基于linux系統(tǒng)平臺下的nfs方式應(yīng)用程序開發(fā)及實(shí)現(xiàn)

廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院　黃偉杰

?

基于linux系統(tǒng)平臺下的nfs方式應(yīng)用程序開發(fā)及實(shí)現(xiàn)

廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院黃偉杰

與Windows系統(tǒng)以及ios系統(tǒng)不同，Linux操作系統(tǒng)因?yàn)樗碛忻赓M(fèi)的開源代碼資源特性因而在各種臺式計算機(jī)、大型機(jī)以及超級計算機(jī)中裝載并且廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。而嵌入式下的Linux系統(tǒng)則是在目前盛行的Linux系統(tǒng)下進(jìn)行修改然后移植到各種相關(guān)的嵌入式設(shè)備中運(yùn)行的操作系統(tǒng)。目前廣泛運(yùn)用在移動終端網(wǎng)絡(luò)、市面上各種消費(fèi)型電子媒體播放器甚至軍工領(lǐng)域。面對市面上各種Linux系統(tǒng)程序的使用以及開發(fā)，初學(xué)者不免會產(chǎn)生相應(yīng)的疑惑。因此，本人在基于ARM類下的內(nèi)核A8芯片，處理器為三星公司生產(chǎn)的s5pv210開發(fā)板搭載的Linux系統(tǒng)平臺下，運(yùn)用一個簡單易懂的例子來對嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境下的NFS配置以及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述，具有一定現(xiàn)實(shí)意義以及研究價值。

嵌入式下的Linux；進(jìn)線程；后臺；交叉編譯；NFS配置

1　總體設(shè)計方案

本文主要通過三部分內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)，第一部分是系統(tǒng)開發(fā)平臺的搭建，第二部分是基于系統(tǒng)平臺之上對NFS開發(fā)環(huán)境的搭建，最后介紹的是通過Linux嵌入式系統(tǒng)平臺搭建的NFS方式下的程序?qū)崿F(xiàn)。

2　系統(tǒng)開發(fā)平臺的搭建

2.1當(dāng)今各大系統(tǒng)操作平臺

當(dāng)今主流的系統(tǒng)操作平臺有微軟公司旗下的windows操作平臺、蘋果公司的Mac OS操作平臺以及Linux/Unix操作平臺。其中本文著重于介紹嵌入式Linux開發(fā)平臺的搭建［1］。

Linux操作系統(tǒng)是一個免費(fèi)的類Unix的操作系統(tǒng)，基于POSIX和UNIX多用戶，同時支持多線程，與此同時，它還繼承了Unix網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計思想，性能穩(wěn)定。與微軟的windows系統(tǒng)以及蘋果公司的Mac Os系統(tǒng)不同，它擁有大量的開源代碼，圖形界面設(shè)計也是相當(dāng)優(yōu)秀，同時也支持多平臺。當(dāng)今主流的Linux系統(tǒng)有Ubuntu和紅帽（Redhat）等。

2.2嵌入式Linux平臺的搭建

應(yīng)用程序在嵌入式Linux下的開發(fā)與windows下的開發(fā)是完全不同的。微軟公司的windows系統(tǒng)下，可以隨意下載各種集成好的編譯軟件，例如visual Studio，在此環(huán)境下可以迅速完成程序的編輯、編譯和運(yùn)行。與此相比，Linux系統(tǒng)平臺缺少像visual studio這樣簡單高效的編譯軟件，因此進(jìn)行程序開發(fā)需要PC機(jī)與之搭載的嵌入式Linux平臺下進(jìn)行。出于開發(fā)的方便出發(fā)，程序的編輯在PC機(jī)上完成，而程序的調(diào)試運(yùn)行在Linux系統(tǒng)上的終端上完成，最終在開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試。因此，需要在Linux服務(wù)器與開發(fā)板這個客戶端實(shí)現(xiàn)通訊來交換信息。目前最常用的方法莫過于FTP方式。方法是首先在Linux終端上對源程序代碼進(jìn)行編譯，通過將編譯后的文件通過TFTP下載到開發(fā)板上運(yùn)行。雖說簡單方便，但是致命的缺陷是下載速度慢導(dǎo)致效率低下，不能在線調(diào)試。因此，基于此我將在本文接下來討論一種更為高效的方式來實(shí)現(xiàn)信息的交換。這種交換方式叫做NFS［2］。

2.3Linux嵌入式平臺的架構(gòu)

Linux嵌入式平臺的架構(gòu)主要包括Linux服務(wù)器、普通局域網(wǎng)下的計算機(jī)客戶端以及嵌入式Linux開發(fā)板系統(tǒng)。［3］總體設(shè)計思路如圖1所示。

圖1　總體設(shè)計圖

任意一臺PC電腦都可以作為Linux服務(wù)器，在此使用的是Ubuntu操作系統(tǒng)，在此系統(tǒng)上進(jìn)行內(nèi)核移植以及應(yīng)用程序的編輯以及編譯。客戶端可以是多臺計算機(jī)，多半搭載著windows操作系統(tǒng)，完成基本工作，有時候根據(jù)需要與Linux服務(wù)器或者開發(fā)板進(jìn)行連接。而嵌入式Linux開發(fā)板系統(tǒng)則是用開對應(yīng)用程序的最終開發(fā)，需要在服務(wù)器的基礎(chǔ)之上，搭建網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，將服務(wù)器上的一系列目錄掛載到開發(fā)板系統(tǒng)上，進(jìn)而對相應(yīng)的程序進(jìn)行編譯以及運(yùn)行［4］。

2.4Linux操作系統(tǒng)的移植

本文實(shí)驗(yàn)使用的三星公司生產(chǎn)的s5pv210開發(fā)板所搭載的操作系統(tǒng)就是嵌入式Linux，它是把標(biāo)準(zhǔn)的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行一系列修改后加入特定功能所形成的系統(tǒng)。然后將它最終移植到開發(fā)板上運(yùn)行。系統(tǒng)的內(nèi)核移植分為引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核移植以及根文件系統(tǒng)三大塊。

（1）引導(dǎo)程序（bootloader）

引導(dǎo)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前的一段代碼，其最終目的就是啟動內(nèi)核。［5］分為boot+loader兩階段。Boot即為初始化寄出的硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間映射圖，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)。Loader即是將操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像加載到內(nèi)存，之后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核所在的地址運(yùn)行。

（2）操作系統(tǒng)內(nèi)核

內(nèi)核的本質(zhì)是c語言函數(shù)的集合，是硬件的管理者。從應(yīng)用程序的角度來說，內(nèi)核是服務(wù)的提供者，有如下功能：第一為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交應(yīng)。其次為對進(jìn)程的管理，進(jìn)程的創(chuàng)建、終止、通信和調(diào)度。除此之外還有實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存的管理以及設(shè)備的管理。最后一點(diǎn)為虛擬文件系統(tǒng)和帶有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

（3）根文件系統(tǒng)

根文件的內(nèi)容有根目錄”/”；bin文件目錄存放所有用戶都能使用的基本指令；sbin目錄存放的是系統(tǒng)命令，只有管理員才可以使用；usr目錄存放的是用戶的命令以及文檔；dev目錄存放的是設(shè)備文件，設(shè)備文件是Linux操作系統(tǒng)下特有的文件格式，在Linux操作系統(tǒng)下，所有設(shè)備操作都是通過訪問設(shè)備文件來實(shí)現(xiàn)的。除此之外，還有etc等一系列文件。

2.5交叉編譯環(huán)境的建立

利用在計算機(jī)上的編譯軟件將源代碼生成在開發(fā)板上運(yùn)行的最終代碼過程稱為交叉編譯。［6］步驟分為編譯鏈接以及轉(zhuǎn)換三步。其編譯器涉及到arm-linux-gcc等。

3　Linux系統(tǒng)平臺上的NFS開發(fā)環(huán)境的搭建

NFS服務(wù)器在嵌入式開發(fā)中非常常用，可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)與開發(fā)板上的文件共享。目標(biāo)系統(tǒng)通常作為NFS客戶機(jī)使用，Linux主機(jī)作為服務(wù)器，目標(biāo)系統(tǒng)使用NFS，將服務(wù)器上的目錄文件掛載到本地開發(fā)板上，便可以直接運(yùn)行在服務(wù)器上的源程序了，與FTP這種方式相比，效率有了極大的提高。NFS在Linux服務(wù)器上的配置如下：

（1）安裝軟件包，#apt-get install nfs-kernel-server portmap

（2）配置#mkdir /nfs以及#vim /etc/exports，增加以下內(nèi)容為/home/ gec/nfs*（rw，sync，no_root，squash）和/home/gec/nfs（要共享的目錄）。

（3）使用重啟服務(wù)器命令”sudo service nfs-kernel-server restart”

（4）設(shè)定目錄及其權(quán)限。使用命令mkdir nfs，然后chmod 777-r nfs/.

（5）開發(fā)板上操作如下：首先是要確定ip，確定后使用命令mounto nolock 192.168.x.x /home/gec/nfs /mt，mount的意思為掛載。最后就可以進(jìn) /mt進(jìn)行操作了。使用unmount /mt就可以取消掛載。

4　嵌入式Linux系統(tǒng)在NFS方式下代碼的實(shí)現(xiàn)

對于上述的NFS環(huán)境搭建好之后，我們就可以進(jìn)行服務(wù)器與客戶端通訊了，最終實(shí)現(xiàn)程序的開發(fā)。

4.1程序開發(fā)流程

若將Linux系統(tǒng)在windows下的虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)，則首先第一步為在windows下的代碼編輯器上編輯好代碼，然后通過samba方式將代碼共享到虛擬機(jī)上的Linux操作系統(tǒng)，然后使用arm-linux-gcc進(jìn)行交叉編譯，將生成的可執(zhí)行文件通過NFS方式，最終開發(fā)板上利用掛載好的服務(wù)器上的共享目錄進(jìn)行程序的編譯調(diào)試。具體步驟如圖2所示：

圖2　NFS實(shí)現(xiàn)步驟

完成上述所有步驟后，便可以將代碼燒寫到Nandflash上了。

4.2NFS方式下的程序代碼例子

這個例子為實(shí)現(xiàn)s5pv210上的LCD屏幕圖片百葉窗顯示。以此說明嵌入式Linux的程序開發(fā)實(shí)現(xiàn)步驟。

第一步：程序的編輯。考慮到程序的簡單明了，在此就不用windows下的代碼編輯器來編輯代碼，而是直接使用Linux下的vim。在Linux系統(tǒng)上創(chuàng)立的NFS共享目錄/home/gec/nfs下使用文本編輯器來編輯，程序的名字為bmp_show.c。輸入指令#vi bmp_show.c，完成代碼的編輯的后，保存退出編輯器。代碼如下：

#include ＜stdio.h＞

#include ＜sys/types.h＞

#include ＜sys/stat.h＞

#include ＜fcntl.h＞

#include ＜sys/mman.h＞

#include ＜string.h＞

#include ＜stdlib.h＞

void func_blind（char *p_lcd， void * bmp）//百葉窗顯示

｛

int k， j；

for（k=0； k＜201； k+=20）

｛

for（j=0； j＜480； j++）

｛

memcpy（p_lcd+800*4*j， bmp+800*4*j， 4*k）；

memcpy（p_lcd+800*4*j+200*4， bmp+800*4*j+200*4， 4*k）；

memcpy（p_lcd+800*4*j+400*4， bmp+800*4*j+400*4， 4*k）；

memcpy（p_lcd+800*4*j+600*4， bmp+800*4*j+600*4， 4*k）；

｝

usleep（90000）；

｝

｝

int bmp_show（char *filename）//圖片顯示

｛

char *bmp = calloc（800*480， 4）；char *p_lcd；

char buf［800*480*3］；

int i， j， tem， x， y；

int lcd_fd = open（“/dev/fb0”， O_RDWR）；//打開LCD設(shè)備

int bmp_fd = open（filename， O_RDONLY）；//打開bmp格式文件

if（lcd_fd ＜ 0）

｛

perror（"open failed！"）；

return -1；

｝

//創(chuàng)建內(nèi)存映射，大小為800*480*4個字節(jié)，可讀可寫，可被其它進(jìn)程共享

p_lcd = mmap（NULL， 800*480*4， PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED， lcd_fd， 0）；

if（p_lcd == NULL）

｛

perror（"mmap failed！"）；

return -1；

｝

lseek（bmp_fd， 54， SEEK_SET）；//從文件頭位置偏移54個字節(jié)

read（bmp_fd， buf， 800*480*3）；//向bmp圖片讀取800*480*3個字節(jié)的數(shù)據(jù)放在buf里面

for（i = 0， j = 0； i ＜ 800*480*3； i+=3， j+=4）//轉(zhuǎn)換為LCD格式（RGBA）

｛

bmp［j］= buf［i］；// ［R］

bmp［j+1］= buf［i+1］；//［G］

bmp［j+2］= buf［i+2］；//［B］

bmp［j+3］= 0x00；// ［A］

｝

for（y = 0； y ＜ 240； y++）//反轉(zhuǎn)圖片

for（x = 0； x ＜ 800*4； x++）

｛

tem = bmp［x+（479-y）*800*4］；

bmp［x+（479-y）*800*4］= bmp［x+y*800*4］；

bmp［x+y*800*4］= tem；

｝

func_blind（p_lcd， bmp）；//百葉窗顯示

for（i = 0； i ＜ 800*480*4； i++）//LCD內(nèi)存的操作

｛

p_lcd［i］= bmp［i］；//通過單字節(jié)賦值操作LCD內(nèi)存

｝

//memcpy（p_lcd， bmp， 800*480*4）；//使用memcpy操作LCD內(nèi)存

｝

int main（int argc， char **argv）

｛

bmp_show（argv［1］）；//bmp顯示函數(shù)return 0；

｝

第二步為代碼的編譯。使用交叉編譯工具鏈arm-linux-gcc bmp_show.c -o bmp_show，編譯完成后，會在/home/gec/nfs這個目錄下生成bmp_show這個可執(zhí)行文件。

第三步為將剛剛的可執(zhí)行文件掛載到開發(fā)板上的共享目錄上。Ip配置好后，使用命令mount-o nolock 192.168.x.x /home/gec/nfs /mt，然后進(jìn)入到/mnt這個目錄下找到剛剛共享的可執(zhí)行文件。最后將程序運(yùn)行起來。

5　總結(jié)

本文通過在三星公司生產(chǎn)的s5pv210的開發(fā)板上搭建的嵌入式Linux系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上使用的NFS方式進(jìn)行程序開發(fā)，相比傳統(tǒng)的FTP模式的程序傳輸，大大提高了效率，具有一定的價值以及研究意義。

［1］郭昌建.淺析多系統(tǒng)共存［J］.巢湖學(xué)院學(xué)報，2005，7（3）:93-94.

［2］M.Tim Jones.網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)與Linux［J］.2011.

［3］張宇超.網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)中嵌入式Linux操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)研究［D］.重慶大學(xué)，2004.

［4］葉軍，朱華生.嵌入式Linux NFS方式下應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)［J］.微計算機(jī)信息，2007，23（8）:74-75.

［5］陳寶君，張愛麗，仲崇權(quán)，等.嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核啟動過程分析［J］.微計算機(jī)信息，2008，24（11）.

［6］呂鵬.基于ARM的嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)［J］.計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2015（3）:51-51.