ARM Linux Course(1)

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/

Lập trình nhúng ARM-Linux

Mục tiêu khóa học

Sau khi kết thúc khóa học n{y, học viên có thể • Nắm được kiến trúc một hệ thống nhúng nền tảng ARM + hệ

điều h{nh nhúng Linux.

• Tùy biến, biên dịch, c{i đặt hệ điều h{nh nhúng Linux trên KIT FriendlyArm 2440.

• Lập trình giao tiếp v{o ra GPIO cơ bản trên hệ nhúng Arm-Linux (giao tiếp gpio)

• Lập trình giao tiếp c|c chuẩn v{o ra RS232, USB, ADC

• Sử dụng driver, v{ cơ chế viết driver trên hệ nhúng Linux.

• Nắm được c|c kỹ thuật lập trình giao tiếp giữa c|c tiến trình trên linux, kỹ thuật lập trình đa luồng, lập trình socket

• Lập trình giao diện đồ họa Qt trên Linux

• B{i tập, Case Study.

2

mailto:[email protected]

https://sites.google.com/site/embedded247/


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 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 ứng dụng Qt giao tiếp rs232

• Lập trình usb device driver (giao tiếp usb giữa KIT micro2440 và Keil Arm7 Board)

• Lập trình mạng Qt

4

3


Tài liệu tham khảo

Tài liệu tham khảo chính:

• Micro2440 User Manual

• S3C2440 MicroController User’s Manual

• Beginning Linux Programming

• Advanced Linux Programming

• Linux Device Driver

• C++ GUI programming with QT

• Website: https://sites.google.com/site/embedded247/

5


Bài số 1

Giới thiệu

Lập trình nhúng Arm Linux

6



4


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

5


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.

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, …

10

6



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, …

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

7


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);

13

1.2. Giới thiệu kiến trúc ARM


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

8


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


Các dòng ARM (tiếp)

Kiến trúc các dòng ARM

16

http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ARM1&action=edit&redlink=1



http://en.wikipedia.org/wiki/ARM7

http://en.wikipedia.org/wiki/StrongARM

http://en.wikipedia.org/wiki/ARM7TDMI


http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ARM7EJ&action=edit&redlink=1

http://en.wikipedia.org/wiki/ARM9E

http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ARM10E&action=edit&redlink=1

http://en.wikipedia.org/wiki/XScale


http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_Cortex-M



http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_Cortex-A






http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_Cortex-R




9


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

Một số công nghệ trong ARM


So sánh các dòng ARM

Phân nhóm theo hiệu năng và tính hữu dụng

18

10


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


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

Kiến trúc vi điều khiển S3C2440

11


Lõi vi xử lý ARM920T

21


Ngoại vi S3C2440

22

12


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

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

13


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

Tập thanh ghi và chế độ hoạt động


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

14


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

15

Lập trình nhúng ARM-Linux 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)

30

16


1.3. Giới thiệu KIT nhúng micro2440

31


Giới thiệu KIT nhúng micro2440

32

17





Thông số kỹ thuật

34

18



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

19


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

38

20


Thảo luận

39


Bài số 2

Biên dịch, cài đặt

Hệ điều hành nhúng Linux

40

21




• 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



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

22


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

23


Sơ đồ phân cấp hệ thống

45


Kiến trúc hệ điều hành Unix

46

24


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)

48

25


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

26


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

27


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

53


Quá trình boot hệ thống Linux trên PC

54

28


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

29


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

58

30


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

<Xem hướng dẫn chi tiết trong tài liệu

hướng dẫn cài đặt và sử dụng KIT

micro2440>

60

31


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)

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

62

32


Biên dịch nhân Linux

Demo

<Xem hướng dẫn chi tiết trong tài liệu

hướng dẫn cài đặt và sử dụng KIT

micro2440>

63


Thảo luận

64

33


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

34



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

35


Mô hình lập trình hệ thống nhúng

• Host: hệ thống chứa môi trường phát triển

•Target: hệ nhúng cần phát triển ứng dụng

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

36


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-gcc-4.4.3 (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

72

37


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

74

38


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)

76

39


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

40


Chương trình Hello World

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

79

#include <stdio.h>

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;

}


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

80

41


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)

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

42


VD 2: Makefile liên kết

Hello.c Display.c

Display.h

include

include

void display(int index, char* str)

void display(int index, char* str)

83


VD2: Makefile liên kết

Hello.c

Compiler

Hello.o

Display.c

Compiler

Display.o

Linker

Hello File thực thi

84

43


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

86

44


Thảo luận

87


Bài số 4

Lập trình vào ra GPIO cơ bản

88

45




• 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



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

46


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

Device files

Device Drivers

Phần cứng

User Space

Kernel Space (Toàn quyền truy xuất trực tiếp tài

nguyên phần cứng của hệ thống)

Các hàm giao tiếp chuẩn: •open

•close

•read

•write

•ioctl

•…

92

47



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

93



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

48


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

95


Kiểm tra danh sách thiết bị

Kiểm tra danh s|ch c|c nhóm thiết bị

• Gõ lệnh cat /proc/devices

96

49


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

50


Mô hình giao tiếp điều khiển led


Device files

Device Drivers

Phần cứng

leds.c

/dev/leds

Mini2440_leds.c

GPIO Port

Hàm giao tiếp:

•open

•close

•ioctl

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

100

51


Mã nguồn minh họa

101


4.3. Lập trình giao tiếp nút bấm

Giao tiếp qua driver đ~ có

102

52


Mô hình giao tiếp điều khiển nút bấm


Device files

Device Drivers

Phần cứng

Buttons.c

/dev/buttons

Mini2440_buttons.c

GPIO Port

Hàm giao tiếp:

•open

•close

•read

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(current_buttons)

• Đọc trạng th|i c|c nút bấm

close(buttons_fd): đóng file

M~ nguồn driver cho nút bấm

linux-2.6.32.2/drivers/char/mini2440_buttons.c

104

53


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

54


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



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

108

55



Ví dụ minh họa

Chi tiết xem b{i viết:

https://sites.google.com/site/embedded247/ddcourse/giao-tiep-gpio-tu-userspace-1

109

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


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

110

Lập trình giao tiếp gpio sysfs















56


Thảo luận

111


Bài số 5

Lập trình vào ra nâng cao

112

57




• 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



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

58


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

59


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

60


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


• 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

61


Chuẩn RS232


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

62


Khai báo thư viện

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h> // UNIX standard function

#include <fcntl.h> // File control definitions

#include <errno.h> // Error number definitions

#include <termios.h> // POSIX terminal control

#include <time.h> // 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

63


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);

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

64


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


Demo

128

65


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

66


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

132

67


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.

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

68


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

69


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

138

70


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.

140

71


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.

141


5.4. Lập trình giao tiếp USB Joystick

142

72


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…

144

73


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)

146

74


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

75


Demo

149


Kết quả demo

C|c sự kiện khi khởi tạo thiết bị

150

76


Kết quả demo

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

151


QT Joystick Demo

152

77


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

78



Khai b|o thư viện

155

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <fcntl.h>

#include <linux/fs.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>



156

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); }

79


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

80


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

159


Mã nguồn kernel Module

160

81


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

82


Ví dụ: Hello Driver

163


Demo

164

83


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

Demo


Thảo luận

166

84


Bài số 6

Các kỹ thuật lập trình nâng cao

167




• Nắm được kh|i niệm tiến trình (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 (thread)

• Lập trình ứng dụng đa luồng (multithread)

• Lập trình socket trên Linux

168

85



6.1. Tiến trình (process)

6.2. Cơ chế liên lạc giữa 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)

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

86


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 (Process ID): số hiệu tiến trình

• PPID (Parent Process ID): số hiệu tiến trình cha

• Có kiểu dữ liệu 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

87


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

88


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

89


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

90


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)

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

91


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.

181

Tham số của một luồng:

thread ID: số hiệu luồng (kiểu dữ liệu pthread_t)


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

92


Tạo luồng

Khai b|o thư viện: pthread.h

H{m tạo luồng: pthread_create

thread: thread id

attr: các thuộc tính của luồng, mặc định để NULL

start_routine: hàm thực thi trong luồng

arg: các tham số truyền cho luồng

Biên dịch chương trình:

gcc –o multithread multithread.c -pthread

183


Mã nguồn tạo luồng

184

93


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

185


Mã nguồn truyền tham số cho luồng

186

94


Tắt luồng

Sử dụng h{m pthread_cancel:

thread: nhận tham số thread id của luồng

muốn tắt

187


Mã nguồn tắt luồng

188

95


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

96



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

191



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)

192

97


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

98


Demo

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

195

Demo


Thảo luận

196

99


Bài số 7

Lập trình nền tảng QT

197




• 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

100



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

101


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

102


QT được sử dụng rộng rãi

203


Kiến trúc Qt

204

103


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 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

http://qt.nokia.com/downloads



104


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

105


Các thành phần Qt Creator

209


Các điều khiển (widgets) cơ bản

QLabel

QPushButton

QLineEdit

QTextEdit

QSpinBox

QComboBox

Qslider

V.v…

210

106



#include <QApplication>

#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[])

{

QApplication app(argc, argv);

QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");

label->show();

return app.exec();

}

Tạo project HelloQt

Trong file main.c bổ sung đoạn m~:

Biên dịch, chạy chương trình:



Giải thích ?

Sửa đoạn m~ với HTML style

#include <QApplication>

#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[])

{

QApplication app(argc, argv);

//QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");

QLabel *label = new QLabel("<h2><i>Hello</i> "

"<font color=red>Qt!</font></h2>");

label->show();

return app.exec();

}

107


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

Cơ chế signals - slot


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

214

Minh họa cơ chế signals/slot

108


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

216

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)

109


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

http://developer.qt.nokia.com/

http://www.qtcentre.org/

110


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

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

111


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

112


Bài số 8

Lập trình Qt nâng cao

223




• 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

113



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

114


Chương trình TextFinder

X}y dựng ứng dụng TextFinder

227


8.2. Thư viện lập trình mạng trên Qt

QtNetwork

• QTcpSocket

• QUdpSocket

• QTcpServer

• QFtp: l{m việc với giao thức truyền file FTP

• QHttp: l{m việc với giao thức Http

(Xem Qt documentation)

228

115


8.3. Chương trình ChatRoom

229


8.4. Chương trình gửi/nhận ảnh

Lập trình socket client/server

Sử dụng lớp QImage

230

116


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

232

117


Phụ lục A – Các lệnh Linux

Lệnh c{i đặt một phần mềm từ kho chứa của Linux

sudo apt-get install Tên_gói_phần_mềm

Xem danh s|ch c|c major id tương ứng với c|c device driver đang active

cat /proc/devices

Tìm kiếm file chứa một dòng text bất kỳ

grep vd: grep –r “Hello” . //Tìm tất cả c|c file v{ hiển thị ra c|c dòng chứa từ khóa

//Hello trong thư mục hiện tại v{ c|c thư mục con

233


Phụ lục B – Website quan trọng

http://www.friendlyarm.net //download

http://www.thaieasyelec.com/FriendlyARM //mua KIT, download t{i liệu

http://dientuvietnam.net //forum chia sẻ

http://eetimes.com //Tin tức công nghệ

http://www.kernel.org //download mã kernel

http://qt.nokia.com //Hỗ trợ QT SDK

qtforum.org

qtcenter.org

234

http://www.friendlyarm.net/

http://www.thaieasyelec.com/FriendlyARM

http://dientuvietnam.net/

http://eetimes.com/

http://www.kernel.org/

http://qt.nokia.com/

ARM Linux Course(1)

Documents

Transcript of ARM Linux Course(1)