20145216 20145330 《資訊安全系統設計基礎》 實驗二 固件開發

實驗報告封面

實驗内容與步驟

1、開發環境的配置同實驗一。

2、将實驗代碼拷貝到共享檔案夾中。

3、在虛拟機中編譯代碼。

• 對于多線程相關的代碼，編譯時需要加-lpthread的庫。

  

4、下載下傳調試

• 在超級終端中運作可執行檔案pthread，可得實驗結果如圖所示。

  

• 運作可執行檔案term。

• 注意：如果在執行./term 時出現下面的錯誤

  /dev/ttyS0: No such file or directory

• 可以通過方法建立一個連接配接來解決。
  • 在 Linux 下序列槽檔案位于/dev 下，一般在老版本的核心中序列槽一為/dev/ttyS0 ，序列槽二為 /dev/ttyS1， 在我們的開發闆中序列槽裝置位于/dev/tts/下，因為開發闆中沒有ttyS0這個裝置，是以我們要建立一個連接配接。
  • 首先在超級終端中進入/dev檔案夾中。
  • 輸入指令“ln –sf /dev/tts/0 /dev/ttyS0” 注意空格與字母l、數字0。
• 成功，得到實驗結果。

  

實驗中遇到的問題和解決方法

問題1：

• 在虛拟機中編譯代碼時第一次沒有編譯成功：command not found

  

• 解決方法：
  • 在又重新輸入指令行，排除是輸入錯誤的因素。我們試着重新配置了環境：
    • vi /root/.bash_profile
    • source /root/.bash_profile

      

• 成功
• 檔案03_tty遇到同樣的問題，配置後同樣成功問題解決

  

問題2：

• 在終端執行./term時出現錯誤

  

• 解決方法：根據實驗指導書輸入指令“ln –sf /dev/tts/0 /dev/ttyS0” 注意空格與字母l、數字0。

  

• 運作成功實驗二完成

源代碼注釋

（一）線程代碼分析

#include <stdio.h>
	#include <stdlib.h>
	#include <time.h>
	#include "pthread.h"
	#define BUFFER_SIZE 16
	
	/* 設定一個整數的圓形緩沖區 */
	struct prodcons {
	    int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 緩沖區數組 */
	    pthread_mutex_t lock; /* 互斥鎖 */
	    int readpos, writepos; /* 讀寫的位置*/
	    pthread_cond_t notempty; /* 緩沖區非空信号 */
	    pthread_cond_t notfull; /*緩沖區非滿信号 */
	};
	
	/*初始化緩沖區：初始化緩存指針資訊（信号量）*/
	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;
	}
	
	/* 向緩沖區中寫入一個整數*/
	void put(struct prodcons * b, int data)
	{
	    pthread_mutex_lock(&b->lock);//擷取互斥鎖
	
	    /*等待緩沖區非滿*/
	    while ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos) //如果讀寫位置相同
	    {
	        printf("wait for not full\n");
	        pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);//等待狀态變量 b->notfull，不滿則跳出阻塞
	    }
	
	    /*寫資料并且指針前移*/
	    b->buffer[b->writepos] = data;//寫入資料
	    b->writepos++;
	    if (b->writepos >= BUFFER_SIZE) b->writepos = 0;
	
	    /*設定緩沖區非空信号*/
	    pthread_cond_signal(&b->notempty);//設定狀态變量
	    pthread_mutex_unlock(&b->lock);//釋放互斥鎖
	}
	
	/*從緩沖區中讀出一個整數 */
	int get(struct prodcons * b)
	{
	    int data;
	    pthread_mutex_lock(&b->lock);//擷取互斥鎖
	
	    /* 等待緩沖區非空*/
	    while (b->writepos == b->readpos)//如果讀寫位置相同 
	    {
	        printf("wait for not empty\n");
	        pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);//等待狀态變量 b->notempty，不空則跳出阻塞。否則無資料可讀。
	    }
	
	    /* 讀資料并且指針前移 */
	    data = b->buffer[b->readpos];//讀取資料
	    b->readpos++;
	    if (b->readpos >= BUFFER_SIZE) b->readpos = 0;
	
	    /* 設定緩沖區非滿信号*/
	    pthread_cond_signal(&b->notfull);//設定狀态變量
	    pthread_mutex_unlock(&b->lock);//釋放互斥鎖
	    return data;
	}
	
	#define OVER (-1)
	struct prodcons buffer;
	
	/*實作一個生産者程式：生産者線程不斷順序地将0到1000的數字寫入共享的循環緩沖區，當生産-1時，程式終止。*/
	void * producer(void * data)
	{
	    int n;
	    for (n = 0; n < 1000; n++) {
	        printf(" put-->%d\n", n);
	        put(&buffer, n);
	    }
	    put(&buffer, OVER);
	    printf("producer stopped!\n");
	    return NULL;
	}
	
	/*消費掉緩存中生産出來的資料：消費者線程不斷地從共享的循環緩沖區讀取資料，當消費-1時，程式終止*/
	void * consumer(void * data)
	{
	    int d;
	    while (1) 
	    {
	        d = get(&buffer);
	        if (d == OVER ) break;
	        printf(" %d-->get\n", d);
	    }
	    printf("consumer stopped!\n");
	    return NULL;
	}
	
	int main(void)
	{
	    pthread_t th_a, th_b;
	    void * retval;
	    init(&buffer);
	    //建立生産者線程
	    pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
	    //建立消費者線程
	    pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
	    /* 等待生産者和消費者結束 */
	    pthread_join(th_a, &retval);
	    pthread_join(th_b, &retval);
	    return 0;
	}
           

（二）串行口代碼分析

• 打開序列槽是通過标準的檔案打開函數來實作的

int fd;
	fd = open( "/dev/ttyS0", O_RDWR); /*以讀寫方式打開序列槽*/
	if (-1 == fd)/* 不能打開序列槽一*/
	{ 
	    perror(" 提示錯誤！");
	}
           

• 序列槽設定

最基本的設定序列槽包括波特率設定，效驗位和停止位設定。序列槽的設定主要是設定struct termios結構體的各成員值。
	
	- 波特率設定：
	    struct termios Opt;
	    tcgetattr(fd, &Opt);
	    cfsetispeed(&Opt,B19200); /*設定為 19200Bps*/
	    cfsetospeed(&Opt,B19200);
	    tcsetattr(fd,TCANOW,&Opt);
	
	- 校驗位和停止位的設定：
	    無效驗 8 位
	    Option.c_cflag &= ~PARENB;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= ~CSIZE;Option.c_cflag |= ~CS8;
	    奇效驗(Odd) 7 位
	    Option.c_cflag |= ~PARENB;Option.c_cflag &= ~PARODD;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= ~CSIZE;Option.c_cflag |= ~CS7;
	    偶效驗(Even) 7 位
	    Option.c_cflag &= ~PARENB;Option.c_cflag |= ~PARODD;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= ~CSIZE;Option.c_cflag |= ~CS7;
	    Space 效驗 7 位
	    Option.c_cflag &= ~PARENB;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= &~CSIZE;Option.c_cflag |= CS8;
	
	- 設定停止位：
	    1 位：options.c_cflag &= ~CSTOPB;
	    2 位:options.c_cflag |= CSTOPB;
	
	注：如果不是開發終端，隻是序列槽傳輸資料，而不需要序列槽來處理，那麼使用原始模式(Raw Mode) 方式來通訊，設定方式如下：
	    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); /*Input*/
	    options.c_oflag &= ~OPOST; /*Output*/
           

• 讀寫、關閉序列槽

設定好序列槽之後，讀寫序列槽就很容易了，把序列槽當作檔案讀寫就可以了。
	
	- 發送資料：
	    char buffer[1024];
	    int Length＝1024;
	    int nByte;
	    nByte = write(fd, buffer ,Length)
	
	- 讀取序列槽資料：
	使用檔案操作read函數讀取，如果設定為原始模式(Raw Mode)傳輸資料，那麼read函數傳回的字元數是實際序列槽收到的字元數。可以使用操作檔案的函數來實作異步讀取，如 fcntl，或者select等來操作。
	    char buff[1024];
	    int Len＝1024;
	    int readByte = read(fd, buff, Len);
	
	- 關閉序列槽就是關閉檔案。
	    close(fd);
           

實驗感想與體會

通過這次實驗，我們對環境開發的了解又近了一步。有了實驗一的操作經驗，在完成實驗二時避免走了很多彎路，練習起來更加熟練。這次實驗最大的收獲是遇到問題我們能自己探索解決，更深刻的了解并掌握了相關知識點。希望今後的實驗我們能完成的更加完善與熟練。

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