移植嵌入式Linux到ARM处理器S3C2410:应用实例

风中残月

应用实例的编写实际上已经不属于Linux操作系统移植的范畴，但是为了保证本系列文章的完整性，这里提供一系列针对嵌入式Linux开发应用程序的实例。
　　编写Linux应用程序要用到如下工具：
　　（1）编译器：GCC
　　GCC是Linux平台下最重要的开发工具，它是GNU的C和C++编译器，其基本用法为：gcc [options] [filenames]。
　　我们应该使用arm-linux-gcc。
　　（2）调试器：GDB
　　gdb是一个用来调试C和C++程序的强力调试器，我们能通过它进行一系列调试工作，包括设置断点、观查变量、单步等。
　　我们应该使用arm-linux-gdb。
　　（3）Make
　　GNU
Make的主要工作是读进一个文本文件，称为makefile。这个文件记录了哪些文件由哪些文件产生，用什么命令来产生。Make依靠此
makefile中的信息检查磁盘上的文件，如果目的文件的创建或修改时间比它的一个依靠文件旧的话，make就执行相应的命令，以便更新目的文件。
　　Makefile中的编译规则要相应地使用arm-linux-版本。
　　（4）代码编辑
　　可以使用传统的vi编辑器，但最好采用emacs软件，它具备语法高亮、版本控制等附带功能。
　　在宿主机上用上述工具完成应用程序的开发后，可以通过如下途径将程序下载到目标板上运行：
　　（1）通过串口通信协议rz将程序下载到目标板的文件系统中（感谢Linux提供了rz这样的一个命令）；
　　（2）通过ftp通信协议从宿主机上的ftp目录里将程序下载到目标板的文件系统中；
　　（3）将程序拷入U盘，在目标机上mount　U盘，运行U盘中的程序；
　　（4）如果目标机Linux使用NFS文件系统，则可以直接将程序拷入到宿主机相应的目录内，在目标机Linux中可以直接使用。
　　1. 文件编程
　　Linux的文件操作API涉及到创建、打开、读写和关闭文件。
　　[color="#993300"]创建
int creat(const char *filename, mode_t mode);
　　参数mode指定新建文件的存取权限，它同umask一起决定文件的最终权限（mode&umask），其中umask代表了文件在创建时需要去掉的一些存取权限。umask可通过系统调用umask()来改变：
int umask(int newmask);
　　该调用将umask设置为newmask，然后返回旧的umask，它只影响读、写和执行权限。
　　[color="#993300"]打开
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
　　[color="#993300"]读写
　　在文件打开以后，我们才可对文件进行读写了，Linux中提供文件读写的系统调用是read、write函数：
int read(int fd, const void *buf, size_t length);
int write(int fd, const void *buf, size_t length);
　　其中参数buf为指向缓冲区的指针，length为缓冲区的大小（以字节为单位）。函数read()实现从文件描述符fd所指定的文件中读取
length个字节到buf所指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。函数write实现将把length个字节从buf指向的缓冲区中写到文件描述
符fd所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。
　　以O_CREAT为标志的open实际上实现了文件创建的功能，因此，下面的函数等同creat()函数：
int open(pathname, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, mode);
　　[color="#993300"]定位
　　对于随机文件，我们可以随机的指定位置读写，使用如下函数进行定位：
int lseek(int fd, offset_t offset, int whence);
　　lseek()将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。参数whence可使用下述值：
　　SEEK_SET：相对文件开头
　　SEEK_CUR：相对文件读写指针的当前位置
　　SEEK_END：相对文件末尾
　　offset可取负值，例如下述调用可将文件指针相对当前位置向前移动5个字节：
lseek(fd, -5, SEEK_CUR);
　　由于lseek函数的返回值为文件指针相对于文件头的位置，因此下列调用的返回值就是文件的长度：
lseek(fd, 0, SEEK_END);
　　[color="#993300"]关闭
　　只要调用close就可以了，其中fd是我们要关闭的文件描述符：
int close(int fd);
　　下面我们来编写一个应用程序，在当前目录下创建用户可读写文件"example.txt"，在其中写入"Hello World"，关闭文件，再次打开它，读取其中的内容并输出在屏幕上：
#include
#include
#include
#include
#define LENGTH 100
main()
{
　int fd, len;
　char str[LENGTH];
　fd = open("hello.txt", O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); /* 创建并打开文件 */
　if (fd)
　{
　　write(fd, "Hello, Software Weekly", strlen("Hello, software weekly"));
　　/* 写入Hello, software weekly字符串 */
　　close(fd);
　}
　fd = open("hello.txt", O_RDWR);
　len = read(fd, str, LENGTH); /* 读取文件内容 */
　str[len] = '\0';
　printf("%s\n", str);
　close(fd);
}
2. 进程控制/通信编程
　　进程控制中主要涉及到进程的创建、睡眠和退出等，在Linux中主要提供了fork、exec、clone的进程创建方法，sleep的进程睡眠和exit的进程退出调用，另外Linux还提供了父进程等待子进程结束的系统调用wait。
　　[color="#993300"]fork
　　对于没有接触过Unix/Linux操作系统的人来说，fork是最难理解的概念之一，因为它执行一次却返回两个值，以前"闻所未闻"。先看下面的程序：
int main()
{
　int i;
　if (fork() == 0)
　{
　　for (i = 1; i ");
　　fgets(command, MAX_CMD_LEN, stdin);
　　command[strlen(command) - 1] = 0;
　　if (fork() == 0)
　　{
　　　/* 子进程执行此命令 */
　　　execlp(command, command);
　　　/* 如果exec函数返回，表明没有正常执行命令，打印错误信息*/
　　　perror(command);
　　　exit(errorno);
　　}
　　else
　　{
　　　/* 父进程，等待子进程结束，并打印子进程的返回值 */
　　　wait(&rtn);
　　　printf(" child process return %d\n", rtn);
　　}
　}
}
　　这个函数实现了一个shell的功能，它读取用户输入的进程名和参数，并启动对应的进程。
　　[color="#993300"]clone
　　clone是Linux2.0以后才具备的新功能，它较fork更强（可认为fork是clone要实现的一部分），可以使得创建的子进程共享父进程的资源，并且要使用此函数必须在编译内核时设置clone_actually_works_ok选项。
　　clone函数的原型为：
int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);
　　此函数返回创建进程的PID，函数中的flags标志用于设置创建子进程时的相关选项。
　　来看下面的例子：
int variable, fd;
int do_something() {
　variable = 42;
　close(fd);
　_exit(0);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
　void **child_stack;
　char tempch;
　variable = 9;
　fd = open("test.file", O_RDONLY);
　child_stack = (void **) malloc(16384);
　printf("The variable was %d\n", variable);
　clone(do_something, child_stack, CLONE_VM|CLONE_FILES, NULL);
　sleep(1); /* 延时以便子进程完成关闭文件操作、修改变量　*/
　printf("The variable is now %d\n", variable);
　if (read(fd, &tempch, 1)
#include
#include
#include
void main()
{
　key_t unique_key; /* 定义一个IPC关键字*/
　int id;
　struct sembuf lock_it;
　union semun options;
　int i;
　unique_key = ftok(".", 'a'); /* 生成关键字，字符'a'是一个随机种子*/
　/* 创建一个新的信号量集合*/
　id = semget(unique_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
　printf("semaphore id=%d\n", id);
　options.val = 1; /*设置变量值*/
　semctl(id, 0, SETVAL, options); /*设置索引0的信号量*/
　/*打印出信号量的值*/
　i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);
　printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);
　/*下面重新设置信号量*/
　lock_it.sem_num = 0; /*设置哪个信号量*/
　lock_it.sem_op = - 1; /*定义操作*/
　lock_it.sem_flg = IPC_NOWAIT; /*操作方式*/
　if (semop(id, &lock_it, 1) == - 1)
　{
　　printf("can not lock semaphore.\n");
　　exit(1);
　}
　i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);
　printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);
　/*清除信号量*/
　semctl(id, 0, IPC_RMID, 0);
}
3. 线程控制/通信编程
　　Linux本身只有进程的概念，而其所谓的"线程"本质上在内核里仍然是进程。大家知道，进程是资源分配的单位，同一进程中的多个线程共享该进
程的资源（如作为共享内存的全局变量）。Linux中所谓的"线程"只是在被创建的时候"克隆"(clone)了父进程的资源，因此，clone出来的进
程表现为"线程"。Linux中最流行的线程机制为 LinuxThreads，它实现了一种Posix 1003.1c "pthread"标准接口。
　　线程之间的通信涉及同步和互斥，互斥体的用法为：
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //按缺省的属性初始化互斥体变量mutex
pthread_mutex_lock(&mutex); // 给互斥体变量加锁
… //临界资源
phtread_mutex_unlock(&mutex); // 给互斥体变量解锁
　　同步就是线程等待某个事件的发生。只有当等待的事件发生线程才继续执行，否则线程挂起并放弃处理器。当多个线程协作时，相互作用的任务必须在一
定的条件下同步。Linux下的C语言编程有多种线程同步机制，最典型的是条件变量(condition
variable)。而在头文件semaphore.h
中定义的信号量则完成了互斥体和条件变量的封装，按照多线程程序设计中访问控制机制，控制对资源的同步访问，提供程序设计人员更方便的调用接口。下面的生
产者/消费者问题说明了Linux线程的控制和通信：
#include
#include
#define BUFFER_SIZE 16
struct prodcons
{
　int buffer[BUFFER_SIZE];
　pthread_mutex_t lock;
　int readpos, writepos;
　pthread_cond_t notempty;
　pthread_cond_t notfull;
};
/* 初始化缓冲区结构 */
void init(struct prodcons *b)
{
　pthread_mutex_init(&b->lock, NULL);
　pthread_cond_init(&b->notempty, NULL);
　pthread_cond_init(&b->notfull, NULL);
　b->readpos = 0;
　b->writepos = 0;
}
/* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/
void put(struct prodcons *b, int data)
{
　pthread_mutex_lock(&b->lock);
　/* 等待缓冲区未满*/
　if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos)
　{
　　pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);
　}
　/* 写数据,并移动指针 */
　b->buffer[b->writepos] = data;
　b->writepos++;
　if (b->writepos > = BUFFER_SIZE)
　　b->writepos = 0;
　/* 设置缓冲区非空的条件变量*/
　pthread_cond_signal(&b->notempty);
　pthread_mutex_unlock(&b->lock);
}
/* 从缓冲区中取出整数*/
int get(struct prodcons *b)
{
　int data;
　pthread_mutex_lock(&b->lock);
　/* 等待缓冲区非空*/
　if (b->writepos == b->readpos)
　{
　　pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);
　}
　/* 读数据,移动读指针*/
　data = b->buffer[b->readpos];
　b->readpos++;
　if (b->readpos > = BUFFER_SIZE)
　　b->readpos = 0;
　/* 设置缓冲区未满的条件变量*/
　pthread_cond_signal(&b->notfull);
　pthread_mutex_unlock(&b->lock);
　return data;
}
/* 测试:生产者线程将1 到10000 的整数送入缓冲区,消费者线
程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/
#define OVER ( - 1)
struct prodcons buffer;
void *producer(void *data)
{
　int n;
　for (n = 0; n \n", n);
　　put(&buffer, n);
　} put(&buffer, OVER);
　return NULL;
}
void *consumer(void *data)
{
　int d;
　while (1)
　{
　　d = get(&buffer);
　　if (d == OVER)
　　　break;
　　printf("--->%d \n", d);
　}
　return NULL;
}
int main(void)
{
　pthread_t th_a, th_b;
　void *retval;
　init(&buffer);
　/* 创建生产者和消费者线程*/
　pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
　pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
　/* 等待两个线程结束*/
　pthread_join(th_a, &retval);
　pthread_join(th_b, &retval);
　return 0;
}
　　4.小结
　　本章主要给出了Linux平台下文件、进程控制与通信、线程控制与通信的编程实例。至此，一个完整的，涉及硬件原理、Bootloader、操作系统及文件系统移植、驱动程序开发及应用程序编写的嵌入式Linux系列讲解就全部结束了。
               
               
               

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