基于ARM的嵌入式Linux移植真实体验（5）――应用实例

应用实例的编写实际上已经不属于Linux操作系统移植的范畴，但是为了保证本系列文章的完整性，这里提供一系列针对嵌入式Linux开发应用程序的实例。

编写Linux应用程序要用到如下工具：

（1）编译器：GCC

GCC是Linux平台下最重要的开发工具，它是GNU的C和C++编译器，其基本用法为：gcc [options] [filenames]。

我们应该使用arm-linux-gcc。

（2）调试器：GDB

gdb是一个用来调试C和C++程序的强力调试器，我们能通过它进行一系列调试工作，包括设置断点、观查变量、单步等。

我们应该使用arm-linux-gdb。

（3）Make

GNU Make的主要工作是读进一个文本文件，称为makefile。这个文件记录了哪些文件由哪些文件产生，用什么命令来产生。Make依靠此makefile中的信息检查磁盘上的文件，如果目的文件的创建或修改时间比它的一个依靠文件旧的话，make就执行相应的命令，以便更新目的文件。

Makefile中的编译规则要相应地使用arm-linux-版本。

（4）代码编辑

可以使用传统的vi编辑器，但最好采用emacs软件，它具备语法高亮、版本控制等附带功能。

在宿主机上用上述工具完成应用程序的开发后，可以通过如下途径将程序下载到目标板上运行：

（1）通过串口通信协议rz将程序下载到目标板的文件系统中（感谢Linux提供了rz这样的一个命令）；

（2）通过ftp通信协议从宿主机上的ftp目录里将程序下载到目标板的文件系统中；

（3）将程序拷入U盘，在目标机上mount　U盘，运行U盘中的程序；

（4）如果目标机Linux使用NFS文件系统，则可以直接将程序拷入到宿主机相应的目录内，在目标机Linux中可以直接使用。

1. 线程控制/通信编程

Linux本身只有进程的概念，而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。大家知道，进程是资源分配的单位，同一进程中的多个线程共享该进程的资源（如作为共享内存的全局变量）。Linux中所谓的“线程”只是在被创建的时候“克隆”(clone)了父进程的资源，因此，clone出来的进程表现为“线程”。Linux中最流行的线程机制为LinuxThreads，它实现了一种Posix 1003.1c “pthread”标准接口。

线程之间的通信涉及同步和互斥，互斥体的用法为：

pthread_mutex_t mutex;

pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //按缺省的属性初始化互斥体变量mutex

pthread_mutex_lock(&mutex); // 给互斥体变量加锁

… //临界资源

phtread_mutex_unlock(&mutex); // 给互斥体变量解锁

同步就是线程等待某个事件的发生。只有当等待的事件发生线程才继续执行，否则线程挂起并放弃处理器。当多个线程协作时，相互作用的任务必须在一定的条件下同步。Linux下的C语言编程有多种线程同步机制，最典型的是条件变量(condition variable)。而在头文件semaphore.h 中定义的信号量则完成了互斥体和条件变量的封装，按照多线程程序设计中访问控制机制，控制对资源的同步访问，提供程序设计人员更方便的调用接口。下面的生产者/消费者问题说明了Linux线程的控制和通信：

#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

#define BUFFER_SIZE 16

struct prodcons

{

int buffer[BUFFER_SIZE];

pthread_mutex_t lock;

int readpos, writepos;

pthread_cond_t notempty;

pthread_cond_t notfull;

};

/* 初始化缓冲区结构 */

void init(struct prodcons *b)

{

pthread_mutex_init(&b->lock, NULL);

pthread_cond_init(&b->notempty, NULL);

pthread_cond_init(&b->notfull, NULL);

b->readpos = 0;

b->writepos = 0;

}

/* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/

void put(struct prodcons *b, int data)

{

pthread_mutex_lock(&b->lock);

/* 等待缓冲区未满*/

if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos)

{

pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);

}

/* 写数据,并移动指针 */

b->buffer[b->writepos] = data;

b->writepos++;

if (b->writepos > = BUFFER_SIZE)

b->writepos = 0;

/* 设置缓冲区非空的条件变量*/

pthread_cond_signal(&b->notempty);

pthread_mutex_unlock(&b->lock);

}

/* 从缓冲区中取出整数*/

int get(struct prodcons *b)

{

int data;

pthread_mutex_lock(&b->lock);

/* 等待缓冲区非空*/

if (b->writepos == b->readpos)

{

pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);

}

/* 读数据,移动读指针*/

data = b->buffer[b->readpos];

b->readpos++;

if (b->readpos > = BUFFER_SIZE)

b->readpos = 0;

/* 设置缓冲区未满的条件变量*/

pthread_cond_signal(&b->notfull);

pthread_mutex_unlock(&b->lock);

return data;

}

/* 测试:生产者线程将1 到10000 的整数送入缓冲区,消费者线

程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/

#define OVER ( - 1)

struct prodcons buffer;

void *producer(void *data)

{

int n;

for (n = 0; n < 10000; n++)

{

printf("%d --->\n", n);

put(&buffer, n);

} put(&buffer, OVER);

return NULL;

}

void *consumer(void *data)

{

int d;

while (1)

{

d = get(&buffer);

if (d == OVER)

break;

printf("--->%d \n", d);

}

return NULL;

}

int main(void)

{

pthread_t th_a, th_b;

void *retval;

init(&buffer);

/* 创建生产者和消费者线程*/

pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);

pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);

/* 等待两个线程结束*/

pthread_join(th_a, &retval);

pthread_join(th_b, &retval);

return 0;

}

4.小结

本章主要给出了Linux平台下文件、进程控制与通信、线程控制与通信的编程实例。至此，一个完整的，涉及硬件原理、Bootloader、操作系统及文件系统移植、驱动程序开发及应用程序编写的嵌入式Linux系列讲解就全部结束了。