北京电子科技学院（BESTI）实验报告
课程：信息安全系统设计基础
姓名：20145236 冯 佳 20145206邹京儒
班级：1452
指导教师：娄嘉鹏
实验日期：2016.11.03
实验名称： 固件设计
实验目的与要求：
1.在掌握基于 S3C2410 的 linux 开发环境的配置和使用的基础上进行多线程编译。
2.了解多线程程序设计的基本原理，学会使用prthread库函数。
3.（要求）正确使用连接线等实验仪器，并注意保护实验箱。实验结束之后将实验箱送回。
实验内容、步骤与体会：
一、实验内容：
（同实验一）本次实验建立在掌握嵌入式开发平台使用方法和配置方法的基础上，要求使用windows xp,linux(red hat),arm三个系统（即NFS方式）；在linux系统中安装arm系统，然后利用arm平台完成linux系统中C语言源文件的编译，并在windows系统中执行生成的可执行文件。
此外，本次实验要求掌握多线程编译方法；读懂pthread.c源代码，并且熟悉几个重要的PTHREAD库函数的使用。
二、实验原理：
1.实验相关原理
关于“什么是多线程”的问题：多线程是一种多任务、并发的方式。操作系统会保证线程数目不大于当前CPU数目，使得不同的线程运行在不同的CPU上。也就是说，多线程其实相当于操作系统控制下的多个任务“齐头并进”策略，避免了某个耗时较长的进程长时间独占操作系统（比如我们可以考虑把某个长进程分解为多个短的进程）。
关于本次实验中的源代码理解：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include "pthread.h"
#define BUFFER_SIZE 16
/* 设置一个缓冲区（结构体） */
struct prodcons {
int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 缓冲区数组 */
pthread_mutex_t lock; /* 互斥锁 */
int readpos, writepos;/* 读写的位置 */
pthread_cond_t notempty; /* 缓冲区非空信号 */
pthread_cond_t notfull; /* 缓冲区非满信号 */
};
/* Initialize a buffer */
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;
}
/*--------------------------------------------------------*/
/* Store an integer in the buffer */
void put(struct prodcons * b, int data)
{
pthread_mutex_lock(&b->lock);
/*等待缓冲区非满的时候，才可以向其中写入数据 */
while ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos) {
printf("wait for not full\n");
pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);
}
/* 写过数据之后，将指针向前移动一位 */
b->buffer[b->writepos] = data;
b->writepos++;
if (b->writepos >= BUFFER_SIZE) b->writepos = 0;
/* 设置非空信号 */
pthread_cond_signal(&b->notempty);
pthread_mutex_unlock(&b->lock);
}
/* 其实读和写的代码基本上差不多，只不过最后要把非空设置为非满 */
int get(struct prodcons * b)
{
int data;
pthread_mutex_lock(&b->lock);
/* Wait until buffer is not empty */
while (b->writepos == b->readpos) {
printf("wait for not empty\n");
pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);
}
/* Read the data and advance read pointer */
data = b->buffer[b->readpos];
b->readpos++;
if (b->readpos >= BUFFER_SIZE) b->readpos = 0;
/* Signal that the buffer is now not full */
pthread_cond_signal(&b->notfull);//设置状态信号量，这个是为了“我们”（操作系统）方便地“看出来”这个单元到底可不可用
pthread_mutex_unlock(&b->lock);//释放互斥锁。这一步是很重要的，因为某一个单元在同一时刻只能被一个消费者/生产者使用（不可能同时写数据或者读数据，甚至也不可能同时有两个“人”读或者写数据）
return data;
}
/*--------------------------------------------------------*/
#define OVER (-1)
struct prodcons buffer;
/*下面的函数是生产者和消费者的主要的调用函数（调用上面的函数）*/
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;
}
/*--------------------------------------------------------*/
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;
}
/*主函数：可以注意到先有生产者再有消费者*/
int main(void)
{
pthread_t th_a, th_b;
void * retval;
init(&buffer);
pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
/* Wait until producer and consumer finish. */
pthread_join(th_a, &retval);
pthread_join(th_b, &retval);
return 0;
}
2.实验原理2
异步串行I/O方式是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。不同数据的各不同位可以在不同时间使用同一传输信道。接收方对于同一根线上一连串的数字信号，首先要分割成位，再按位组成字符。本程序主要的流程图如下： 函数主要的步骤即：打开串口；设置串口；读写串口（就像读写文件一样）；关闭串口。
三、实验过程
1.配置实验箱 - 同实验一中一样，配置实验环境 - 连接arm开发板； - 建立超级终端； - 启动实验平台； - 修改windows xp系统的ip使得它与arm机的ip在同一网段; - 在red hat中安装arm编译器; - 配置环境变量。 下面是一些主要步骤的截图：
2.在上述基本的配置工作做好之后，在xp系统中应该可以访问与虚拟机共享的文件夹bc（在命令行输入\虚拟机ip即可）。将实验所需要的代码文件夹（02pthread与03tty）整体拷贝入bc中。
3.打开虚拟机的命令行，输入 cd 02_pthread进入该文件夹；利用ls命令确认里面含有pthread.c和Makefile文件。
4.利用 armv4l-unknown-linux-gcc pthread.c -o pthread -lpthread命令进行多线程编译。
【注：此处，armv4l-unknown-linux-gcc代表交叉汇编，-lpthread代表该代码是多线程代码】
5.之后再次输入ls，应该看到可执行文件。
6.确认超级终端中的共享文件夹已经挂载好之后，在xp环境下的命令行中输入mount -t fns -o nolock 192.168.0.234:/home/bc /host 。之后，即可运行生成的pthread文件。
7.接下来在多线程编译的基础上运行串口文件。环境仍然是上述配置好的环境（包括xp,red hat,arm）。
8.在虚拟机中编译term.c文件。方法同编译pthread.c。运行结果见下：
9.结束实验二；关闭实验箱电源之后依次关闭虚拟机、arm终端和电脑。并整理好实验箱。
三、实验中遇到的疑惑和困难
关于编译pthread.c的时候输入命令回车之后总是提示“not found”的问题：
我们小组在执行一些诸如 cd XXX,或者vi XXX命令的时候，经常遇到这样的错误提示。后来经过与实验指导书的对比，我们发现，实验指导书中的路径和实际执行时的路径是有差别的（比如，pthread文件在虚拟机中的绝对路径就是 /bc/02pthread，而不是指导书中的exp/basic/02pthread）。
