giao diện h{m chuẩn cho phần mềm ứng dụng 

Lợi ích của hệ điều h{nh • Tăng tính ổn định, tin cậy của hệ thống • Tăng tính khả chuyển (portability)


44

22

Sơ đồ phân cấp hệ thống


45

Kiến trúc hệ điều hành Unix


46

23

Kiến trúc hệ điều hành nhúng 

Hệ điều h{nh nhúng (embedded os) ? • L{ hệ điều h{nh c{i đặt cho c|c hệ thống nhúng (embedded system)

• Được thiết kế: compact, efficient, reliable.


47

Kiến trúc hệ điều hành nhúng 

Đặc trưng của hệ điều h{nh nhúng • Tăng tính tin cậy (reliability) • Tăng tính khả chuyển (portability) • Khả năng tương thích mềm: dễ d{ng n}ng cấp hay thu gọn để tương thích với nền tảng hệ thống • Thu gọn, đòi hỏi ít bộ nhớ hơn. Có thể hỗ trợ khởi động từ bộ nhớ ROM, Flash (hệ thống không có ổ cứng) • Cung cấp c|c cơ chế lập lịch (scheduler) hỗ trợ thời gian thực (Realtime OS – RTOS) Lập trình nhúng ARM-Linux

48

24

Hệ điều hành thời gian thực 



Hệ thống thời gian thực (Realtime): c|c phần mềm, phần cứng hoạt động thỏa m~n c|c r{ng buộc về thời gian Ph}n loại: • Hard Realtime: không đ|p ứng deadline -> lỗi hệ thống • Soft Realtime: không đ|p ứng deadline -> giảm chất lượng dịch vụ (QoS)


49

Hệ điều hành thời gian thực


50

25

Cấu trúc nhân hệ điều hành


51

Hệ thống file trong Linux 

Một số thư mục quan trọng • • • • • • •

/home: thư mục người dùng /dev: chứa c|c file thiết bị /bin: chứa c|c file thực thi của hệ thống /etc: chứa c|c file cấu hình /var: chứa c|c file log /opt: chứa c|c gói chương trình c{i đặt thêm /proc: chứa thông tin về c|c tiến trình, c|c th{nh phần phần cứng, phần mềm đang chạy trong hệ thống • /usr: chứa c|c file thực thi, t{i liệu liên quan tới người dùng


52

26

Embedded Linux 

Hỗ trợ rất nhiều kiến trúc vi xử lý (cả 32 bit v{ 64 bit) • Intel X86, ARM, PowerPC, MIPS, AVR32, …

  

Không hỗ trợ c|c vi điều khiển hiệu năng thấp Hỗ trợ cả kiến trúc có v{ không có khối quản lý bộ nhớ (MMU) C|c hệ thống có thể dùng chung toolchains, bootloader v{ kernel, c|c th{nh phần kh|c phải riêng biệt v{ tương thích với từng hệ thống Lập trình nhúng ARM-Linux

53

Quá trình boot hệ thống Linux trên PC


54

27

Quá trình boot hệ thống Linux nhúng


55

Quá trình boot hệ thống Linux nhúng 

 

Boot loader: chương trình mồi, thực hiện kiểm tra

phần cứng hệ thống v{ nạp nh}n (kernel) của hệ điều h{nh Kernel: nh}n hệ điều h{nh, chứa c|c th{nh phần cơ bản nhất Root file system: hệ thống file, chứa c|c modules bổ sung v{ c|c phần mềm ứng dụng


56

28

2.2. Quy trình cài đặt Embedded Linux 

Bước 1: C{i đặt bootloader (VD: U -Boot, Supervivi)

 

Bước 2: C{i đặt kernel Bước 3: C{i đặt hệ thống file (root file system)


57

Cài đặt trên môi trường Windows 

Công cụ • Phần mềm HyperTerminal: kết nối với KIT micro2440 qua cổng COM • Phần mềm DNW: kết nối với KIT micro2440 qua cổng USB



C|ch thức • Phần mềm HyperTerminal (giao tiếp với BIOS trên Nor Flash qua cổng rs232) truyền c|c lệnh điều khiển • Phần mềm DNW trao đổi file Lập trình nhúng ARM-Linux

58

29

Cài đặt trên môi trường Linux 

Công cụ: • Phần mềm minicom: kết nối với KIT micro2440 qua cổng COM • Phần mềm usbpush: kết nối với KIT micro2440 qua cổng USB



C|ch thức • Phần mềm minicom cho phép giao tiếp serial, truyền c|c lệnh điều khiển • Phần mềm usbpush nạp file xuống KIT


59

Cài đặt hệ điều hành nhúng Linux

Demo Lập trình nhúng ARM-Linux

60

30

2.3. Biên dịch nhân Linux 

Khi n{o cần biên dịch lại nh}n?

• Khi n}ng cấp hệ thống lên c|c phiên bản mới hơn • Khi cần sửa lỗi, cấu hình, tùy chỉnh c|c module  Qu| trình biên dịch nh}n • Download nh}n tại địa chỉ: kernel.org (Hoặc trong CD đi kèm KIT) • File nén linux-2.6.32.2.tar (tùy phiên bản); • Giải nén được thư mục to{n bộ m~ nguồn của nh}n (ví dụ thư mục linux-2.6.32.2) Lập trình nhúng ARM-Linux

61

Biên dịch nhân Linux 

Qu| trình biên dịch nh}n (tiếp): • V{o thư mục chứa m~ nguồn nh}n (linux-2.6.32.2) • Cấu hình trước khi biên dịch bằng lệnh: make menuconfig

• Xuất hiện giao diện cấu hình, tùy chỉnh phù hợp với hệ thống. • Thực hiện biên dịch bằng lệnh: make zImage • Biên dịch th{nh công kết quả sẽ l{ file zImage (trong thư mục linux-2.6.32.2/arch/arm/mach-s3c2440) , sẽ được nạp (porting) xuống KIT Lập trình nhúng ARM-Linux

62

31

Biên dịch nhân Linux


63

Thảo luận


64

32

Bài số 3

Môi trường Lập trình nhúng Arm Linux


65


Sau khi kết thúc b{i học n{y, sinh viên có thể • Trình b{y c|c th{nh phần cần thiết cho việc ph|t triển ứng dụng nhúng trên Linux • Biết c|ch c{i đặt c|c công cụ, môi trường ph|t triển • Trình b{y được cấu trúc một chương trình cơ bản, viết v{ biên dịch chương trình C đầu tiên “Hello” chạy trên KIT micro2440


66

33

Nội dung bài học 3.1. Môi trường ph|t triển ứng dụng nhúng Linux 3.2. C{i đặt môi trường ph|t triển 3.3. Lập trình ứng dụng HelloWorld


67

3.1. Môi trường phát triển  

Mô hình lập trình hệ thống nhúng C|c th{nh phần cần thiết để ph|t triển ứng dụng nhúng trên Linux


68

34

Mô hình lập trình hệ thống nhúng

• Host: hệ thống chứa môi trường phát triển •Target: hệ nhúng cần phát triển ứng dụng Lập trình nhúng ARM-Linux

69

Môi trường lập trình KIT micro 2440 • M|y host c{i hệ điều h{nh Linux (Ubuntu) • Trình biên dịch chéo Cross toolchains (arm-linux-gcc 4.4.3): biên dịch ứng dụng (viết bằng C/C++) • Công cụ viết m~ nguồn chương trình C (dùng gedit, eclipse) • gFTP: truyền nhận file Host<->KIT qua giao thức TFTP • Telnet: kết nối KIT qua Ethernet (sử dụng cross cable)


70

35

3.2. Cài đặt môi trường phát triển 

Cấu hình mạng LAN (host + KIT) qua c|p chéo v{ sử dụng IP cùng dải: • Linux host: 192.168.1.30 • Linux target: 192.168.1.230 (default)


71

Cài đặt trình biên dịch chéo 

Bước 1: Giải nén arm-linux-gcc-4.4.3.tar.gz tar – zxvf arm-linux-gcc-4.4.3.tar.gz



Bước 2: Cập nhật biến môi trường PATH

• Thêm đường dẫn tới thư mục bin của arm-linux-gcc4.4.3 (Cập nhật biến môi trường PATH trong file .bashrc trong đường dẫn chỉ ra bởi biến $HOME ) 

Bước 3: Kiểm tra trình biên dịch

• Mở cử sổ console, gõ lệnh: arm-linux-gcc --version • Thông b|o về phiên bản của arm-linux-gcc hiện ra => qu| trình c{i đặt th{nh công Lập trình nhúng ARM-Linux

72

36

Kiểm tra trình biên dịch chéo


73

Cài đặt phần mềm gFTP 

Bước 1: Cài đặt phần mềm gFTP



• Gõ lệnh: sudo apt-get install gftp Bước 2: Kiểm tra kết nối giữa Host và Target • Mở phần mềm gFTP: Applications->Internet>gFTP

• Thiết lập các tham số Địa

chỉ IP của KIT: 192.168.1.230

Username: root Password: ktmt (có thể đổi bằng lệnh passwd)

• Mở kết nối Lập trình nhúng ARM-Linux

74

37

Kết nối sử dụng gFTP


75

Cài đặt phần mềm debug GDB 

Bước 1: download m~ nguồn gdb (version 7.0) • Cách 1: apt-get source gdb • Cách 2: http://ftp.gnu.org/gnu/gdb/



Bước 2: Biên dịch v{ c{i đặt gdb client trên m|y HOST



Bước 3: Biên dịch v{ c{i đặt gdb server trên m|y TARGET

(Chi tiết xem trong tài liệu hướng dẫn cài đặt môi trường phát triển ứng dụng) Lập trình nhúng ARM-Linux

76

38

3.3. Xây dựng ứng dụng HelloWorld   

Cấu trúc chương trình đơn giản C|ch thức biên dịch chương trình Nạp file thực thi xuống KIT v{ chạy ứng dụng


77

Cấu trúc chương trình 

Tu}n thủ cấu trúc chương trình ANSII C


78

39

Chương trình Hello World 

Soạn thảo m~ nguồn chương trình C bằng gedit (file Hello.c)

#include int main (int argc, char* argv[]) {

printf (“Ten chuong trinh la „%s‟. \n”, argv[0]); printf (“ Chuong trinh co %d tham so \n ”, argc - 1); /* Neu co bat cu tham so dong lenh nao*/ if (argc > 1) { /* Thi in ra*/ int i; printf (“ Cac tham so truyen vao la:\n ”); for (i = 1; i < argc; ++i) printf (“ Tham so %d: %s\n”, i, argv[i]); } return 0; }


79

Cách thức biên dịch chương trình 

Cách 1: Sử dụng lệnh của cross compiler



• VD: arm-linux-gcc –g –o Hello Hello.c • Kết quả: biên dịch ra một file thực thi có tên l{ Hello từ một file m~ nguồn l{ Hello.c, file n{y có hỗ trợ khả năng debug Cách 2: Tạo v{ sử dụng Makefile • make l{ một tool cho phép quản lý qu| trình biên dịch, liên kết … của một dự |n với nhiều file m~ nguồn. • Tạo Makefile lưu c|c lệnh biên dịch theo định dạng của Makefile



• Sử dụng lệnh make để chạy Makefile v{ biên dịch chương trình Cách 3: Sử dụng automake và autoconf • Tạo makefile tự động Lập trình nhúng ARM-Linux

80

40

Cấu trúc Makefile 

Makefile cấu th{nh từ c|c target, variables v{ comments



Target có cấu trúc như sau: target: dependencies [tab] system command



target: make target



Dependencies: c|c th{nh phần phụ thuộc (file m~ nguồn, c|c file object…) System command: c|c c}u lệnh (lệnh biên dịch, lệnh



linux) Lập trình nhúng ARM-Linux

81

VD 1: Makefile đơn giản CC=arm-linux-gcc all: Hello.c $(CC) –g –o Hello Hello.c clear: rm Hello Biên

dịch chương trình: make all Xóa file sinh ra trước đó: make clear


82

41

VD 2: Makefile liên kết include

Hello.c

Display.c

void display(int index, char* str) include

Display.h void display(int index, char* str)


83

VD2: Makefile liên kết Hello.c

Display.c

Compiler

Compiler

Hello.o

Display.o Linker

Hello

File thực thi


84

42

VD 2: Makefile liên kết CC=arm-linux-gcc OUTPUT=Hello all:Hello.o display.o $(CC) -o $(OUTPUT) Hello.o display.o Hello.o:Hello.c $(CC) -c Hello.c display.o:display.c $(CC) -c display.c


85

Nạp file thực thi xuống KIT 



Bước 1: sử dụng phần mềm gFTP chuyển file Hello (đ~ được biên dịch trước đó) xuống KIT, ví dụ xuống thư mục: /ktmt Bước 2: telnet xuống KIT, chuyển tới thư mục /ktmt, thực thi chương trình • Gõ lệnh: ./Hello • Nếu chương trình chưa có quyền thực thi, thực hiện cấp quyền: sudo chmod +x Hello



Bước 3: quan s|t kết quả Lập trình nhúng ARM-Linux

86

43

Thảo luận


87

Bài số 4

Lập trình vào ra GPIO cơ bản


88

44


Sau khi kết thúc b{i học n{y, sinh viên có thể • Nắm được nguyên tắc lập trình giao tiếp v{o ra cơ bản trên hệ điều h{nh Linux nhúng • Lập trình giao tiếp thiết bị (ghép nối GPIO) với driver đ~ có (led, button) • Biết c|ch lập trình giao tiếp GPIO mở rộng dựa trên giao diện sysfs (gpiolib)


89

Nội dung bài học 4.1. Cơ chế lập trình giao tiếp thiết bị 4.2. Lập trình điều khiển led đơn 4.3. Lập trình giao tiếp nút bấm 4.4. Lập trình giao tiếp GPIO mở rộng


90

45

4.1. Cơ chế lập trình giao tiếp thiết bị 

Device files, Device number



Kiểm tra danh s|ch device driver, thiết bị Cơ chế giao tiếp




91

Mô hình giao tiếp ứng dụng – thiết bị Phần mềm ứng dụng

User Space

Các hàm giao tiếp chuẩn: Device files

Device Drivers

Phần cứng

•open •close •read •write •ioctl •…

Kernel Space (Toàn quyền truy xuất trực tiếp tài nguyên phần cứng của hệ thống)


92

46

Device files, Device number 

Device files: ls –l /dev • Device file không phải l{ file thông thường, không phải l{ một vùng dữ liệu trên hệ thống file • Qu| trình đọc ghi device file Giao tiếp với device driver Đọc, ghi phần cứng của thiết bị



Ph}n loại device files • Character device: thiết bị phần cứng đọc, ghi một chuỗi c|c byte dữ liệu • Block device: thiết bị phần cứng đọc, ghi một khối dữ liệu Lập trình nhúng ARM-Linux

93

Device files, Device number 

Device number: mỗi thiết bị được x|c định bởi hai gi| trị • Major device number: x|c định thiết bị n{y sử dụng drvier nào

• Minor device number: ph}n biệt giữa c|c thiết bị kh|c nhau cùng sử dụng chung một device driver


94

47

Kiểm tra danh sách thiết bị 

Kiểm tra danh s|ch c|c thiết bị • Gõ lệnh ls –al /dev



Giải thích thông tin Loại

thiết bị: char device hay block device Tài khoản người dùng Tên thiết bị Major

và minor number

Mount

ponint Lập trình nhúng ARM-Linux

95

Kiểm tra danh sách thiết bị 

Kiểm tra danh s|ch c|c nhóm thiết bị • Gõ lệnh cat /proc/devices


96

48

Cơ chế lập trình giao tiếp thiết bị 

Cơ chế lập trình • Sử dụng c|c h{m v{o ra file open close read write

• Sử dụng h{m điều khiển v{o ra: ioctl


97

4.2. Lập trình điều khiển led đơn    

Sử dụng led driver đ~ có 4 led đơn, ghép nối qua GPB5,6,7,8 Điều khiển led on/off, tạo hiệu ứng: nhấp nh|y, chạy đuổi, … Cần sử dụng h{m trễ (delay): sleep, usleep (thư viện sys/time.h)


98

49

Mô hình giao tiếp điều khiển led Phần mềm ứng dụng

Device files

Device Drivers

Phần cứng

leds.c

/dev/leds

Hàm giao tiếp: •open •close •ioctl

Mini2440_leds.c

GPIO Port


99

Lập trình điều khiển led đơn 

fd=open(“/dev/leds”,0) • fd: file id • /dev/leds: device file • 0: WRITE_ONLY



ioctl(fd, on, led_no)

• Ioctl: IO control • Điều khiển bật/tắt led đơn có số hiệu led_no 

Driver cho led đơn: linux-2.6.32.2/drivers/char/mini2440_leds.c Lập trình nhúng ARM-Linux

100

50

Mã nguồn minh họa


101

4.3. Lập trình giao tiếp nút bấm 

Giao tiếp qua driver đ~ có


102

51

Mô hình giao tiếp điều khiển nút bấm Phần mềm ứng dụng

Device files

Device Drivers

Phần cứng

Buttons.c

Hàm giao tiếp: •open •close •read

/dev/buttons

Mini2440_buttons.c

GPIO Port


103

Lập trình ghép nối nút bấm 

buttons_fd=open(“/dev/buttons”,0) • buttons_fd: file id • /dev/buttons: device file



read(buttons_fd,current_buttons,sizeof(curren t_buttons)

• Đọc trạng th|i c|c nút bấm 

close(buttons_fd): đóng file



M~ nguồn driver cho nút bấm linux2.6.32.2/drivers/char/mini2440_buttons.c Lập trình nhúng ARM-Linux

104

52

Mã nguồn chương trình đọc nút bấm


105

4.4. Lập trình giao tiếp GPIO mở rộng 

2 c|ch sử dụng giao tiếp gpio (từ Linux user space) • Cách 1: Viết gpio driver (trên không gian nh}n hệ điều h{nh, kernel space), giao tiếp qua driver n{y. (Ví dụ với led, button đ~ l{m) • Cách 2: giao tiếp c|c ch}n gpio trực tiếp từ không gian người dùng (user space) dựa trên API thư viện gpiolib cung cấp. Linux cung cấp giao diện GPIO sysfs cho phép thao t|c với bất kỳ ch}n GPIO từ userspace.


106

53

Lập trình giao tiếp GPIO mở rộng  

Tất cả c|c giao diện điều khiển GPIO thông qua sysfs nằm trong thư mục /sys/class/gpio Kiểm tra bằng lệnh: ls /sys/class/gpio


107

Lập trình giao tiếp GPIO mở rộng 

Giao diện n{y cung cấp c|c files điều khiển sau đ}y:


108

54

Lập trình giao tiếp GPIO mở rộng 

Ví dụ minh họa

Cấu hình chân GPF5 (micro2440) output, và xuất giá trị 0 ra chân này echo 165 > /sys/class/gpio/export echo “out” > /sys/class/gpio/gpio165/direction echo 0 > /sys/class/gpio/gpio165/value

Chi tiết xem b{i viết: https://sites.google.com/site/embedded247/ddcour se/giao-tiep-gpio-tu-userspace-1 Lập trình nhúng ARM-Linux

109

Lập trình giao tiếp gpio sysfs 

Demo: Ứng dụng giao tiếp Board mở rộng, điều khiển led đơn, 7 seg, buttons. (Xem b{i thực h{nh)


110

55

Thảo luận


111

Bài số 5

Lập trình vào ra nâng cao


112

56


Sau khi kết thúc b{i học n{y, sinh viên có thể • Lập trình giao tiếp chuẩn RS232 trên kit nhúng Micro2440

• Lập trình ghép nối USB Joystick qua cổng USB • Trình b{y cơ chế x}y dựng Device Driver


113

Nội dung bài học 5.1. Giới thiệu chuẩn RS232 5.2. Lập trình giao tiếp chuẩn RS232 5.3. Giới thiệu chuẩn USB 5.4. Lập trình giao tiếp USB Joystick 5.5. Lập trình ghép nối ADC 5.6. Giới thiệu cơ chế lập trình Device Driver


114

57

5.1. Giới thiệu chuẩn RS232     

Mức điện |p đường truyền Chuẩn đầu nối trên m|y tính PC Khuôn dạng khung truyền Tốc độ truyền Kịch bản truyền


115

Chuẩn RS232 

Mức điện áp đường truyền (Chuẩn RS-232C)

116


58

Chuẩn RS232 

Chuẩn đấu nối trên PC

UART

UART

UART (Universal Asynchronous receiver/transmitter) 117


Chuẩn RS232 

Chuẩn đầu nối trên PC • Chân 1 (DCD-Data Carrier Detect): phát hiện tín hiệu mang dữ liệu • Chân 2 (RxD-Receive Data): nhận dữ liệu • Chân 3 (TxD-Transmit Data): truyền dữ liệu • Chân 4 (DTR-Data Terminal Ready): đầu cuối dữ liệu sẵn sàng • Chân 5 (Signal Ground): đất của tín hiệu • Chân 6 (DSR-Data Set Ready): dữ liệu sẵn sàng • Chân 7 (RTS-Request To Send): yêu cầu gửi • Chân 8 (CTS-Clear To Send): Xóa để gửi • Chân 9 (RI-Ring Indicate): báo chuông

118


59

Chuẩn RS232 

Khuôn dạng khung truyền • PC truyền nhận dữ liệu qua cổng nối tiếp RS-232 thực hiện theo kiểu không đồng bộ (Asynchronous) • Khung truyền gồm 4 thành phần 1

Start bit (Mức logic 0): bắt đầu một gói tin, đồng bộ xung nhịp clock giữa DTE và DCE  Data (5,6,7,8 bit): dữ liệu cần truyền  1 parity bit (chẵn (even), lẻ (odd), mark, space): bit cho phép kiểm tra lỗi  Stop bit (1 hoặc 2 bit): kết thúc một gói tin

119


Chuẩn RS232 

Kịch bản truyền • Không có bắt tay (none-handshaking): máy thu có khả năng đọc các ký tự thu trước khi máy phát truyền ký tự tiếp theo

Kết nối không cần bắt tay giữa hai thiết bị (cùng mức điện áp) 120


60

Chuẩn RS232 

Kịch bản truyền

Ghép nối không bắt tay giữa hai thiết bị (Khác nhau về mức điện áp)

121


5.2. Lập trình giao tiếp chuẩn RS232 

Các bước cơ bản gồm: • • • • •

Khởi tạo: Khai b|o thư viện Bước 1: Mở cổng Bước 2: Thiết lập tham số cấu hình cổng COM Bước 3: Đọc, ghi cổng (gửi/nhận dữ liệu) Bước 4: Đóng cổng


122

61

Khai báo thư viện        

#include #include #include #include // UNIX standard function #include // File control definitions #include // Error number definitions #include // POSIX terminal control #include // time calls


123

Bước 1: Mở cổng 

Sử dụng lệnh mở file

int fd = open ("/dev/ttySAC0", O_RDWR);  

fd >0 nếu mở file th{nh công fd<0 nếu mở file thất bại


124

62

Bước 2: Thiết lập tham số 

Sử dụng cấu trúc termios

struct termios port_settings; 

Thiết lập tham số (9600, 8, n, 1)

cfsetispeed(&port_settings, B9600); cfsetospeed(&port_settings, B9600); port_settings.c_cflag &= ~PARENB; port_settings.c_cflag &= ~CSTOPB; port_settings.c_cflag &= ~CSIZE; port_settings.c_cflag |= CS8; tcsetattr(fd, TCSANOW, &port_settings); Lập trình nhúng ARM-Linux

125

Bước 3: Đọc, ghi cổng 

Đọc cổng: sử dụng lệnh đọc file n=read(fd,&result,sizeof(result));

 N: số ký tự đọc được  Result: chứa kết quả

Ghi cổng: sử dụng lệnh ghi file n=write(fd,“Hello World\r",12);  N:số ký tự đ~ ghi  Fd: file id (có được từ thao t|c mở file th{nh công) 


126

63

Bước 4: Đóng cổng 

Đóng cổng: sử dụng lệnh đóng file close (fd);

Fd: file ID (có được từ thao t|c mở file th{nh công)


127


128

64

5.3. Giới thiệu chuẩn USB 

Năm 1995: USB 1.0 • Tốc độ Low-Speed: 1.5 Mbps • Tốc độ tối đa (Full-Speed): 12 Mbps



Năm 1998: USB 1.1 (Sửa lỗi của USB 1.0) • Tốc độ tối đa (Full-Speed): 12 Mbps



Năm 2001: USB 2.0 • Tốc độ tối đa (High-Speed): 480 Mbps



Năm 2008: USB 3.0 • Tốc độ tối đa (Super-Speed): 4.8 Gbps


129

Tín hiệu chuẩn USB 

Tín hiệu

• Truyền kiểu nối tiếp • Tín hiệu trên hai đường D+ và D- là tín hiệu vi sai


130

65

Mô hình bus USB


131

Vai trò của các thành phần 

Vai trò của USB host: • Trao đổi dữ liệu với c|c thiết bị ngoại vi • Điều khiển bus: Quản lý được c|c thiết bị kết nối v{o

đường bus v{ khả năng của mỗi thiết bị đó: sử dụng cơ chế điểm danh (Enumeration)

Ph}n xử, quản lý luồng dữ liệu trên bus, đảm

bảo c|c

thiết bị đều có cơ hội trao đổi dữ liệu

• Kiểm tra lỗi: thêm c|c m~ kiểm tra lỗi v{o gói tin cho phép ph|t hiện lỗi v{ yêu cầu truyền lại gói tin • Cung cấp nguồn điện cho tất cả c|c thiết bị Lập trình nhúng ARM-Linux

132

66

Vai trò của các thành phần 

Vai trò của thiết bị ngoại vi • Trao đổi dữ liệu với host • Ph|t hiện c|c gói tin hay yêu cầu (request) được gửi tới thiết bị để xử lý phù hợp • Kiểm tra lỗi: tương tự như Host, c|c thiết bị ngoại vi cũng phải chèn thêm c|c bit kiểm tra lỗi v{o gói tin gửi đi • Quản lý nguồn điện: c|c thiết bị có thể sử dụng nguồn điện ngo{i hay nguồn từ bus. Nếu sử dụng nguồn từ bus, thường có chế độ tiết kiệm điện năng. Lập trình nhúng ARM-Linux

133

Endpoint & pipes Mỗi qu| trình truyền nhận dữ liệu bao gồm một hay nhiều giao dịch (transactions), mỗi giao dịch gồm một hay nhiều packets -> Để hiểu được c|c giao dịch, c|c packet v{ nội dung của chúng -> cần tìm hiểu hai kh|i niệm Endpoint 

và Pipes


134

67

Endpoint 

Endpoint của thiết bị: • L{ “điểm cuối” trong kênh giao tiếp giữa host v{ usb device.

• Endpoint l{ bộ đệm (gửi, nhận) nằm trên thiết bị. • C|c Endpoint được đ|nh địa chỉ v{ x|c định hướng In Endpoint: bộ đệm gửi (host lấy dữ liệu về) Out Endpoint: bộ đệm nhận (host gửi dữ liệu v{o)

• Tất cả c|c thiết bị đều phải có Endpoint 0, đ}y l{ endpoint mặc định để gửi c|c thông tin điều khiển


135

Endpoint


136

68

Pipes 

Pipes: kết nối Endpoint của thiết bị tới Host • Phải thiết lập pipe trước khi muốn trao đổi dữ liệu • Host thiết lập pipe trong qu| trình điểm danh (Enumeration)

• C|c Pipe sẽ được hủy khi thiết bị ngắt kết nối khỏi bus

• Tất cả c|c thiết bị đều có một đường ống điều khiển (control pipe) mặc định sử dụng Endpoint 0


137

Device Classes 

 

C|c thiết bị ngoại vi chuẩn (chuột, m|y in, ổ nhớ flash…) có đặc tính truyền nhận dữ liệu chung -> Hệ điều h{nh có thể cung cấp driver chung cho c|c nhóm, c|c nh{ sản xuất thiết bị không cần viết driver riêng. C|c thiết bị đặc thù riêng: cần có driver từng loại C|c nhóm thiết bị đ~ được định nghĩa • • • • • • •

Audio Communication devices Human interface (HID) IrDA Bridge Mass Storage Cameras and scanners Video Lập trình nhúng ARM-Linux

138

69

Quá trình trao đổi dữ liệu 

C|c thiết bị USB có thể trao đổi dữ liệu với Host theo 4 kiểu ho{n to{n kh|c nhau, cụ thể: • Truyền điều khiển (control transfer) • Truyền ngắt (interrupt transfer) • Truyền theo khối (bulk transfer) • Truyền đẳng thời (isochronous transfer)


139

Các kiểu truyền 



Truyền điều khiển: để điều khiển phần cứng, c|c yêu cầu điều khiển được truyền. Chúng l{m việc với mức ưu tiên cao v{ với khả năng kiểm so|t lỗi tự động. Tốc độ truyền lớn vì có đến 64 byte trong một yêu cầu (request) có thể được truyền. Truyền ngắt: c|c thiết bị, cung cấp một lượng dữ liệu nhỏ, tuần ho{n chẳng hạn như chuột, b{n phím đều sử dụng kiểu truyền n{y. Hệ thống sẽ hỏi theo chu kỳ, chẳng hạn 10ms một lần xem có c|c dữ liệu mới gửi đến. Lập trình nhúng ARM-Linux

140

70

Các kiểu truyền 

Truyền theo khối: khi có lượng dữ liệu lớn cần truyền v{ cần kiểm so|t lỗi truyền nhưng lại không có yêu cầu thúc ép về thời gian truyền thì dữ liệu thường được truyền theo khối. VD: m|y in, m|y quét



Truyền đẳng thời: khi có khối lượng dữ liệu lớn với tốc độ dữ liệu đ~ được quy định, ví dụ như card }m thanh. Theo c|ch truyền n{y một gi| trị tốc độ x|c định được duy trì. Việc hiệu chỉnh lỗi không được thực hiện vì những lỗi truyền lẻ tẻ cũng không g}y ảnh hưởng đ|ng kể. Lập trình nhúng ARM-Linux

141

5.4. Lập trình giao tiếp USB Joystick


142

71

Cấu trúc JOYINFO trên Windows 

Windows định nghĩa cấu trúc JOYINFO để lưu c|c thông tin về tình trạng c|c nút bấm trên Joystick Nút trái, phải Nút lên, xuống Các nút chức năng: 1, 2, 3, 4, L1, L2, R1, R2, Select, Start


143

Cấu trúc JOYINFO 





wXpos • wXpos=0 -> nút sang tr|i được bấm • wXpos=65535 -> nút sang phải được bấm wYpos • wYpos=0 -> nút lên được bấm • wYpos=65535 -> nút xuống được bấm

wButtons: mỗi bit biểu diễn trạng th|i của một nút chức năng • VD: Button 1 -> bit 0, Button 2 -> bit 1… Lập trình nhúng ARM-Linux

144

72

Cấu trúc js_event trên Linux 



Linux định nghĩa cấu trúc js_event để lưu c|c thông tin khi có ph|t sinh sự kiện (khởi tạo thiết bị, người dùng bấm nút chức năng, nút chỉnh hướng) Định nghĩa trong include/linux/joystick.h


145

Cấu trúc js_event 

Nội dung c|c trường dữ liệu • Time: nh~n thời gian ph|t sinh sự kiện • Value: gi| trị, phụ thuộc v{o nút chức năng hay nút chỉnh hướng Nếu l{ nút chức năng: 0/1 (1: pressed, 0: released) Nếu l{ nút chỉnh hướng: -32768 -> 32767 (Ph}n biệt hướng x, y phụ thuộc v{o gi| trị number=0/1) • Type: loại sự kiện Khởi tạo thiết bị: 0x80 Nút chỉnh hướng: 0x02 Nút chức năng: 0x01 • Number: x|c định nút được nhấn (trường hợp type =1 hoặc x|c định nút chỉnh hướng x, y trong trường hợp type =2) Lập trình nhúng ARM-Linux

146

73

Lập trình kết nối joystick 

Mở file thiết bị: joystick_fd = open(JOYSTICK_DEVNAME, O_RDONLY | O_NONBLOCK);



JOYSTICK_DEVNAME: tên của file thiết bị, thường là /dev/input/js0



O_RDONLY  O_NONBLOCK: mở file chỉ đọc ở chế độ NONBLOCK


147

Lập trình kết nối joystick 

Đọc dữ liệu từ thiết bị (khi có phát sinh sự kiện) bytes = read(joystick_fd, jse, sizeof(*jse));

  

joystick_fd: con trỏ file có được khi mở file jse: biến cấu trúc js_event bytes: Tổng số file đọc được, nếu số n{y bằng kích thước của cấu trúc js_event thì qu| trình đọc th{nh công


148

74


149

Kết quả demo 

C|c sự kiện khi khởi tạo thiết bị


150

75

Kết quả demo 

C|c sự kiện khi người dùng nhấn c|c nút


151

QT Joystick Demo


152

76

5.6. Lập trình ghép nối ADC  

Giới thiệu ADC Minh họa lập trình ADC


153

Giới thiệu ADC 

ADC: Analog to Digital Converter • Thông số quan trọng của ADC • Dải điện |p chuyển đổi • ADC 8 bit, 10 bit, 12 bit… • Bao nhiêu kênh? • Độ ph}n ly


154

77

Minh họa lập trình ADC 

Khai b|o thư viện #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include


155

Minh họa lập trình ADC int main(void){ fprintf(stderr, "press Ctrl-C to stop\n"); int fd = open("/dev/adc", 0); if (fd < 0) { perror("open ADC device:"); return 1; } for(;;) { char buffer[30]; int len = read(fd, buffer, sizeof buffer -1); if (len > 0) { buffer[len] = '\0'; int value = -1; sscanf(buffer, "%d", &value); printf("ADC Value: %d\n", value); } else { perror("read ADC device:"); return 1; } usleep(500* 1000); } close(fd); }


156

78

5.6. Lập trình Device Driver  

Giới thiệu về Kernel Module Cơ chế x}y dựng Device Driver


157

Kernel Module  



Hoạt động trên Kernel Space, có thể truy xuất tới c|c t{i nguyên của hệ thống Kernel Module cho phép thêm mới c|c module một c|ch linh hoạt, tr|nh việc phải biên dịch lại nh}n hệ điều h{nh Kernel Module l{ cơ chế hữu hiệu để ph|t triển c|c device driver



Xem danh s|ch c|c module đang chạy: lsmod


158

79

Kernel Module 

C|c bước để thêm một kernel module v{o hệ thống • Viết m~ nguồn: chỉ sử dụng c|c thư viện được cung cấp bởi kernel, không sử dụng được c|c thư viện bên ngoài

• Biên dịch m~ nguồn module • C{i đặt module: dùng lệnh insmod Tên_Module.ko

• Gỡ module: dùng lệnh rmmod Tên_Module • Xem c|c thông tin log: sử dụng System Log Viewer Lập trình nhúng ARM-Linux

159

Mã nguồn kernel Module


160

80

Kernel Module Makefile obj-m += hello.o all: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules clean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean


161

Device Driver 

Thêm c|c device driver theo cơ chế sử dụng Kernel Module



C|c thao t|c thêm driver v{o hệ thống • Viết m~ nguồn (cấu trúc tương tự kernel Module). Đăng ký Major ID • Biên dịch m~ nguồn • C{i đặt sử dụng lệnh insmod • Sử dụng lệnh mknod để tạo device file trong /dev mknod [options] NAME Type [Major Minor ]


162

81

Ví dụ: Hello Driver


163


164

82

Case Study 

Lập trình giao tiếp giữa 2 KIT truyền nhận dữ liệu qua USB: • KIT FriendlyArm: là usb host có usb driver • KIT AT91SAM7: là usb device có usb core



Tham khảo: Video, M~ nguồn.


165

Thảo luận


166

83

Bài số 6

Các kỹ thuật lập trình nâng cao


167


Sau khi kết thúc b{i học n{y, sinh viên có thể • Nắm được được kh|i kh|i niệm niệm tiến trình trình (process (process), ), cơ chế liên lạc giữa c|c tiến trình, lập trình gửi, nhận tín hiệu giữa 2 tiến trình • Hiểu kh|i niệm luồng (thre (thread) ad) • Lập trình trình ứng ứng dụng dụng đa luồng luồng (multithre (multithread) ad) • Lập trìn trình h socket socket trên trên Linux Linux


168

84

Nội dung bài học 6.1. Tiến trình (process ) 6.2. Cơ chế liên lạc giữa gi ữa c|c tiến trình 6.3. Luồng (thread) 6.4. Lập trình ứng dụng đa luồng 6.5. Lập trình socket trên Linux


169

6.1. Tiến trình (Process)  



Tiến trình (process) được tạo ra khi ta thực thi một chương trình (program (program)) Kỹ thuật lập trình n}ng cao thường sử dụng nhiều tiến trình kết hợp trong một ứng dụng để xử lý nhiều công việc. Ví dụ: Mở nhiều chương trình Word (mỗi cửa sổ soạn thảo nội dung một file kh|c nhau), mỗi thể hiện (instance) l{ một tiến trình (process)


170

85

Số hiệu tiến trình 

Làm thế nào để phân biệt các tiến trình ?



Mỗi tiến trình được x|c định bởi số hiệu (định danh): • PID (Proce (Process ss ID): ID): số hiệu hiệu tiến tiến trình trình • PPID (Pare (Parent nt Process ID): số số hiệu tiến tiến trình trình cha • Có ki kiểu ểu dữ liệ liệu u pid_t (thư viện sys/types.h)


171

PID, PPID Lập trình C/C++ cung cấp hàm hệ thống để:  Lấy về PID: sử dụng hàm getpid()  Lấy về PPID: sử dụng hàm getppid()  Hàm getpid() và getppid() trả giá trị kiểu pid_t (bản chất là kiểu int) 


172

86

Xem tiến trình đang chạy  

Lệnh Linux: ps Xem nhiều thông tin hơn:

ps -e -o pid,ppid,command Trong đó: -e để xem tất cả tiến trình -o pid,ppid,command để xem c|c thông tin tương ứng: pid, ppid v{ command (lệnh để thực thi tiến trình)


173

Dừng tiến trình  



Có thể dừng một tiến trình đang chạy bằng lệnh kill với tham số l{ số hiệu tiến trình muốn dừng. Lệnh kill mặc định gửi tới tiến trình tiến hiệu SIGTERM để yêu cầu kết thúc.

kill PID Có thể sử dụng tổ hợp phím tắt Ctrl+C để dừng tiến trình (bản chất cũng gửi tín hiệu terminate)


174

87

Tạo tiến trình mới 

Cách 1: sử dụng h{m system



H{m system() trong C cung cấp c|ch để thực thi một c}u lệnh hệ thống trong chương trình C (như l{ được thực thi từ dòng lệnh). H{m trả về trạng th|i kết thúc của lệnh.


175

Tạo tiến trình mới 

Cách 2: sử dụng h{m fork v{ exec (trên linux, thư

viện unistd.h)


176

88

6.2. Cơ chế liên lạc giữa các tiến trình 

Làm thế nào để các tiến trình có thể liên lạc (giao tiếp) với nhau ?



Signal l{ cơ chế cho phép giao tiếp giữa c|c tiến trình

  

Signal l{ cơ chế không đồng bộ Khi tiến trình nhận được signal, tiến trình phải xử lý signal ngay lập tức Linux hỗ trợ 32 SIGNAL


177

Danh sách signal thường dùng Kiểu SIGNAL

Lý do gửi SIGNAL

SIGHUP

Báo cho chương trình khi thoát khỏi terminal

SIGINT

Khi người dùng nhấn Ctrl + C để tắt chương trình

SIGILL

Khi chương trình chạy lệnh không hợp lệ

SIGABRT

Khi chương trình nhận được lệnh abort

SIGKILL

Khi chương trình nhận được lệnh kill (đóng chương trình)

SIGUSR1

Tùy biến theo ứng dụng

SIGUSR2

Tùy biến theo chương trình


178

89

Gửi SIGNAL tới process 

Cách 1: sử dụng shell command kill [-SIGNAL_TYPE] PID



Cách 2: sử dụng h{m kill trong chương trình C, cho

phép process n{y gửi signal tới process kh|c kill(PID, SIGNAL_TYPE) 

Vấn đề: Cơ chế xử lý signal gửi đến tiến trình ? (Sử dụng cấu trúc sigaction) Lập trình nhúng ARM-Linux

179

6.3. Giới thiệu về luồng (thread)    

Luồng (thread) cơ chế cho phép chương trình thực hiện nhiều công việc song song Luồng phải nằm trong một tiến trình (process) Có thể liên hệ process l{ con đường (từ A ->B), còn luồng l{ c|c l{n đường kh|c nhau. Một chương trình có thể được lập trình sử dụng kỹ thuật đa luồng (multithread) để cho phép l{m được nhiều công việc đồng thời.


180

90

6.3. Giới thiệu về luồng (thread)   

Một chương trình mặc định chạy một luồng -> luồng chính Luồng chính có thể tạo ra c|c luồng kh|c, c|c luồng sẽ chạy đồng thời -> tăng tốc chương trình C|c luồng chia sẻ không gian nhớ, truy xuất file v{ các tài nguyên khác. Tham số của một luồng: thread ID: số hiệu luồng (kiểu dữ liệu pthread_t)


181

6.4. Lập trình xử lý đa luồng    

Tạo luồng Truyền tham số cho luồng Nhận gi| trị trả về từ luồng Tắt luồng


182

91

Tạo luồng 

Khai b|o thư viện: pthread.h



H{m tạo luồng: pthread_create

 thread:  attr:

thread id

các thuộc tính của luồng, mặc định để NULL

 start_routine:  arg:



hàm thực thi trong luồng

các tham số truyền cho luồng

Biên dịch chương trình: gcc –o multithread multithread.c -pthread Lập trình nhúng ARM-Linux

183

Mã nguồn tạo luồng


184

92

Truyền tham số cho luồng 

Khai báo cấu trúc dữ liệu chứa dữ liệu cần truyền cho luồng. Ví dụ: struct arg { //Ky tu can in char character; //So lan can in int count; };



Truyền dữ liệu cho luồng khi tạo luồng qua tham số arg



Chương trình con thực thi luồng nhận tham số về và xử lý Lập trình nhúng ARM-Linux

185

Mã nguồn truyền tham số cho luồng


186

93

Tắt luồng 

Sử dụng h{m pthread_cancel:



thread: nhận tham số thread id của luồng

muốn tắt


187

Mã nguồn tắt luồng


188

94

Case study 



B{i 1: Lập trình chương trình đa luồng tạo c|c hiệu ứng led + đọc trạng th|i nút bấm để thay đổi hiệu ứng, tăng tốc. B{i 2: Lập trình chương trình đa luồng giao tiếp RS232


189

6.5. Lập trình Socket trên Linux   

Giới thiệu lập trình socket Mô hình lập trình Minh họa


190

95

Giới thiệu lập trình socket   

 

Socket: Kết nối đầu cuối giữa 2 tiến trình/2 m|y qua mạng (mô hình client/server) Tiến trình client kết nối đến tiến trình server yêu cầu trao đổi dữ liệu Client cần biết về địa chỉ v{ sự tồn tại của server, trong khi server không cần biết về client cho đến khi nó được kết nối đến. Mỗi khi thiết lập kết nối, cả 2 bên có thể gửi v{ nhận dữ liệu Liên hệ như kết nối trong một cuộc gọi điện thoại Lập trình nhúng ARM-Linux

191

Giới thiệu lập trình socket  

C|c hệ thống (Windows, Linux, …) đều cung cấp c|c h{m hệ thống lập trình socket Có 2 loại socket sử dụng rộng r~i: • Stream socket • Datagram socket



Stream sockets: Dựa trên giao thức TCP (Tranmission Control Protocol), l{ giao thức hướng luồng (stream oriented).



Datagram sockets: Dựa trên giao thức UDP (User Datagram Protocol), l{ giao thức hướng thông điệp (message oriented) Lập trình nhúng ARM-Linux

192

96

Mô hình lập trình socket 

Mô hình lập trình socket TCP giữa 2 tiến trình client/server


193

Chương trình minh họa 

2 tiến trình (M~ nguồn tham khảo): • server.c • client.c



Biên dịch v{ chạy 2 chương trình n{y (trên cùng một m|y local host, hoặc 2 m|y riêng biệt kết nối mạng)


194

97

Demo 

Lập trình giao tiếp socket giữa KIT micro 2440 v{ PC


195

Thảo luận


196

98

Bài số 7

Lập trình nền tảng QT


197


Sau khi kết thúc b{i học n{y, sinh viên có thể • Nắm được c|c vấn đề cơ bản, đặc trưng của nền tảng Qt • C{i đặt Qt Creator (Qt SDK) trên m|y ph|t triển (Ubuntu)

• L{m quen với lập trình ứng dụng giao diện đồ họa sử dụng nền tảng Qt • C{i đặt Qt Everywhere để ph|t triển ứng dụng cho nền tảng Arm Embedded Linux


198

99

Nội dung bài học 7.1. Giới thiệu QT 7.2. C{i đặt môi trường ph|t triển Qt 7.3. L{m quen với lập trình QT 7.4. C{i đặt Qt Everywhere (Qt Embedded)


199

7.1. Giới thiệu Qt   

Qt Development Frameworks được s|ng lập năm 1994 bởi TrollTech 2008: TrollTech s|p nhập v{o Nokia Qt l{ một Framework ph|t triển ứng dụng đa nền tảng (desktop, mobile, embedded).



Hỗ trợ c|c nền tảng: Windows, Linux, Embedded Linux, Win CE, Symbian, Maemo…


200

100

Giới thiệu QT 



Qt cho phép viết ứng dụng một lần v{ biên dịch chéo trên nhiều nền tảng hệ điều h{nh khác nhau mà không

phải viết lại m~. Tuy nhiên, m~ nguồn cần được biên dịch trên nền tảng m{ muốn ứng dụng được thực thi. Lập trình Qt theo chuẩn C++.


201

Giới thiệu QT 

Qt Framework bao gồm:



• a cross-platform class library (Thư viện c|c lớp hướng đối tượng) • integrated development tools (C|c công cụ ph|t triển tích hợp) • a cross-platform IDE. (Môi trường ph|t triển ứng dụng) Tham khảo: qt.nokia.com; qtcentre.org


202

101

QT được sử dụng rộng rãi


203

Kiến trúc Qt


204

102

7.2. Cài đặt Qt SDK 

C{i đặt Qt SDK trên m|y ph|t triển ( Linux, Windows, MacOS)



File c{i đặt

qt-sdk-linux-x86-opensource-2010.05.1.bin (http://qt.nokia.com/downloads) 

Thực thi file c{i đặt:

$ ./qt-sdk-linux-x86-opensource-2010.05.1.bin 

Đợi qu| trình c{i đặt diễn ra th{nh công, mặc định thư mục c{i đặt chứa tại $HOME/qtsdk-2010.01/qt/bin Lập trình nhúng ARM-Linux

205

Cài đặt Qt SDK 

Sau khi c{i đặt xong Qt SDK, công cụ Qt Creator cho phép ph|t triển ứng dụng với lựa chọn mặc định biên dịch trên m|y tính Linux. Để biên dịch chéo ứng dụng thực thi trên KIT FriendlyArm (Embedded Linux) cần c{i đặt Qt Everywhere


206

103

7.3. Làm quen với lập trình QT   

Sử dụng môi trường ph|t triển Qt Creator (IDE) Chương trình HelloQt Cơ chế Signals/Slot


207

Môi trường phát triển Qt Creator IDE


208

104

Các thành phần Qt Creator


209

Các điều khiển (widgets) cơ bản 



QLabel QPushButton QLineEdit QTextEdit QSpinBox QComboBox Qslider



V.v…

    


210

105

Chương trình HelloQt   

Tạo project HelloQt Trong file main.c bổ sung đoạn m~: Biên dịch, chạy chương trình:

#include #include int main(int argc, char *argv[]) { QApplication app(argc, argv); QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!"); label->show(); return app.exec(); }


211

Chương trình HelloQt  

Giải thích ? Sửa đoạn m~ với HTML style

#include #include int main(int argc, char *argv[]) { QApplication app(argc, argv); //QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!"); QLabel *label = new QLabel("
Hello " "Qt!
"); label->show(); return app.exec(); }


212

106

Cơ chế signals - slot    

Cơ chế event – handler Xử lý c|c sự kiện (sự kiện tương t|c người dùng, sự kiện của hệ thống) Cho phép tạo c|c kết nối (connections) giữa sự kiện (signals) với h{m xử lý (slot) Có 2 c|ch tạo: • Tạo tự động (wizard) • Tạo bằng tay (manual, hand-code)


213

Minh họa cơ chế signals/slot 

Tạo bằng code (dùng phương thức Qobject::connect)


214

107

Minh họa cơ chế Signals/Slot 

Tạo bằng code

connect(sender, SIGNAL(signal), receiver, SLOT(slot)); 

Trong đó: sender, receiver l{ con trỏ Qobjects, signal v{ slot l{ c|c tên h{m không có tham số. • Các macro SIGNAL() và SLOT() biến đổi tham số thành string.

VD: đồng bộ giữa 2 điều khiển slider v{ spinBox


215

Minh họa cơ chế Signals/Slot 



Tạo tự động (wizard): chuột phải v{o đối tượng muốn xử lý sự kiện, chọn Go to slot, tìm slot l{ h{m xử lý sự kiện tương ứng muốn dùng. Ví dụ xử lý sự kiện nút bấm (QPushButton)


216

108

Qt Documentations 

Documentation in Qt Assistant (or QtCreator)



Qt’s examples



Qt developer network: • http://developer.qt.nokia.com/ Qt Center Forum: • http://www.qtcentre.org




217

Lập trình hướng đối tượng C++ 

Đối tượng (Objects) v{ Lớp (Class): • Khai b|o lớp, đối tượng, kế thừa, gọi c|c phương thức, … • Sử dụng đối tượng kiểu stack/heap.

 

Tính đa hình (Polymorphism): virtual methods Tính cộng t|c (Colloborations)


218

109

7.4. Cài đặt Qt Everywhere Bước 1: Cài đặt QT Embedded (QT Everywhere) (Xem hướng dẫn chi tiết kèm theo)  Bước 2: Copy các file thư viện cần thiết xuống KIT 

• 3 thư viện quan trọng (VD: copy xuống thư mục /opt/qte/lib)  libQtCore.so.4  libQtGui.so.4  libQtNetwork.so.4

• Copy các fonts vào thư mục /opt/qte/lib/fonts  Bước 3: Chỉnh file cấu hình /etc/init.d/rcS, tắt Qtopia để tránh tranh chấp Lập trình nhúng ARM-Linux

219

Cấu hình trình dịch Qmake cho Kit 

Bước 4: Tạo cấu hình biên dịch cho Mini2440, trỏ tới Qmake đ~ biên dịch được ở trên


220

110

Cấu hình trình dịch Qmake cho Kit 

Bước 5: Dịch chương trình QT cho KIT • Chọn đúng bộ biên dịch Qmake cho QT Embedded


221

Thảo luận


222

111

Bài số 8

Lập trình Qt nâng cao


223


Sau khi kết thúc b{i học n{y, học viên có thể • X}y dựng ứng dụng giao diện, sử dụng c|c điều khiển (widgets) • Sử dụng kỹ thuật quản lý layout để sắp xếp c|c điều khiển trên form • Cơ chế xử lý sự kiện (signal/slot) • Lập trình mạng với Qt


224

112

Nội dung bài học 8.1. Quản lý layout trong ứng dụng Qt 8.2. Thư viện lập trình mạng trên Qt 8.3. Lập trình ứng dụng ChatRoom 8.4. Lập trình ứng dụng gửi/nhận ảnh qua socket


225

8.1. Quản lý layout trong ứng dụng Qt 



Kỹ thuật layout : Cho phép sắp xếp c|c điều khiển (widgets) trên một form. Kích thước v{ vị trí sẽ thay đổi linh hoạt khi form thay đổi kích thước. Có c|c kiểu lay out: • • • •

Horizontal lay out Vertical lay out Grid lay out Form lay out


226

113

Chương trình TextFin TextFinder der 

X}y dựng ứng dụng TextFinder


227

8.2. Thư viện lập trình mạng trên Qt 

QtNetwork • QTcpSocket • QUdpSocket • QTcpServer • QFtp: l{m l{m việc việc với giao thức thức truyền truyền file FTP FTP • QHttp QHttp:: l{m l{m việc việc với với giao thức Http (Xem Qt documentation)


228

114

8.3. Chương trình ChatRoom


229

8.4. Chương trình gửi/nhận ảnh  

Lập trình socket client/server Sử dụng lớp QImage


230

115

Thảo luận


231

Phụ lục A – Các lệnh Linux Lệnh hiển thị thông tin c|c file trong thư mục ls –al //hiển thị danh s|ch với đầy đủ thông tin  Lệnh thay đổi quyền cho một file hay thư mục 

chmod

vd: chmod +x Filename //Cấp thêm quyền thực thi  

Lệnh để xem danh s|ch c|c file thiết bị ls –al /dev Lệnh để xem tất cả c|c tiến trình đang chạy ps Lập trình nhúng ARM-Linux

232

116

ARM Linux Course(1)

Recommend Documents

Hello " "Qt!