Lập Trình Hệ Thống Nhúng

LẬP TRÌNH HỆ NHÚNG GV: Phạm Ngọc Hưng Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Viện CNTT&TT- ĐH BKHN email: hungpn@soict.hut.edu.vn Lập trình nhúng ARM-Linux Nội dung Chương 1. Giới thiệu lập trình hệ nhúng Chương 2. Lập trình v{o ra cơ bản Chương 3. Lập trình v{o ra n}ng cao Chương 4. C|c kỹ thuật lập trình n}ng cao Chương 5. Lập trình device driver trên Linux Chương 6. Lập trình nền tảng QT Chương 7. Lập trình mạng trên Linux nhúng Chương 8. Lập trình xử lý ảnh trên nền nhúng 2 Lập trình nhúng ARM-Linux 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/ 3 Lập trình nhúng ARM-Linux Chương 1 Giới thiệu Lập trình hệ nhúng 4 Lập trình nhúng ARM-Linux Nội dung chương 1 1.1. Giới thiệu về lập trình hệ nhúng 1.2. Giới thiệu KIT FriendlyArm micro2440 1.3. Hệ điều h{nh nhúng Linux 1.4. Môi trường lập trình KIT FriendlyArm 2440 5 Lập trình nhúng ARM-Linux 1.1. Giới thiệu lập trình hệ 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. 6 Lập trình nhúng ARM-Linux 1.1. Giới thiệu lập trình hệ 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, … 7 Lập trình nhúng ARM-Linux 1.1. Giới thiệu lập trình hệ nhúng  Các thiết bị di động thông minh: • Xu hướng công nghệ hiện nay • Nhiều nền tảng: iOS, Android, Windows Phone, Symbian OS/Memo, • 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, … 8 Lập trình nhúng ARM-Linux 1.1. Giới thiệu lập trình hệ nhúng  Môn 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 điều khiển 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 9 Lập trình nhúng ARM-Linux 1.2. Giới thiệu KIT nhúng micro2440 10 [...]... C|c hệ thống có thể dùng chung toolchains, bootloader v{ kernel, c|c th{nh phần kh|c phải riêng biệt v{ tương thích với từng hệ thống Lập trình nhúng ARM-Linux 24 Quá trình boot hệ thống Linux trên PC Lập trình nhúng ARM-Linux 25 Quá trình boot hệ thống Linux nhúng Lập trình nhúng ARM-Linux 26 Quá trình boot hệ thống Linux nhúng  Boot loader: chương trình mồi, thực hiện kiểm tra phần cứng hệ thống. .. biến nh}n Linux Lập trình nhúng ARM-Linux 15 1.3.1 Tổng quan Embedded Linux  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 Lập trình nhúng ARM-Linux 16 Sơ đồ phân cấp hệ thống Lập trình nhúng ARM-Linux 17 Kiến trúc hệ điều hành Linux Lập trình nhúng ARM-Linux 18 Đặc trưng hệ điều hành nhúng  Tăng tính...Giới thiệu KIT nhúng micro2440 Lập trình nhúng ARM-Linux 11 Giới thiệu KIT nhúng micro2440 Lập trình nhúng ARM-Linux 12 Giới thiệu KIT nhúng micro2440  Thông số kỹ thuật Lập trình nhúng ARM-Linux 13 Giới thiệu KIT nhúng micro2440 Lập trình nhúng ARM-Linux 14 1.3 Hệ điều hành nhúng Linux  1.3.1 Tổng quan hệ điều h{nh nhúng Linux  1.3.2 C{i đặt Embedded Linux trên... deadline -> lỗi hệ thống • Soft Realtime: không đ|p ứng deadline -> giảm chất lượng dịch vụ (QoS) Lập trình nhúng ARM-Linux 20 Hệ điều hành thời gian thực Lập trình nhúng ARM-Linux 21 Cấu trúc nhân hệ điều hành Lập trình nhúng ARM-Linux 22 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:... được nạp (porting) xuống KIT Lập trình nhúng ARM-Linux 33 Biên dịch nhân Linux Demo Lập trình nhúng ARM-Linux 34 1.4 Môi trường lập trình KIT FriendlyARM Micro2440 1.4.1 Môi trường ph|t triển ứng dụng nhúng 1.4.2 C{i đặt môi trường ph|t triển KIT 2440 1.4.3 Chương trình HelloWorld Lập trình nhúng ARM-Linux 35 1.4.1 Môi... 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 Lập trình nhúng ARM-Linux 27 1.3.2 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) Lập trình nhúng ARM-Linux 28 Cài... tương thích mềm: dễ d{ng n}ng cấp hay thu gọn để tương thích với nền tảng hệ thống  Thu gọn, đòi hỏi ít bộ nhớ hơn Có thể hỗ trợ khởi động từ bộ nhớ ROM, Flash (hệ thống không có ổ cứng)  Cung cấp c|c cơ chế lập lịch (scheduler) hỗ trợ thời gian thực (Realtime OS – RTOS) Lập trình nhúng ARM-Linux 19 Hệ điều hành thời gian thực  Hệ thống thời gian thực (Realtime): c|c phần mềm, phần cứng hoạt động thỏa... ứng dụng nhúng 1.4.2 C{i đặt môi trường ph|t triển KIT 2440 1.4.3 Chương trình HelloWorld Lập trình nhúng ARM-Linux 35 1.4.1 Môi trường phát triển ứng dụng nhúng  Mô hình lập trình hệ thống nhúng  Môi trường lập trình KIT micro 2440 Lập trình nhúng ARM-Linux 36 ... mềm DNW trao đổi file Lập trình nhúng ARM-Linux 29 Cài đặt từ 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 Lập trình nhúng ARM-Linux 30 Cài đặt hệ điều hành nhúng Linux Demo