嵌入式开发技术课程设计报告毕业设计

通信与信息工程学院

嵌入式开发技术

课程设计报告

通信与信息工程学院

二〇##年

目  录

嵌入式课程设计... 1

1 设计要求... 1

1.1 基本题型... 1

1.2 综合题型... 2

2 开发环境、开发工具... 2

3设计过程及结果... 5

3.1 实现交叉编译环境... 5

3.2第几小组成员步骤... 5

3.3实现Linux系统下的简易聊天室... 7

4 设计总结... 20

参考文献... 22


                         嵌入式课程设计

1 设计要求

1.1 基本题型

(1)嵌入式开发环境配置

①采用vmware+linux配置开发主机系统,要求构建linux系统,配置nfs,samba;

②掌握minicom、samba及NFS使用,能利用其实现windows、linux开发主机与嵌入式实验系统间的通信;

③利用NFS服务实现主机与实验系统间文件共享;

④利用提供的工具构建交叉编译环境;

要求:在下图时间上面一行显示小组成员姓名

Armv4l-unknown-linux-gcc 是 否 在/opt/host/armv4l/bin/,如果不是这个路径,请使用 vi 修改/root/.bash_profile 文件中 。ATH变 量 为 PATH=$PATH:$HOME/bin:/opt/host/armv4l/bin/ , 存 盘 后 执 行 : source  /root/.bash_profile

(2)熟悉VI、GCC、GDB及MAKE文件使用;

(3)在开发系统中编写一个程序,实现打印“通信工程13级第3小组嵌入式开发技术课程设计基础内容”功能,编写makefile文件,并通过NFS下载到实验箱中,验证交叉编译环境配置。

1.2 综合题型

基于socket编程的简单聊天室程序设计:

(1)掌握linux下socket编程方法;

(2)基于C语言设计一个简单的聊天室程序,PC运行客户端程序,嵌入式系统运行服务器端程序,服务器随时侦听客户端请求并将其接入,要求至少实现2个客户端接入服务器并进行通信的功能;

(3)编写Makefile文件;

(4)利用NFS将程序下载到实验箱中,编译执行。

(5)课程设计报告中应包含服务器端socket创建、绑定、监听、允许接入及接收数据等关键代码及其说明,客户端请求及数据发送等关键代码及说明;

2 开发环境、开发工具

(1)安装VWware软件

  ①开始安装加载文件.双击该文件的图标,进入加载安装文件的界面。

  ②设置安装类型。安装文件加载完毕后进入开始安装界面。单击next按钮后,进入安装类型选择界面,选择tyical选项。

  ③执行软件包的安装选项,依据所做的选择,把对应的软件组件安装到系统中,输入正确的序列号。

  (2)配置VMware

     ①打开桌面上VMware图形,双击打开

     ②再打开原来的文件夹,把汉化包打开

     ③执行软件的安装选项,依据所做的选择,确认安装。确认完后,即配置完成。

     ④点击打开虚拟机,选择标准,下一步,执行软件的安装选项。接下是密钥,填写老师所给的密码。安装完成。

(3)安装驱动

    点击安装包,根据软件的安装选项,点击next按钮,即可安装完成。

注:在电脑上安装好虚拟机之后配置相关参数

 ①配置NFS:点击菜单运行系统设置->点击服务器设置->NFS服务器,点击增加,在目录中选择共享目录的路径,在主机(host)中填入主机IP地址(192.168.1.12),并选择客户对共享目录的操作位读写(Read/write);在常规选项中选择允许来自高于1024的端口的连接,点击确定后即可配置好NFS。配置完成后,可以简单测试一下NFS是否配置好了: 在虚拟机上自己 mount 自己,看是否成功就可以判断NFS是否配好了。

mount 192.168.1.12:/arm2410cl /host

之后ls命令查看arm2410cl之下的文件目录,如果文件目录在,那么说明NFS配置成功。

②端口配置

  用串口线连接好笔记本电脑和 2410 经典版平台。

计算机,属性,设备管理器,端口

高级设置下端口号COM1

进入虚拟机设置,串行端口

 

3设计过程及结果

3.1 实现交叉编译环境

结果:

3.2第几小组成员步骤

(1)创建工作目录

【root@vm-dev~】# mkdir winter

【root@vm-dev winter】# cd winter

(2)编写winter.c文件                                

  【root@vm-dev~】# vi winter.c

(3)编写Makefile文件

 CC =armv4l-unknown-linux-gcc

EXEC=client server

OBJS=client.o server.o

CFLAGS+=

LDFLAGS+=-static

all:$(EXEC)

$(EXEC):$(OBJS)

$(CC) $(LDFLAGS) –o $@ $(OBJS)

clean:

-rm –f  *.elf  *.gdb *.o

其中,

CC 指明编译器

EXEC 表示编译后生成的执行文件名称

OBJS 目标文件列表

CFLAGS 编译参数

LDFLAGS 连接参数

all: 编译主入口

clean: 清除编译结果

(4)运行make编译程序

【root@vm-dev~】# make clean

【root@vm-dev winter】# make

(5)源程序

  #include<stdio.h>

  int main(void)

{

   printf(“ 通信工程13级第三小组嵌入式开发技术课程设计基础内容“);

}

6)结果

由于电脑与开发板不匹配,结果没有办法出来

3.3实现Linux系统下的简易聊天室

(1)程序流程图

 

(2)程序工作过程

服务端处于监听状态,客户端发送请求,连接成功并通信。首先服务端调用socket()函数创建一个套接字,然后把协议,端口号,ip信息通过bind()进行绑定。以上操作完后服务端就开始监听客户端的请求,并设置监听的最大数目。当客户端发送链接请求时,服务端就调用accept()函数接受客户端的请求。然后对于客户端来说,也是要先调用socket()函数创建客户端的套接字,这里是用的TCP协议,所以可以不用bind()函数。接着调用connect()函数与服务端建立连接。当服务端和客户端建立连接时,可以通过彼此之间的套接字描述符来进行数据传输。其中一方通过send函数把数据写入数据缓冲区,另一方通过recv()函数从缓冲区内读出数据,这样就完成了服务端与客户端之间的数据传输。当双方数据传输完成后,函数close()关闭各自的 套接字,使客户端和服务端通信中断。

(3)socket编程方案

①设计一个简单的聊天室程序,PC运行客户端程序,嵌入式系统运行服务器端程序,服务器随时侦听客户端请求并将其接入,要求至少实现2个客户端接入服务器并进行通信的功能;

②Makefile文件

③NFS将程序下载到实验箱中,编译执行。

注:程序里的函数解释

(1)Socket()

  作用:socket函数为客户机或服务器创建一个sokcet

格式:

int socket(int family,int type,int protocol);

参数说明:

    Family:表示地址族,可以去AF_UNLX和AF_INT。

其中,AF_UNLX只能够用于单一的UNIX系统进程间通信;AF_INT是针对Internet的,因而可以允许在远程主机之间通信,实验中使用AF_INT。

    Type:网络程序所采用的通信协议,可以取SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。其中,SOCK_STREAM表明使用的是TCP协议,这样提供按顺序的、可靠的、双向、面向连接的比特流;SOCKE_DGRAM表明使用的是UDP协议,这样只会提供定长、不可靠、无连接的通信。

(2)bind( )

格式:

  int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen);

  参数说明:

  Sockfd:socket的文件描述符号。

  Sockaddr:表示名字所用的一个数据结构,用来保存地址(包括IP地址和端口)

  Addrlen:设置结构大小长度。

(3)listen()

格式:

  int listen(int sockfd, int backlog);

  作用:监听连接信号,和accepted函数合同。

  参数说明:

  Sockfd:表示socket调用返回的文件描述符。

  Backlog:表示接入队列允许的连接数目,大多数系统允许20个,也可以子定义5~10个。

(4)accept()

   格式:

   Int accept (int sockfd, void *addr, int *addrlen);

   作用:与listen函数合用,监听信息、接收客户端请求。

   参数说明:

   Sockfd:表示socket的文件描述符。

   Addr:表示指向局部的数据结构struct sockaddr-in的指针。

   Addrlen:表示地址的长度。

(5)connect()

格式:

 int connect( int sockfd , struct sockaddr *serv_addr , int addrlen);

 作用:在面向连接的系统中客户及连接服务器时使用,connect必须在bind后使用。

 参数作用:

 Sockfd:表示socket的文件描述符。

 Serv-addr:表示村访目的端口和ip地址(套接字)的数据结构。

(6)send() 和 recv()

   格式1:

   Int send (int sockfd, const vod *msg,int len, int flags);

   功能:发送信息。

   格式2:

   Int recv (int sockfd , void *buf,int len, usigned int flags);

   作用:用于流式socket、数据报socket内部之间的通信。

(7)close( ) 和 shutdown ( )

格式:

   Close( int sockfd)

   Int shutdown(int sockfd , int f);

   参数说明:

   f的值为下面一种:

   0----不允许继续接收;

   1----不允许继续发送;

   2---不允许继续发送和接收。

(8)有关线程的系统调用函数pthread_create()、pthread_join()

实验过程说明(使用TCP/IP)

(1)监听连接

  利用socket、bind、listen建立连接,步骤是:

1) 先用socket函数初始化socket,创建新的sockfd。

Sockfd = socket(AF_INT,SOCK_STREAM,0)

2)此步骤涉及到IP地址及其处理过程。

参数说明:

 inet_addr 函数 INADDR_ANY

该函数把由小数点分开的十进制IP地址转为unsinged long 类型,而在实验中所使用的为INADDR_ANY,使用利用自已的IP地址自动填充。

a)利用bind函数绑定端口和IP地址。

My_addr.sin_family=AF_INET;          /*将地址族类型设定好 */

My_addr.sin_port=htons(MYPORT;       /* 将端口给其赋值*/

My_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; /*用连接地址自动填充ip*/

Bind(sockfd,(stuct sockaddr*)&my_addr,sizeof(stuct sockaddr));

/*sockfd 是分配的socket名字,my-addr则便是分配好的端口与IP,用bind绑定*/

b)利用listen监听请求

(2)发送请求

1)利用gethostbyname获取主机信息。

2)初始化socket端口。

3)利用connect函数将自己的IP地址等信息发送到主机,等待主机调用accept函数来接受请求。

(3)主机接收请求,进行数据通信

1)主机利用accept接收请求。

2)创建子进程,显示欢迎信息;

3)接收返回信息,显示连接成功,并推出连接;

4)关闭客户端口socket;

5)关闭服务端socket,结束子线程。

(4)实现步骤

①建立工作目录

【root@vm-dev~】# mkdir server

【root@vm-dev server】# cd server

【root@vm-dev server】# vi server.c

【root@vm-dev~】# mkdir client

【root@vm-dev client】# cd client

【root@vm-dev client】# vi client.c

  ②编写程序源代码

        程序附后

  ③编译实现过程

ⅰ.在编写完TCP服务端程序server.c后,用 armv4l-unknown-

linux-gcc –lpthread –o server.c server 生成程序server。

ⅱ.在编写完TCP客户端程序client.c后,用armv4l-unknown-linux-gcc –o client.c client 生成程序client

ⅲ.在嵌入式系统上运行server。

在主机上打开一个窗口,运行client,输入服务器的IP地址,并检查器结果的正确性。

ⅳ.输入:

# ./server

# ./client 192.168.1.12     (192.168.1.12为本机的ip地址)   

ⅴ.输出:

#server:got  connection from 192.168.1.12

      ⅵ.客户端发送信息服务器端接收信息。

客户端通过键盘输入消息内容平回车,以发送消息给服务器端;

ⅶ.结果:

服务端:

客户端:

注 :源程序

客户端代码

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h> //数据类型定义

#include <netinet/in.h> //定义数据结构

#include <sys/socket.h>

#include <sys/wait.h>

#include<unistd.h>

#include <arpa/inet.h> //AF_INET相关操作函数

#define SERVER_PORT 8887 /* 客户机连接远程主机的端口 */

#define MAXDATASIZE 100 /* 每次可以接收的最大字节 */

#define SERVER_IP "192.168.1.13" /* 服务器的IP地址 */

//#define WELCOME“******WELCOME TO THE CHATROOM*****”

int main()

{

    int sockfd, numbytes;

    char buf[MAXDATASIZE];

    struct sockaddr_in server_addr;

    printf("\n======================client initialization======================\n");

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)

    {

        perror("socket");

        exit(1);

}

//结构体的定义与初始化

    server_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4的协议

    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //端口号,htons()把16位值从主机字节序转换成网络字节序

    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);ip地址

    bzero(&(server_addr.sin_zero),sizeof(server_addr.sin_zero));

//将第一个参数所指的内存区域前sizeof(第二个参数)个字符清零

    if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) //)&server_addr服务器端地址

    {

        perror("connect");

        exit(1);

    }

    //循环输入文字

    while(1)

    {        

        bzero(buf,MAXDATASIZE);

        printf("\nBegin receive...\n");

        if ((numbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)

// buf 接收数据缓冲区 ,numbytes接收的字节数     

        {

            perror("recv");

            exit(1);

        }

        else if (numbytes > 0)       

        {

            int len, bytes_sent;

            buf[numbytes] = '\0';

            printf("Received: %s\n",buf);

           

            printf("Send:");

             char msg[MAXDATASIZE];

  scanf("%s",msg);

            

            len = strlen(msg);

            //发送至服务器

            if(send(sockfd,msg,len,0) == -1)

// msg要发送的数据指针           

{

                perror("send error");

            }

        }

        else

        {

            //numbytes=0,表示socket已断开

            printf("soket end!\n");

        }

       

    }

    close(sockfd);

    return 0;

}

服务器端代码

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>                         // 包含套接字函数库

#include <stdio.h>

#include <netinet/in.h>                         // 包含AF_INET相关结构

#include <arpa/inet.h>                      // 包含AF_INET相关操作的函数

#include <unistd.h>

#include<string.h>

#include<stdlib.h>

#include<fcntl.h>

#include<sys/shm.h>

#define MYPORT    8887 

#define MYKEY   12345

#define SIZE    10240

int main()

{   

    char buf[100];

    memset(buf,0,100);  

  

    int server_sockfd,client_sockfd;  

    socklen_t server_len,client_len;  //?

    struct sockaddr_in server_sockaddr,client_sockaddr;  

    printf("\n======================server initialization======================\n");

    server_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0); // 定义套接字类型  

    server_sockaddr.sin_family = AF_INET;

    server_sockaddr.sin_port = htons(MYPORT);

    server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    server_len = sizeof(server_sockaddr);

  

    //允许重复使用本地地址和套接字绑定

    int on = 1;

    setsockopt(server_sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));

  

    //绑定端口

    if(bind(server_sockfd,(structsockaddr*)&server_sockaddr,server_len)==-1)

    {

        perror("bind");

        exit(1);

    }  

  

    //监听端口

    if(listen(server_sockfd,5) == -1)

    {

        perror("listen");

        exit(1);  

    }

     

    client_len = sizeof(client_sockaddr);  

    pid_t ppid,pid;

 

    while(1)

    { 

        if((client_sockfd=accept(server_sockfd,(struct sockaddr *)&client_sockaddr,&client_len))==-1)

        {

             perror("accept error");

             exit(1);

        }

        else

        {

            send(client_sockfd,"You have connect Server!",strlen("You have connect Server!"),0);

        }

  

        printf("\n%s:%d Login server!\n\n",inet_ntoa(client_sockaddr.sin_addr), ntohs(client_sockaddr.sin_port));

   //,inet_ntoa将32位二进制形式的IP地址转换为数字点形式的IP地址

        ppid = fork();    //创建子进程

  

        if(ppid == -1)

        {

            printf("fork 1 failed:");

        }

        else if(ppid == 0)    //子进程用于接收客户端信息并发送

        {          

            int recvbytes;

            pid = fork();    //再次创建子进程

           

            if(pid == -1)

            {

                printf("fork 2 failed:");

                exit(1);

            }

            else if(pid == 0) //子进程的子进程用于接收消息

            {             

                while(1)

                {         

                    bzero(buf,100);

                    if((recvbytes = recv(client_sockfd,buf,100,0))==-1)

                    {

                        perror("read client_sockfd failed:");

                    }

                    else if(recvbytes != 0)

                    {                       

                        buf[recvbytes] = '\0';

                        usleep(10000);

                        printf("%s:%d said:%s\n",inet_ntoa(client_sockaddr.sin_addr), ntohs(client_sockaddr.sin_port), buf);

                        //将客户端发送过来的消息发回给客户

                        if(send(client_sockfd,buf,recvbytes,0)==-1){

                            perror("send error");

                            break;

                        }

                    }

                }

            }

            else if(pid>0)  //此时的id为子进程id

            {   

            }   

        }

         else if(ppid>0)

        {            

            //总父进程中关闭client_sockfd(因为有另一个副本在子进程中运行了)返回等待接收消息

            close(client_sockfd);

        }   

    }

    return 0;

}

4 设计总结

在本学期的最后一周,我们被要求完成嵌入式的设计总结,虽然只有不到一周的时间,但是大家都感觉收获颇丰。把课堂上遗忘的、遗落的知识都捡了起来,旧的知识新的知识都掌握了很多,并且切实的体会到软件开发的困难与乐趣,认识到了自己的不足,并且慢慢摸索,不耻下问,在老师和小组成员的共同努力下,结束了这次的实践。

此次课程设计老师要求我们完成两道基础题目,以及一道三选一的综合题目。前面的基础题目大家有在课堂上接触过,并且通过查找资料,大家分工合作一个上午就有了很大的进展,但是在下午的完善工作中还是被卡住了,一个小的程序调试不出来,不能出现要求的结果,最后在其他组一个同学的帮助下完成了基础题目。第二天大家开始做综合题,经过商量选择了《基于socket编程的简单聊天室程序设计》,其实三道题目大家都没有把握能完成,对这道题比较有兴趣就敲定了。开始就是大量的查找资料,因为大家在课堂上学习的知识都太浅,并且大都停留在理论上,没有开发经验,所以大量工作都依靠互联网,不过因为我们组成员的C的能力都挺好,所以能够对代码程序理解并修改以及调试,最终还是尽我们最大努力完成了这次设计。

    下面整理一下这次课程设计中个人的总结。

齐秀:搜集资料,写论文

       这次的实践中,我负责搜集资料以及论文编撰。在刚拿到题目的时候,因为大家都比较束手无策,所以就必须要借用别人的东西,加以修改整理变成自己的东西。我查找了很多论文和书籍,然后根据设计要求将可用的东西整理打包给其他人,包括一些代码和思想,在程序调试成功后进行了总结并参与撰写论文。在这中间,我认识到了我们的不足,需要学习的东西还有很多。

许婷:编写、调试程序

       在这次程序设计过程中,我主要参与了客户端代码的编写和数道是交叉编译环境的问题,还有就是串口速率不一致的问题。总而言之,遇到困难千万不能放弃,要自己搜集资料,询问同学,不断尝试,在一次次失败中汲取教训,从而获得进步。

王青青:编写、调试程序

       这次实验中,我们通过开发板与电脑相连,将程序下载到开发板上,进行调试,在下载过程中碰到了minicom老进不去,进去之后,挂载不上,通过同学交流,设置NFS参数,最后挂载上,在调试socket程序时,程序错误,没有办法执行,一遍一遍的读取程序,最终调试成功。

王莉笑:搜集资料,写报告

       我负责的是书写报告。报告并不是最后才写的,而是在设计的过程中一点点添加完善,在实践开始先写了大体框架以及设计要求,在大家实践的过程中对流程以及出现的问题、解决方法等进行记录,绘制一些必要的图表并且对结果整理,这些作为核心写进报告里,最后进行总结,并对全文排版。我在这个过程中没有深入了解代码,这是一个遗憾。

张乐:编写、调试程序

      在本次嵌入式实验中,我主要完成的任务是编写程序,调试程序。在实验过程碰到了很多问题,比如:minicom连接不上,通过计算机,属性,端口,进行端口与速率设置,将其设置成com1,115200.在虚拟机中也要进行设置,通过 ctrl+A,Z 进入参数配置页面,将tty01改成tty00,将速率改成115200,进行保存。之后进入minicom 然后进行挂载,调试。由于笔记本的原因,好几次键盘失控,这在实验中算是碰到的最大问题,好几次实验停滞不前,老师也没有办法,只能不停的重启。最后重装一次,才正常工作。最后完成实验。

参考文献

1.孙弋.ARM+Linux嵌入式系统开发基础[M].西安:西安电子科技出版社,2008;

2.周留军,武金磊.基于socket的简单聊天室的设计与实现[J].电脑知识与技术,2008, 3(21);

3.王海勇.基于嵌入式linux串口专用交换机的设计[D]:[硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2011.

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