基于ARM的多线程应用程序设计
arm汇编语言程序设计步骤
arm汇编语言程序设计步骤ARM汇编语言是一种底层的计算机编程语言,常用于嵌入式系统和低功耗设备。
在进行ARM汇编语言程序设计时,需要按照以下步骤进行。
1. 定义代码段(Code Section)首先,我们需要定义代码段,用于存放我们编写的指令代码。
在ARM汇编语言中,代码段通常以".text"开始,以".section"结束。
2. 定义全局变量段(Data Section)全局变量段用于存放程序中需要初始化的全局变量。
在ARM汇编语言中,全局变量段通常以".data"开始,以".section"结束。
在定义全局变量时,需要使用合适的指令来分配内存空间,并为变量赋初值。
3. 定义堆栈段(Stack Section)堆栈段用于存放程序运行中产生的临时变量和函数调用所需要的数据。
在ARM汇编语言中,堆栈段通常以".bss"开始,以".section"结束。
在定义堆栈时,需要预留足够的内存空间。
4. 编写指令代码在代码段中,我们可以编写各种指令代码来实现具体的功能。
ARM汇编语言提供了丰富的指令集,可以进行算术运算、逻辑运算、数据传输等操作。
需要根据具体需求选择合适的指令。
5. 定义程序入口程序入口是程序开始执行的地方,通常是一个标签(Label),用于表示指令代码的起始位置。
在ARM汇编语言中,可以使用".globl"指令定义程序入口,并使用标签名进行标识。
6. 进行程序调用如果需要调用其他函数或子程序,则需要使用特定的指令来实现跳转。
在ARM汇编语言中,可以使用"b"指令进行无条件跳转,使用"bl"指令进行函数调用,并将返回地址保存在链接寄存器中。
7. 进行程序返回当函数执行完毕后,需要返回到函数调用的位置。
在ARM汇编语言中,可以使用"bx lr"指令实现跳转到链接寄存器中保存的返回地址。
基于ARM芯片的系统软件设计与开发
基于ARM芯片的系统软件设计与开发在现代科技时代,基于ARM芯片的系统软件设计与开发已经成为一种越来越受欢迎的选择。
这是因为ARM芯片具有低功耗、高性能、高安全性、高可扩展性以及多种多样的功能和丰富的生态环境。
本文将着重介绍基于ARM芯片的系统软件设计与开发的流程以及所涉及到的技术和应用。
一、ARM芯片简介首先,我们需要了解ARM芯片的基本特性。
ARM(Advanced RISC Machine)是一种强大的指令集架构(ISA),它采用精简指令集(RISC)的设计理念,使得它的结构更加清晰、简单、高效、灵活,并且能够以很低的功耗来实现优异的性能。
ARM架构有多种版本,其中最为广泛应用的是ARM Cortex A系列,此系列针对高性能计算平台、智能手机、平板电脑、车载系统、智能家居等领域提供了强大的支持。
此外还有ARM Cortex M系列,它针对微控制器和嵌入式系统而设计,具有低功耗、高效率、便携和易于学习和使用等特点。
二、系统软件的设计与开发流程系统软件的设计与开发流程包含了多个步骤,其中包括需求分析、架构设计、代码实现、测试调试、发布和维护。
下面我们将对这些步骤进行详细的介绍。
1、需求分析在系统软件的设计与开发中,需求分析是最基础也最重要的一项任务。
它需要详细分析用户的需求,明确开发的目标和任务,确定所要实现的功能和特性等。
在这个阶段,需要与客户和团队成员进行充分的交流和讨论,收集和整理相关的需求信息,并制定相应的需求文档。
这样可以确保设计和开发的正确性和有效性。
2、架构设计在系统软件的设计过程中,架构设计也是非常重要的。
它需要根据需求分析的结果,确定系统的整体结构和各个模块之间的关系,采用合适的设计模式、算法、数据结构等技术,以实现方案的高效、灵活和可扩展。
在这个阶段需要制定详细的架构设计文档,以确保后续开发和测试的顺利进行。
3、代码实现代码实现是对架构设计的具体实现,它涉及到编程语言、编码规范和具体的代码实现等。
【设计】实验3基于ARM的C语言程序设计
【关键字】设计实验三基于ARM的C语言程序设计一、实验目的了解ARM C语言的基本框架,学会使用ARM的C语言编程。
二、实验设备标准硬件。
三、实验内容用C语言编写一个“用通用串口UART发送一组数据”的应用程序。
四、实验原理(1)汇编程序调用C程序汇编程序的设置要遵循ATPCS规则,保证程序调用时参数正确传递。
在汇编程序中使用IMPORT伪指令声明将要调用的C程序函数。
在调用C程序时,要正确设置入口参数,然后使用BL调用。
(2)C程序调用汇编程序在汇编程序中使用EXPORT伪指令声明本子程序,使其他程序可以调用此子程序。
在C语言中使用extern关键字声明外部函数(声明要调用的汇编子程序)。
在C语言环境下开发应用程序,一般需要一个汇编的启动程序,从汇编的启动程序跳转到C语言下的主程序,然后,执行C程序。
在C环境下读写硬件的寄存器,一般是通过宏调用,在每个项目文件的Startup2410\INC目录下都有2410addr.h头文件,里面定义了所有关于2410的硬件寄存器的宏,通过对宏的读写,就能操作2410的硬件。
具体的编程规则同标准C语言。
下面是一个简单的小例子,在汇编中嵌套一个C程序IMPORT Main;//用IMPORT声明要引入一个C函数MainAREA Init ,CODE, READONLY;ENTRYLDR R0, =0x01d00000LDR R1, =0x245STR R1 , [R0] ;把0x245放到地址0X01D00000BL Main ;跳转到Main()函数END ;标记汇编程序结束以上是一个简单的程序,先寄存器初始化,然后跳转到Main()函数标记的C/C++代码处,执行主要任务,此处的 Main是声明的C语言中的Main()函数。
五、实验步骤1.打开ADS1.2开发环境,打开\基础实验\实验六\C.mcp项目文件,然后进行compile和make生成*.axf文件。
arm汇编语言程序设计
arm汇编语言程序设计ARM汇编语言程序设计一、引言ARM汇编语言是一种低级语言,用于编写底层程序,如操作系统、嵌入式系统等。
它具有高效、灵活、可移植等特点,被广泛应用于各种嵌入式设备中。
本文将介绍ARM汇编语言程序设计的基本概念、语法规则以及常用指令,以帮助读者快速入门和理解该领域的知识。
二、基本概念1. 寄存器:ARM处理器具有16个通用寄存器,分别用R0~R15表示。
这些寄存器用于存储数据、地址和中间结果,并且在程序执行过程中可以被读取和写入。
2. 指令:ARM汇编语言的指令包括数据处理指令、分支指令、加载存储指令等。
这些指令用于执行各种操作,如算术运算、逻辑运算、条件判断等。
3. 标志位:ARM处理器的标志位用于记录执行过程中的状态信息,如进位标志、溢出标志等。
这些标志位对于程序的正确执行非常重要。
三、语法规则1. 指令格式:ARM汇编指令由操作码和操作数组成,其中操作码表示指令的类型,操作数表示指令的操作对象。
指令格式一般为“操作码操作数1, 操作数2, ...”。
2. 注释:注释以分号开头,用于对指令进行解释和说明。
注释对于程序的可读性和维护性非常重要,应当充分利用。
3. 标签:标签用于标识程序中的某个位置或标记某个指令,以便在其他地方进行引用。
标签一般以英文字母开头,后面可以跟随数字或下划线等字符。
4. 伪指令:伪指令是一种特殊指令,用于约定程序的起始地址、存储空间的分配等。
伪指令一般以句点开头,如“.data”表示数据段,“.text”表示代码段。
四、常用指令1. 数据处理指令:数据处理指令用于进行算术运算、逻辑运算等操作。
例如,“ADD”指令用于将两个操作数相加,并将结果存放在目标寄存器中。
2. 分支指令:分支指令用于实现程序的跳转和循环等控制流程。
例如,“B”指令用于无条件跳转到指定标签处执行。
3. 加载存储指令:加载存储指令用于实现数据的读取和写入。
例如,“LDR”指令用于将指定地址处的数据加载到寄存器中。
基于ARM的单片机应用程序开发
基于ARM的单片机应用程序开发一、引言随着科技的不断发展,单片机技术在各行各业中得到广泛应用。
ARM架构作为一种先进的处理器架构,具有高性能、低功耗和广泛的生态系统支持等优势,成为单片机应用开发的首选。
本文将介绍基于ARM的单片机应用程序开发的基本概念和步骤。
二、ARM架构概述ARM架构是一种RISC(Reduced Instruction Set Computer)架构,它具有简单的指令集和高效的指令执行方式。
ARM处理器广泛应用于嵌入式系统,包括智能手机、平板电脑、汽车电子、工业控制等领域。
ARM处理器的特点有:1. 高性能:ARM处理器具有高效的流水线结构和高速缓存,能够提供出色的处理性能;2. 低功耗:ARM处理器采用先进的低功耗设计,能够在保证性能的同时,尽可能降低功耗;3. 丰富的外设支持:ARM处理器拥有丰富的外设接口和通信接口,能够满足不同的应用需求;4. 强大的软件生态系统:ARM架构被广泛支持和应用,拥有庞大的软件开发社区和丰富的开发工具链。
三、ARM单片机应用程序开发工具在进行ARM单片机应用程序开发时,需要使用相应的开发工具来编写、编译和调试代码。
常用的ARM单片机应用程序开发工具有:1. Keil MDK:Keil MDK是一种集成开发环境(IDE),提供了编写、编译和调试ARM单片机应用程序的工具链;2. IAR Embedded Workbench:IAR Embedded Workbench是一种强大的ARM开发工具,提供了丰富的开发功能和调试支持;3. GNU工具链:GNU工具链是一套开源的编译器、调试器和其他开发工具,可以用于ARM单片机应用程序的开发。
四、ARM单片机应用程序开发步骤1. 确定应用需求:在进行ARM单片机应用程序开发之前,首先需要明确应用的需求和功能。
这包括确定需要使用的外设、通信接口、传感器等,并制定相应的软件设计方案;2. 编写应用程序代码:根据应用需求,使用开发工具编写应用程序的代码。
第五章基于ARM的程序设计--10
C与汇编相互调用
extern int gg(int a, int b, int c, int d, int e); extern void ff(void); int x, y; int main( ) { x=1; ff( ); printf(“the sum is %d\n”, y); } int gg(int a, int b, int c, int d, int e) { return (a+b+c+d+e); }
汇编语言文件
在汇编中调用C的函数
汇编中调用C函数,需要在汇编中IMPORT 对应的C函数名, 然后将C的代码放在一个独立的C文件中进行编译,剩下的 工作由连接器来处理。
EXPORT CALLSUM5 AREA Example, CODE, READONLY IMPORT sum5 CALLSUM5 STMFD SP!, {LR} ADD R1, R0, R0 ADD R2, R1, R0 ADD R3, R1, R2 STMFD R3, [SP,#-4]! ADD R3, R1, R1 BL sum5 ADD SP,SP,#4 LDMFD SP, {PC} END
在C中调用汇编的函数
#include <stdio.h> extern void asm_strcpy(const char *src, char *dest); int main( ) { const char *s = "seasons in the sun"; char d[32]; asm_strcpy(s, d); printf("source: %s", s); printf(" destination: %s",d); return 0; 主调程序cfile.c } 声明汇编函数asm_strcpy
arm汇编语言程序设计步骤
arm汇编语言程序设计步骤ARM汇编语言程序设计步骤一、概述ARM汇编语言是一种基于ARM架构的低级语言,用于编写底层程序和驱动程序。
在进行ARM汇编语言程序设计时,我们需要按照以下步骤进行。
二、确定需求在开始编写ARM汇编语言程序之前,我们需要明确程序的需求和目标。
这包括确定程序要实现的功能、输入和输出的格式、程序的性能要求等。
三、了解ARM架构在编写ARM汇编语言程序之前,我们需要了解ARM架构的特点和指令集。
ARM架构是一种精简指令集计算机(RISC)架构,具有高效的指令执行和低能耗的特点。
四、选择开发工具在进行ARM汇编语言程序设计时,我们需要选择合适的开发工具。
常用的开发工具包括ARM汇编器、调试器和模拟器。
这些工具可以帮助我们编译、调试和运行ARM汇编语言程序。
五、编写程序在编写ARM汇编语言程序时,我们需要按照以下步骤进行:1. 定义数据段:首先,我们需要定义程序的数据段。
数据段用于存储程序中使用的变量和常量。
在ARM汇编语言中,我们可以使用伪指令来定义数据段。
2. 定义代码段:然后,我们需要定义程序的代码段。
代码段包含程序的指令和算法。
在ARM汇编语言中,我们可以使用伪指令和指令来定义代码段。
3. 编写算法:在编写ARM汇编语言程序时,我们需要根据需求编写相应的算法。
算法是程序的核心部分,用于实现程序的功能和逻辑。
4. 调用系统服务:在ARM汇编语言中,我们可以通过调用系统服务来实现一些常用的功能,如输入输出、内存管理等。
调用系统服务需要使用特定的指令和参数。
5. 进行优化:在编写ARM汇编语言程序时,我们可以进行一些优化操作,以提高程序的性能和效率。
优化操作包括减少指令数量、减少内存访问次数、合并循环等。
六、编译和调试在完成ARM汇编语言程序的编写后,我们需要进行编译和调试。
编译是将汇编语言程序转换为机器码的过程,可以使用ARM汇编器进行编译。
调试是对程序进行测试和调试的过程,可以使用调试器和模拟器进行调试。
基于ARM的嵌入式系统设计与实现第8讲 嵌入式实时多任务应用软件
Copyright 2003-2007 SinoSys. All Rights Reserved
双实科技
8.3.2 实时操作系统多任务内核(3)
可重入型函数可以被一个以上的任务调用,而不 必担心数据的破坏.可重入型函数任何时候都可 以被中断,一段时间以后又可以运行,而相应数 据不会丢失.可重入型函数或者只使用局部变 量,即变量保存在CPU寄存器中或堆栈中.如果 使用全局变量,则要对全局变量予以保护.
双实科技
8.3 基于实时操作系统的多任务软件开发
8.3.1 实时多任务的基本概念 8.3.2 实时操作系统多任务内核 8.3.3 多任务通讯 8.3.4 实时多任务软件实现
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8.3.1 实时多任务的基本概念(1)
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8.3.2 实时操作系统多任务内核(5)
每个任务都有其优先级.任务越重要,赋予的优 先级应越高. 优先级反转问题 任务优先级分配
汇编语言程序设计 基于arm体系结构 pdf
汇编语言程序设计基于arm体系结构pdf1. 引言1.1 概述汇编语言程序设计是计算机科学中重要的一环,它提供了对底层硬件的直接控制能力。
在这个数字化时代,我们生活在嵌入式系统和移动设备无处不在的时代。
ARM体系结构作为一种广泛应用于嵌入式系统和移动设备中的处理器架构,需求人员必须具备ARM汇编语言的基本开发技巧。
1.2 文章结构本文将深入探讨ARM体系结构下汇编语言程序设计的基础知识及其实践应用。
文章分为五个主要部分:- ARM体系结构概述:简要介绍ARM体系结构的发展历程、关键特点以及应用领域。
- 汇编语言基础知识:详细讲解ARM汇编语言中数据类型与运算指令、寄存器与内存访问、分支和循环指令等基本概念。
- ARM汇编语言程序设计实例解析:通过实例解析阐述ARM汇编语言程序结构与组成部分、寄存器使用示范以及内存访问案例分析等内容。
- 实践应用与未来展望:分享ARM汇编语言在嵌入式系统开发中的应用实例,并展望ARM技术的发展趋势和面临的挑战。
- 总结与建议:对文章进行总结,并给出学习ARM汇编语言程序设计的建议。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解ARM体系结构下汇编语言程序设计的基本原理和操作方法。
通过学习此类知识,读者可以掌握ARM汇编语言的核心概念和技巧,提升在嵌入式系统、移动设备等领域中的开发能力。
同时,本文也将分享一些实践经验和未来发展趋势,为读者提供更多参考和启示。
无论是初学者还是有一定经验的开发人员,都可以从本文中获益并得到有益的指导。
2. ARM体系结构概述:2.1 发展历程:ARM(Advanced RISC Machine)体系结构起源于上世纪80年代末,最初由英国公司Acorn Computer开发。
早期的ARM处理器主要用于个人电脑领域。
随着技术的不断进步和市场需求的扩大,ARM逐渐应用于各种移动设备和嵌入式系统中,并取得了巨大成功。
2.2 关键特点:ARM体系结构有一些关键特点使其在市场上受到广泛认可。
嵌入式多线程应用程序设计实验
下面我们来看一下,生产者写入缓冲区和消费者从缓冲区读数的具体流程,生产者首先要 获得互斥锁,并且判断写指针+1后是否等于读指针,如果相等则进入等待状态,等候条件 变 量notfull;如果不等则向缓冲区中写一个整数,并且设置条件变量为notempty,最后 释 放互斥锁。消费者线程与生产者线程类似,这里就不再过多介绍了。流程图如下:
}
4.主要的多线程API 在本程序的代码中大量的使用了线程函数,如
pthread_cond_signal、 pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock等等,这些函数的作用是 什么,在哪里定义的, 我们将在下面的内容中为大家做一个简单的介绍,并且为其中比较重 要的函数做一些详细 的说明。
/* 等待缓冲区非空*/ while (b->writepos == b->readpos) { printf("wait for not empty\n"); pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock); } /* 读数据并且指针前移 */ data = b->buffer[b->readpos]; b->readpos++; if (b->readpos >= BUFFER_SIZE) b->readpos = 0; /* 设置缓冲区非满信号*/ pthread_cond_signal(&b->notfull);
pthread_mutex_unlock(&b->lock); return data; } /*--------------------------------------------------------*/ #define OVER (-1) struct prodcons buffer; /*--------------------------------------------------------*/ void * producer(void * data) { int n;
汇编语言程序设计基于arm体系结构课程设计
汇编语言程序设计基于arm体系结构课程设计介绍汇编语言是一种底层的计算机语言,它直接与计算机硬件进行交互,可以对计算机进行更精细、更高效的控制。
在ARM体系结构中,汇编语言也起着至关重要的作用。
因此,学习ARM汇编语言编程是每个计算机科学专业学生必备的技能之一。
本课程设计旨在帮助学生掌握汇编语言在ARM体系结构中的应用,同时提高学生对计算机底层原理的理解与掌握。
在本课程设计中,我们将使用现代汇编语言,设计并实现一些实用的程序,包括算法、文件操作、输入输出等。
课程设计要求1. 基本要求本课程设计的基本要求是学生利用ARM汇编语言编写一个完整的程序,包括以下要求:•确定程序的主题和目标,设计算法并实现。
•实现程序的控制流程,包括输入输出、文件操作等。
•使用ARM汇编语言编写程序,并测试程序的正确性。
2. 提高要求为了挑战学生的编程能力,本课程设计还有一些额外的提高要求:•对程序进行性能优化,提高程序的效率。
•实现程序的图形化界面。
•尝试使用ARM汇编语言编写操作系统或驱动程序。
课程设计内容本课程设计包括以下几个部分:1. 算法设计与实现在此部分中,学生需要根据自己所选的主题,设计算法并实现。
选择一个好的算法可以帮助你更好地掌握汇编语言的编程技巧和思维方式。
2. 程序控制流程在此部分中,学生需要实现程序的控制流程,包括输入输出、文件操作、流程控制等。
这是程序实现的关键步骤之一,学生需要掌握汇编语言的底层控制逻辑。
3. 程序性能优化在此部分中,学生需要对程序进行性能优化,提高程序的效率。
学生需要了解ARM体系结构中的CPU指令集,并通过对程序的优化来提高程序的性能。
4. 程序图形化界面在此部分中,学生可以尝试使用其他语言或者库来实现程序的图形化界面。
这有助于学生了解汇编语言的局限性,以及不同编程语言之间的差异。
5. 操作系统或驱动程序实现在此部分中,学生可以尝试使用ARM汇编语言实现操作系统或驱动程序。
实验2基于ARM的汇编语言程序设计
实验2基于ARM的汇编语⾔程序设计实验⼆基于ARM的汇编语⾔程序设计⼀、实验⽬的了解ARM汇编语⾔的基本框架,学会使⽤ARM的汇编语⾔编程。
⼆、实验设备标准硬件。
三、实验内容⽤汇编语⾔编写“连续发送128个ASCII字符”的应⽤程序。
四、实验原理ARM汇编语⾔程序中,是以程序段为单位来组织代码。
段是相对独⽴的指令或数据序列,具有特定的名称。
段可以分为代码段和数据段,代码段的内容为执⾏代码,数据段存放代码运⾏时所需的数据。
⼀个汇编程序⾄少应该有⼀个代码段,当程序较长时,可以分割为多个代码段和数据段,多个段在程序编译链接时最终形成⼀个可执⾏⽂件。
因此在进⾏汇编时除了要了解其书写规范外,还要能理解段的应⽤。
下⾯是⼀个代码段的⼩例⼦,实现数据的装载AREA Init,CODE,READONLYENTRYLDR R0, =0x3FF5000LDR R1, 0x0fSTR R1, [R0]LDR R0, =0x3F50008LDR R1, 0x1STR R1, [R0]…END上述程序,在汇编程序中,⽤AREA指令定义⼀个段,并说明定义段的相关属性,其格式为AREA 段名,属性1,属性2,…,属性n。
本例中定义了段名为Init的属性为代码段,只读。
ENTRY伪指令标识程序的⼊⼝,即代码从此处开始执⾏,程序的末尾为END指令,该伪指令告诉编译器源⽂件的结束,每⼀个汇编⽂件都要以END结束。
AREA DataArea, DATA, NOINIT, ALIGN=2DISPBUF SPACE 200RCVBUF SPACE 200…DATA为数据段的标识。
本程序段名为DataArea,属性数据段,不含初始化,采⽤align表达式对其⽅式2表达式次⽅。
五、实验步骤1.打开ADS1.2开发环境,打开\基础实验\实验五\asm.mcp项⽬⽂件,然后进⾏compile和make⽣成*.axf⽂件。
2.编译通过后,进⼊ADS1.2调试界⾯,加载\基础实验\实验五\asm_Data\Debug中的映象⽂件asm.axf。
ARM嵌入式应用开发中多线程与多进程的选择分析
ARM嵌入式应用开发中多线程与多进程的选择分析作者:司新红梁世豪曹坤来源:《中国科技纵横》2015年第20期【摘要】在ARM嵌入式程序开发中,由于硬件资源(主要是CPU和内存)是非常宝贵的,因此需要对系统的功能进行分析,结合多进程与多线程两种方案的优缺点,选取最为合适的方案,进行程序开发,使系统运行更加高效可靠。
本文详细分析了多进程与多线程之间通信的特点,并结合实例进行了分析。
【关键词】多线程多进程嵌入式【Abstract】In the ARM embedded application development, due to the hardware resources (CPU and memory) is very valuable. Therefore, it is necessary to the function of the system is analyzed, combined with the advantages and disadvantages of the two kinds of multi process and multi thread program, select the most suitable scheme, program development, and make the system run more efficiently and reliably. This paper analyzes the characteristics of communication between multi process and multi thread, and combined with case analysis.【Key words】Multi-thread;Multi-process;Embedded1 简述进程与线程进程是嵌入式操作系统中资源分配和独立运行的基本单位,相当于一个程序的一次运行活动,进程具有并发性,即在一个时间段内多个进程实体同存于内存中同时运行。
多线程ARM虚拟机的设计与实现
多线程ARM虚拟机的设计与实现
胡小龙;周艳科
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2009(028)011
【摘要】虚拟机技术广泛应用于代码移植、跨平台计算和模拟硬件机器、嵌入式系统模拟等领域.该技术以软件的方式构建通用机器的硬件的仿真环境,实现机器指令在处理器中的运算过程.在介绍了虚拟机原理的基础上,设计并实现了基于多线程的ARM虚拟机,初步模拟了ARM9的指令执行过程.
【总页数】5页(P1-5)
【作者】胡小龙;周艳科
【作者单位】中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410075;中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410075
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
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利用多线程实现基于ARM的嵌入式网络控制系统仿真
利用多线程实现基于ARM的嵌入式网络控制系统仿真
赵勇;王强;纪志成
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【摘要】为了研究真实网络对控制系统的影响,方便网络控制系统的研究人员进行网络控制课题的研究,有必要建立网络控制系统的仿真系统:ARM嵌入式处理器是目前被公认为业界领先的32位嵌入式RISC微处理器,在网络设备,工业控制等领域得到日益广泛的应用.本文介绍了一种基于ARM的网络控制系统仿真系统,利用该系统可以对基于TCP/IP的嵌入式网络控制系统进行仿真.该系统在S3C4530处理器上移植了uClinux操作系统,并在此基础上利用linux下的多线程技术实现被控对象的实时仿真和基于TCP/IP网络的数据传输.实验证明该仿真系统能够反映真实网络对控制系统的影响,实时性较好,可以满足大部分网络控制系统的仿真需要.【总页数】3页(P127-129)
【作者】赵勇;王强;纪志成
【作者单位】214122,江苏,无锡,江南大学电气传动研究所;214122,江苏,无锡,江南大学电气传动研究所;214122,江苏,无锡,江南大学电气传动研究所
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开放性实验报告题目: 基于ARM的多线程应用程序设计院系名称:电气工程学院专业班级:自动1302学生姓名:张鹏涛学号:201323020219指导教师:张晓东目录1 系统概述与设计要求 (2)1.1 系统概述 (2)1.2 设计要求 (2)2 方案论证 (2)2.1 实现方法 (2)2.2 线程优势 (2)3 硬件设计 (3)3.1 树莓派接口驱动LED电路设计 (3)4 软件设计 (4)4.1 驱动三色LED灯 (4)4.1.1 驱动实现方法 (4)4.1.2 wiringPi库安装和软件编程 (5)4.2 服务器和客户端 (5)4.2.1 服务器设计方法 (5)4.2.2 客户端设计方法 (6)5 系统调试 (6)设计心得 (8)参考文献 (9)附录1(LED驱动程序) (10)附录2(服务器程序) (10)附录3(客户端程序代码) (14)1 系统概述与设计要求1.1 系统概述本系统设计是基于树莓派开发板上实现的,树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发,Eben·Upton/埃·厄普顿为项目带头人。
2012年3月,英国剑桥大学埃本·阿普顿(Eben Epton)正式发售世界上最小的台式机,又称卡片式电脑,外形只有信用卡大小,却具有电脑的所有基本功能,这就是Raspberry Pi电脑板,中文译名"树莓派"。
它是一款基于ARM的微型电脑主板,以SD/MicroSD 卡为内存硬盘,卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口(A型没有网口),可连接键盘、鼠标和网线,同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口,以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上,具备所有PC的基本功能。
而树莓派2具有900MHz内核频率,4核ARM Cortex-A7,1GB 内存,带Micro SD 卡插槽(支持通过它启动Linux 操作系统,如Fedora),40PIN接口(可以增加驱动外设)。
本系统设计正式在树莓派2环境下开发实现多线程设计,设计的主要功能就是两个客户端通过服务器互相收发信息。
1.2 设计要求要求多个客户端能够同时连接服务器,而服务器需要创建线程来管理这多个客户端,并且能够把一个客户端发来的数据进行解析,发给另一个客户端,实现两个甚至多个客户端互相收发信息。
能够通过驱动三色灯来发现系统运行的状态,红色说明有错误发生,绿色说明正在正常运行,蓝色说明有用户连接,绿色说明有客户端互相收发信息。
2 方案论证2.1 实现方法要实现服务器同时管理两个甚至多个客户端,就必须引入进程或线程。
2.2 线程优势一是和进程相比,它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。
进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。
我们知道,在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这就导致了进程在进行切换等操作起到了现场保护作用, 这是一种"昂贵"的多任务工作方式。
但是为了进一步减少处理机的空转时间支持多处理器和减少上下文切换开销,进程演化中出现了另外一个概念,这就是线程,也被人称为轻量级的进程。
它是一个进程内的基本调度单位。
线程是在共享的内存空间中并发的多道执行路径,它们共享一个进程的资源,比如文件描述符和信号处理等。
因此,大大减少了上下文切换的开销。
二是线程间方便的通信机制。
对不同进程来说,它们具有独立的数据空间,要进行数据的传递只能通过通信的方式进行,这种方式不仅费时,而且很不方便。
线程则不然,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便。
当然,数据的共享也带来其他一些问题,有的变量不能同时被两个线程所修改,有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击,这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。
3 硬件设计3.1 树莓派接口驱动LED电路设计图 3.1从图3.1可以知道,要想让三色灯的红色亮起来,首先控制树莓派GPIO.27引脚输出低电平,同理可以控制GPIO.28、GPIO29引脚电瓶来控制绿、蓝LED的启动和关闭。
树莓派开发板上的相关引脚如图3.2。
图 3.24 软件设计4.1 驱动三色LED灯4.1.1 驱动实现方法控制引脚电瓶的高低就能实现控制LED灯的变化,实际上三色LED可以显示无数种颜色,要想超过三种颜色的显示实现,就必须引入PWM。
PWM是模拟脉宽调制来控制输出引脚的实际输出电瓶大小,此系统可以控制引脚从0~3.3V变化来显示不同的颜色。
wiringPi适合那些具有C语言基础,在接触树莓派之前已经接触过单片机或者嵌入式开发的人群。
wiringPi的API函数和arduino非常相似,这也使得它广受欢迎。
作者给出了大量的说明和示例代码,这些示例代码也包括UART设备,I2C设备和SPI设备等。
4.1.2 wiringPi库安装和软件编程首先需要在树莓派上安装wiringPi库,我们选择直接在网上下载安装源码,输入命令:cd ~ 进入根目录下,输入命令:git clone git:///wiringPi 从网上下载源码包,输入命令cd wiringPi 进入安装包目录下,依次输入命令:configure make make install来配置、编译和安装,最后输入命令sudo ./build 来执行编译之后生成的可执行文件,完成安装。
最后输入命令:gpio readall会出来引脚图来确定已经安装成功。
接下来就需要运用库的软件编程来驱动led灯啦,在写C文件时首先要加入库的头文件:#include <wiringPi.h>和C语言必要的头文件:#include <stdio.h>,然后还需要加入实现软件PWM的头文件:#include <softPwm.h>。
接下来我们就需要运用库的API函数wiringPiSetup()初始化wiringPi,若初始化失败会返回-1;然后运用库的API函数softPwmCreate()创建软件PWM,此函数有3个输入参数,分别是控制引脚号,PWM最小值,PWM最大值;运用库的API函数softPwmWrite()写PWM 的值,此函数有2个输入参数,分别是控制那个引脚号,写入的PWM的值,此值需要在最小最大值之间。
完整代码如附录1。
4.2 服务器和客户端4.2.1 服务器设计方法为了方便起见,我们把服务器和客户端都定义在本地IP上进行测试,服务器端的话,首先我们需要把主函数传入的端口号记录下来,并且利用C语言标准函数atoi 转换成整型值。
接着我们定义两个整型数组来存放两个客户端的套接字,然后我们根据端口去创建服务器,创建服务器需要几个函数来实现,第一个就是socket()函数来创建一个服务器的套接字,此函数有3个输入参数,我们选择ipv4协议族,流式Socket,TCP协议类型。
然后根据端口号和本地IP配置服务器,之后就是调用绑定bind(),监听listen()函数来完成服务器的创建。
之后就是根据创建的套接字来进行循环,如果有客户端连接,就保存客户端套接字创建一个线程去处理,此处我们以两个客户端为例来进行操作。
若是套接字编号0发来消息,我们就转发给套接字编号1,若是超过2个的客户端连接进来我们直接关闭创建的线程就行,之后要是有客户端掉线,就把线程和客户端一块销毁。
具体代码实现见附录24.2.2 客户端设计方法首先我们封装三个函数,分别是连接、读数据、写数据,开始就调用连接函数,在连接函数里我们创建客户端并通过输入的服务器ip和端口去连接服务器,然后我们创建两个线程分别是读和写,在读函数里我们不间断读键盘数据并发送给服务器,在写函数里不间断的读服务器发来的数据并显示在屏幕上。
具体代码实现见附录3。
5 系统调试此系统的调试,我们选择Linux虚拟机模拟调试,首先运行服务器和两个客户端,然后客户端连接服务器,之后两个客户端互相收发数据。
为了方便起见,我在PC机上运行和仿真,首先安装虚拟机VMware8.0,然后安装VMware Tools,虚拟机的工具是为了共享电脑上的文件,这样可以在电脑上编写代码,在虚拟机上编译运行。
编译服务器的代码,输入命令gcc server.c -o server.exe -lpthread,回车之后会生成server.exe可执行文件,之后我们运行服务器,输入命令./server.exe 6789,运行服务器,其中6789为输入的端口号。
之后编译客户端代码,输入命令gcc client.c -o client.exe -lpthread,回车之后会生成client.exe可执行文件,我们事先查看虚拟机ip,输入命令ifconfig回车就能看到虚拟机本机ip,为我们客户端连接服务器所用。
之后我们运行客户端一,输入命令./client.exe 192.168.20.109 6789,回车,然后用同样的命令运行客户端二,之后我们在一个客户端输入信息回车,在另一个客户端就能接收到,具体运行结果如图5.1,5.2,5.3。
图 5.1图5.2图5.3设计心得此次开发性试验设计让我收获甚多。
一是要有一个积极的心态,独立解决问题的意识,培养扎实基础的认识。
不要什么东西都感觉跟简单(很多东西可能是看似简单)就不去做了或者不屑一做,以至于性网上搜搜就可以了,这样很不好。
有自己的东西有自己的付出才会有程序运行成功时的喜悦和小自豪,这样也有助于培养自己的兴趣。
要时刻牢记态度决定一切。
其次是兴趣,感觉学习工作中兴趣很关键,只是一个引发人积极性的问题,有了兴趣就自觉了,效率自然就高了。
再次要敢于尝试和挑战。
不要安于现成的程序,而且不要害怕失败,在程序调试的过程中这点尤为重要,“发现出问题然后解决问题”是一个积累经验的过程,而且很高效。
最后要不懈追求。
对于源代码进行不断的完善,要尽可能的实现课题所要求的功能。
对于初学者或者开发较少的人来说,大量大写程序还是有必要的,但同时要注意思考,理解其实现的内在意义。
还可以自己添加一些有意义的功能来实现。
当看到自己编写的程序正常运行时,兴趣也会随之而来,乐此不疲,形成一个良性循环。
短短一周的开放性ARM多线程设计很快结束了,我发现我对嵌入式这个方向、对嵌入式技术、对Linux都有了新的认识。
通过这次的编程,我了解到,要真真正正的掌握计算机程序还不是一件简单容易的事儿,但真正掌握后,它带给我们的将是无穷的便捷与科技,我喜欢高端便捷的生活。
我希望我能做计算机这个万能机器人的主人而不是奴隶,我会努力加油的!参考文献[1]徐千洋.Linux C函数库参考手册.[M]中国青年出版社.2002[2]马忠梅,马广云,徐英慧,田译.ARM嵌入式处理结构与应用基础[M].北京航空航天大学出版社.2002[3]邹思铁.嵌入式Linux设计与应用[M].北京清华大学出版社.2002[4]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社.2003[5]田泽.嵌入式系统开发与应用[M].北京航空航天大学出版社.2005 [11]陈鑫.嵌入式软件技术的现状与发展动向[M].软件世界.2001[6]田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程[M].北京航空航天大学出版社.2004[7]Alessandro Rubini,Jonathan Corbet.Linux设备驱动程序[M].中国电力出版社.2002附录1(LED驱动程序)#include <wiringPi.h>#include <softPwm.h>#include <stdio.h>#define uchar unsigned char#define LedPinRed 27#define LedPinGreen 28#define LedPinBlue 29void ledInit(void){softPwmCreate(LedPinRed, 0, 100); softPwmCreate(LedPinGreen,0, 100); softPwmCreate(LedPinBlue, 0, 100);}void ledColorSet(uchar r_val, uchar g_val, uchar b_val){ softPwmWrite(LedPinRed, r_val); softPwmWrite(LedPinGreen, g_val); softPwmWrite(LedPinBlue, b_val);}int main(void){int i;if(wiringPiSetup() == -1){printf("setup wiringPi failed !");return 1;}ledInit();while(1){ledColorSet(0xff,0x00,0x00); //reddelay(500);ledColorSet(0x00,0xff,0x00); //greendelay(500);ledColorSet(0x00,0x00,0xff); //bluedelay(500);}return 0;}附录2(服务器程序)#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <signal.h>#include <unistd.h>#include <error.h>#include <errno.h>#include <fcntl.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/epoll.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <pthread.h>#define BUFSIZE 1024int socket_client[2];int socket_create(int port) {int st = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);int on = 1;if (setsockopt(st, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) == -1){ printf("setsockopt is failed %s\n", strerror(errno));return 0;}struct sockaddr_in addr;memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);if (bind(st, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr)) == -1){printf("zhang.pt:bind is failed %s\n", strerror(errno));return 0;}if (listen(st, 300) == -1){printf("zhang.pt:listen is failed %s\n", strerror(errno));return 0;}return st;}void deliver(int index, const char *buf, ssize_t len){ssize_t rc = 0;if(index == 0){if (socket_client[1] == 0){printf("%d:user not online\n", index);}else{rc = send(socket_client[1], buf, len, 0);printf("send:%s,send:%u bytes\n", buf, rc);if (rc <= 0){if (rc == 0)printf("zhang.pt:send failed, disconnection,\n");elseprintf("zhang.pt:send failed, %s\n", strerror(errno));}}}if(index == 1){if(socket_client[0] == 0){printf("%d:user not online\n", index);}else{rc = send(socket_client[0], buf, len, 0);printf("send:%s,send:%u bytes\n", buf, rc);if(rc <= 0){if (rc == 0)printf("zhang.pt:send failed, disconnection,\n");elseprintf("zhang.pt:send failed, %s\n", strerror(errno));}}}}void socket_work(int index){char buf[BUFSIZE];ssize_t rc = 0;while(1){memset(buf, 0, sizeof(buf));rc = recv(socket_client[index], buf, sizeof(buf), 0);if (rc <= 0){if (rc == 0)printf("%d:recv disconnection\n", index);elseprintf("%d:recv failed, %s\n", index, strerror(errno));close(socket_client[index]);socket_client[index] = 0;break;}else{printf("%d:recv:%s,recv:%u bytes\n", index, buf, rc);deliver(index, buf, rc);}}}void *socket_handle(void *arg){int client_st = *(int *)arg;free((int *)arg);printf("zhang.pt:handle_thread is begin\n");int index = 0;if (socket_client[0] == 0){socket_client[0] = client_st;}else{if (socket_client[1] == 0){socket_client[1] = client_st;index = 1;}else{close(client_st);return NULL;}}socket_work(index);printf("zhang.pt:handle_thread is end\n");return NULL;}void sockaddr_toa(const struct sockaddr_in *addr, char *IPAddr) { unsigned char *p = (unsigned char *)&(addr->sin_addr.s_addr);sprintf(IPAddr, "%u.%u.%u.%u", p[0], p[1], p[2], p[3]);}void socket_accept(int st) {pthread_t thr_d;pthread_attr_t attr;pthread_attr_init(&attr);pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);struct sockaddr_in client_addr;socklen_t len = sizeof(client_addr);while(1){memset(&client_addr, 0, sizeof(client_addr));int client_st = accept(st, (void *)&client_addr, &len);if(client_st == -1){printf("zhang.pt:accept failed %s\n", strerror(errno));break;}else{char sIP[32];memset(sIP, 0, sizeof(sIP));sockaddr_toa(&client_addr, sIP);printf("zhang.pt:accept by %s\n", sIP);int *tmp = malloc(sizeof(int));*tmp = client_st;pthread_create(&thr_d, &attr, socket_handle, tmp);}}pthread_attr_destroy(&attr);}int main(int arg, char *args[]) {if(arg < 2){printf("zhang.pt:server port error!\n");return 0;}int iport = atoi(args[1]);if(iport == 0){printf("zhang.pt:port %d is invalid!\n", iport);return 0;}printf("zhang.pt:server is begin*v*!\n");memset(socket_client, 0, sizeof(socket_client));int st = socket_create(iport);if(st == 0) return 0;socket_accept(st);close(st);printf("zhang.pt:server is end\n");return 0;}附录3(客户端程序代码)#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <arpa/inet.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <pthread.h>#define BUFSIZE 1024void *socket_read(void *arg){int st = *(int *)arg;char buf[BUFSIZE];while(1){memset(buf, 0, sizeof(buf));ssize_t rc = recv(st, buf, sizeof(buf), 0);if(rc <= 0){printf("zhang.pt:recv failed, %s\n", strerror(errno));break;}else{printf("zhang.pt:recv:%s,recv:%u byte\n", buf, rc);}}return NULL;}void *socket_write(void *arg){int st = *(int *)arg;char buf[BUFSIZE];while(1){memset(buf, 0, sizeof(buf));read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));int ilen = strlen(buf);if(buf[ilen - 1] == '\n'){buf[ilen - 1] = 0;}ssize_t rc = send(st, buf, sizeof(buf), 0);printf("zhang.pt:send:%s,send:%u byte\n", buf, rc);if(rc <= 0){printf("zhang.pt:send failed, %s\n", strerror(errno));}}return NULL;}int socket_connect(const char *hostname, int iport){int st = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr;memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(iport);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(hostname);if(connect(st, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1){ printf("zhang.pt:connect failed %s\n", strerror(errno));}else{printf("zhang.pt:connect success\n");}return st;}int main(int arg, char *args[]){if(arg < 3){printf("zhang.pt:server ip & port error!\n");return 0;}int iport = atoi(args[2]);if(iport == 0){printf("zhang.pt:port %d is invalid\n", iport);return 0;}printf("zhang.pt:client is begin\n");int st = socket_connect(args[1], iport);if(st == 0) return 0;pthread_t thr_read, thr_write;pthread_create(&thr_read, NULL, socket_read, &st);pthread_create(&thr_write, NULL, socket_write, &st);pthread_join(thr_read, NULL);close(st);printf("zhang.pt:client is end\n");return 0;}。