Embedded android development (e book)

วรฬห ศรบรรกษวศวกรรมระบบสมองกลฝงตว

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

สนบสนนโดย สำนกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต สำนกงานคณะกรรมการสงเสรมการลงทน และ สมาคมสมองกลฝงตวไทย

EMBEDDED ANDROID DEVELOPMENT

ส เ ส น ท า ง น ก พ ฒ น า


จดทำโดย ผศ. วรฬห ศรบรรกษ

ตดตอ :

169 ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

ถนนลงหาดบางแสน ตำบลแสนสข อำเภอเมองชลบร จงหวดชลบร 20131

โทรศพท 0-3810-2222 ตอ 3380-82 ตอ 203 โทรสาร 0-3874-5806 อเมล [email protected]

ขอมลทางบรรณานกรมของสำนกหอสมดแหงชาต :วรฬห ศรบรรกษ. Embedded Android Development.-- : วรฬห ศรบรรกษ, 2557. 397 หนา. 1. ระบบสมองกลฝงตว 2. ระบบปฏบตการลนกซ 3. แอนดรอยดI. ชอเรอง.

ISBN (e-book) : 978-616-361-117-8

จดจำหนายโดย :

อาคารทซไอเอฟ ทาวเวอร ชน 19 เลขท 1858/87-90 ถนนบางนา-ตราด แขวงบางนาเขตบางนา กรงเทพฯ 10260 โทรศพท 0-2739-8000

หนงสอ eBook เลมนอนญาตใหใชไดตามสญญาอนญาตครเอทฟคอมมอนส # # # # # # # # แสดงทมา-ไมดดแปลง-ไมใชเพอการคา (เผยแพรฟร) 3.0 ประเทศไทย

คำนยม

หนงสอเกยวกบความรทางดานระบบสมองกลฝงตว (Embedded Systems) ทเราพบโดยทวไปมกจะเปนหนงสอเกยวกบไมโครคอนโทรเลอร ทเนนใหเขาใจฮารดแวรและการเขยนโปรแกรมแบบงายๆ ซงปญหาหนงทตามมาคอผสนใจหรอผทอยากจะเปนนกพฒนาไมสามารถจะทำระบบทซบซอนได (เพอใหใชงานไดจรง) หรอการทำ User Interface กทำไดยากมากตองใชเวลามากเปนตน

ปจจบนแนวทางการพฒนาระบบสมองกลฝงตวเรมเปลยนเปนทำงานตอยอดจากแพลตฟอรมเพอชวยลดเวลาการทำฮารดแวรลง เชน ไมตองซอชนสวนมาประกอบเองแตซอบอรดมาใชเลย นอกจากนนการพฒนาโปรแกรมกไมจำเปนตองเรมใหมทงหมด แตเรมจากระบบปฏบตการขนาดเลกและโปรแกรมฟงชนสนบสนนตางๆ ทำใหการพฒนาในลกษณะนสามารถเนนความคดสรางสรรคใหมๆโดยมการทำงาน ทซบซอนไดอยางรวดเรว นอกจากนน อปกรณเชน Smart Phone หรอ Tablet มการกระจายตวอยางรวดเรว มขดความสามารถสงรวมถงมเซนเซอรและความสามารถสอสารตางๆครบถวน จงสงเสรมใหเกดการเขยนโปรแกรมประยกตทดๆอยางมากมาย หรอถกนำเปนอปกรณรวมกบระบบฮารดแวรอนๆไดอยางด

Smart Phone หรอ Tablet ทสดสวนการครอบครองตลาดมากทสดคอระบบปฏบตการแอน ดรอยด ซงมสดสวนประมาณ 56% ตามดวยระบบปฏบตการ iOS ซงมสดสวนประมาณ 22% ดงนนการเขาใจและสามารถพฒนาบนระบบแอนดรอยดใหเกงและชำนาญเปนเรองทจำเปนมาก

หนงสอ “Embedded Android Development สเสนทางนกพฒนา" ทเขยนโดย อ.วรฬห ศรบรรกษ นนบวามความโดดเดนมากทงในแงวชาการ ประวตศาสตร และการนำไปปฏบตจรง สำหรบระบบปฏบตการแอนดรอยดมรากเงาการพฒนาจากระบบปฏบตการลนกซและมาจากระบบปฏบตการ ยนกซ หนงสอเลมนกบรรยายทมาทไปใหผสนใจโดยเฉพาะนกพฒนาไดซาบซง กบประวตความเปนมาละเอยดชวยกระตนความอยากเปนนกพฒนาระบบสมองกลฝงตวไดอยางด

หนงสอเลมนมงสรางนกพฒนารนใหมใหเรมเดนดวยตนเองไดหรอเพอเปนพเลยงทจดเรมเทานน ซงจำเปนมาก นกพฒนาเปรยบเหมอนนกนอยทเรมหดบนซงจรงๆแลว นกทกตวมวญญาณทจะบนเองไดอยแลว ขอใหมโอกาสใหเรมไดบน

ผมเหนวาหนงสอเลมนจะมอบโอกาสใหผทสนใจ เปนนกพฒนาระบบสมองกลฝงตว แอนดรอยด สามารถเรมบนในโลกแอนดรอยดไดอยางมอสระและสรางสรรคสงใหมๆไดครบ

ดร. พนธศกด ศรรชตพงษผอำนวยการศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC)

FOREWORD

I am honoured to be writing the forward for Ajarn Wiroon Sriborrirux’s new book. I have admired Ajarn Wiroon for a long time as one of the leaders and mentors in the embedded systems community in Thailand. He is well known and widely respected in terms of his generousity in sharing his deep technical knowledge, as a teacher, a profes-sional consultant, an advisor to startup companies and as a colleague. It is very fitting for him to be writing this book as a way to continue to share his knowledge with our community in order to keep advancing Thailand forward in the technology field.

The topic of this book, “Embedded Android Development”, is incredibly timely, given the newest developments in terms of the Internet of Things (IOT), cyberphysical trend and the move to a “post-PC era”, or what we can call the “embedded systems era” or “device era”.

Stage 1 of the “embedded systems era” (2000-2015) was about connectivity. We saw the rise of Ubiquitous Computing or Universal Communicator led by mobile phone and smart phones. By putting a very powerful personal computing and communication device into the hands of a major part of the world’s population, this stage built up an important infrastructure for the IOT.

From 2010-2020, we are seeing Stage 2 of this era, with IOT being the keyword of this decade. We will see a rising need to make things “smart”. The challenge is not just in the technology, but rather in creating innovation or value creation that utilises infor-mation or knowledge gathered from connected devices. CISCO predicted that the value created by the use of IOT is expected to reach $14 trillion by 2020 which is only a few years from now. This means tremendous opportunity for the development community.

Within this context, Embedded Android has become very popular in all types of devices requiring user interface such as measurement instruments, kiosk, access control, payment, health monitor, wearable devices, and cars. We are now currently only at the beginning of IOT innovation race, and I believe that we’ll be seeing a lot of exciting in-novations utilising Embedded Android in the next few years.

I am confident that this book should be very useful for key courses such as Unix Systems Programming or Embedded Systems Development. This book should also serve as a very good reference for students working on senior project related to advance em-bedded systems and device development. These days, students learn a lot of theory but have little practical skills, which makes it difficult for them to meet workforce re-quirements. It is refreshing to see a book with a practical knowledge focus that en-hances development skills. It fills a key gap in this field, and particularly in Thailand.

Assistant Professor Apinetr UnakulPresident of Thai Embedded Systems Association (TESA)

คำนำ

หนงสอ Embedded Android Development เลมนไดรบการสนบสนนเงนทนจากศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC) สำนกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต (สวทช.) สำนกงานคณะกรรมการสงเสรมการลงทน (BOI) และสมาคมสมองกลฝงตวไทย (TESA) เพอนำไปใชประโยชนภายใตโครงการสรางเสรมศกยภาพวชาชพ Embedded System เพอสงเสรมการเรยนการสอนทงทกษะดานการเขยนโปรแกรมและหลกการเขาใจการทำงานฮารดแวรทางดานเทคโนโลยสมองกลฝงตวใหนาสนใจและสามารถดงดดนกศกษาใหศกษาตอในสาขา Embed-ded System รวมทงนำไปเผยแพรยงมหาวทยาลยทวประเทศเพอใชประกอบในการเรยนการสอนหรอการฝกอบรมทางดานระบบสมองกลฝงตว

หนงสอเลมนผเขยนตงใจเขยนขนมาจากใจทมงมนและศรทธาเพอตองการสงเสรมและกระตนใหเกดนกพฒนารนใหมภายในเมองไทย โดยผเขยนตงใจนำประสบการณทสงสมอยในวงการเทคโนโลยคอมพวเตอร ระบบปฏบตการลนกซ ระบบสมองกลฝงตว และระบบปฏบตการแอนดรอยด ตลอดระยะเวลาไมนอยกวา 18 ป ซงไดรวบรวมพนฐานความรสำคญทหาอานไดยากแลวนำมาเรยบเรยงใหเหมาะสมกบนสตทเรยนในวชาทเกยวของกบระบบสมองกลฝงตว ตวอยางเชน วชาระบบปฏบตการยนกซ/ลนกซ วชาการเขยนโปรแกรม วชาระบบสอสารและเครอขาย วชาระบบฏบตการคอมพวเตอร และวชาระบบสมองกลฝงตว เปนตน ซงจะเปนพนฐานสำคญในการออกแบบและพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวโดยเฉพาะสำหรบนสตนกศกษาทางดานวศวกรรมคอมพวเตอร วศวกรรมไฟฟาอเลกทรอนกส วศวกรรมไฟฟาสอสาร วศวกรรมไฟฟาควบคม วทยาการคอมพวเตอร และสาขาทใกลเคยง

นอกจากนนยงเหมาะสำหรบนกพฒนาและผทสนใจการทำงานภายในระบบสมองกลฝงตว ซงเนอหาในหนงสอเลมนจะรวบรวมศาสตรความรทเกยวของในการออกแบบและพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวเพอนำไปใชในการปรบปรงหรอสรางสรรคผลตภณฑใหมในอนาคตได วตถประสงคหลกของหนงสอเลมนตองการปพนความรตงแตการใชงานระบบปฏบตการลนกซเพอใหคนเคยกบคำสงทเกยวของตงแตระดบพนฐานจนถงระดบกลางใหผอานเขาใจระบบลนกซเคอรเนล การพฒนาโปรแกรมระดบลาง การเตรยมสภาพแวดลอมใหพรอมสำหรบการปรบแตงระบบปฏบตการลนกซ เครองมอทเกยวของทงหมดสำหรบการพฒนาโปรแกรมบนระบบสมองกลฝงตว ทำความเขาใจโครงสรางระบบปฏบตการแอนดรอยด การพฒนาโปรแกรมดวยโปรแกรมภาษา C/C++/JAVA/Python และการประยกตบนบอรดสมองกลฝงตว โดยในบทสดทายเปนการยกตวอยางกรณศกษาและแนวคดสำคญในการออกแบบและพฒนาเพอใหผอานสามารถเขาใจและสามารถเชอมโยงความรทไดเพอนำไปสการเรมตนการออกแบบและพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวในอนาคต

กตตกรรมประกาศ

หนงสอ Embedded Android Development เลมนจะสมบรณไมไดถาขาดการชวยเตรยมขอมลประกอบสำหรบแตละบทจากลกศษยทรกและนกวจยประจำหองปฏบตการวจยและพฒนาดานสมองกลฝงตวของขาพเจา ซงไดแก นายสรไกร ไกรปย นายธตพงษ สอนจนทร นายภานวฒน พรหมศร นายวธ-วช บญแยม นายวระเดช ขมทอง นายวสนต วยะรนดร นายปรวฒน เลยมสำราญ นายนพนธ สมหมาย นายจเร ปยฉตรพนม นายนฐพงษ แสงสงาศร และนายกตตศกด พรมศร รวมทงเพอนรวมงานทคอยเปนกำลงใจ ซงไดแก ดร.ภาณวฒน ดานกลาง รศ.ดร.ณกร อนทรพยง และ ดร.อภรฐ ลมมณ

ขอขอบคณภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา ทสนบสนนใหมการเปดสาขาวชาทางดานวศวกรรมอเลกทรอนกสและระบบสมองกลฝงตว และหลกสตร Embedded Systems Engineering (English Program) ซงทำใหขาพเจาไดมโอกาสสอนและทำการวจยและพฒนาองคความรทางดานวศวกรรมระบบสมองกลฝงตว รวมทงขอขอบคณนายกสมาคมสมองกลฝงตวไทย ผชวยศาสตราจารยอภเนตร อนากล และ ผจดการสมาคมฯ พขนษฐา ประสารสข ทไดใหขาพเจาไดมโอกาสเขามารวมทำงานและสรางกจกรรมดๆตงแตป พ.ศ. 2548 เปนตนมา

ทสำคญดวยกำลงใจทเปยมลนจากครอบครวทรกของขาพเจาเอง (นางณฐณชา หนคง และ ด.ญ. ปวรนนทน ศรบรรกษ) ทคอยเปนกำลงใจตลอดระยะเวลาหลายเดอนของการเขยนหนงสอเลมน ขอบพระคณบดา (นายสามารถ ศรบรรกษ) มารดา (นางแดง ศรบรรกษ) ทใหชวตทมคานแกขาพเจาไดมโอกาสสรางสรรผลงาน และสรางคนสำหรบวงการระบบสมองกลฝงตว เพอสกวนหนงเมองไทยจะไดเหนความสำคญทแทจรงของเทคโนโลยเหลาน

สารบญ

บทท 1 พนฐาน Unix/Linux สำหรบนกพฒนา 13

ประวตระบบปฏบตการ Unix/Linux 13

ประเภทของ Licenses 18

ปรญชา และความรพนฐานของระบบปฏบตการลนกซ 19

กระบวนการทำงานของเชลล และชดคำสงทเกยวของ 20

ตวแปรสภาพแวดลอมของระบบ 28

การเรยกใชงานคำสงภายในเชลล และภายนอกเชลล 32

คำสงพนฐานสำหรบนกพฒนาดานบนระบบสมองกลฝงตว 33

คำสงตรวจสอบทรพยากรระบบ 33

คำสงตรวจสอบการใชหนวยความจำระบบ 36

คำสงตรวจสอบการใชพนทสำหรบเกบขอมล 37

คำสงสำหรบการบรหารจดการโปรเซส 38

การอานสถานะของทรพยากรระบบจากไดเรกทอร /proc 43

คำสงเกยวกบการเปดอานขอมลภายในไฟล 45

คำสงคนหาขอความและไฟลดวยชด Regular Expressions 48

คำสงจดการดานระบบเครอขาย 60

บทท 2 พนฐานลนกซคอรเนลสำหรบนกพฒนา 67

Linux Kernel 68

Linux Versioning 69

โครงสรางไดเรกทอร และขนาดพนทของ Linux Kernel 3.2 70

พนฐานการปรบแตงและสราง Custom Kernel 73

5 ขนตอนพนฐานการคอมไพล Linux Kernel 74

คอมไพล Linux Kernel 3.x สำหรบ Ubuntu ทใชอย 81

การพฒนา Linux Kernel Module 84

พนฐานการเขยน Linux Module 88

พนฐานการเขยนโปรแกรมไดรเวอรสำหรบ character device 92

การเพม Linux Module ใหมเขาไปยง Linux Source Tree 97

บทท 3 Embedded Linux Development 100

ความเปนมาของระบบสมองกลฝงตว 100

สถาปตยกรรมในระบบสมองกลฝงตว 104

สถาปตยกรรมไมโครโปรเซสเซอรและอปกรณฮารดแวรสำคญสำหรบระบบสมองกลฝงตว 104

กอนจะเปนบอรดสมองกลฝงตว 106

เรมตนสการพฒนาบนระบบปฏบตการ Embedded Linux 109

องคประกอบการเตรยมสภาพแวดลอมสำหรบ Embedded Linux 109

การเชอมตอระหวางเครอง Host และ บอรด Target 112

เครองมอ Cross Toolchains 116

ประเภทของ Cross Toolchains 117

องคประกอบหลกภายใน Cross Toolchains 118

ขนตอนการเตรยมระบบสำหรบพฒนาบน Embedded Linux 120

การเตรยมสภาพแวดลอมใหกบเครอง Host 121

Toolchain Options ทสำคญ 123

Bootloaders 124

รายละเอยดภายใน Kernel Image ทใชในบอรดสมองกลฝงตว 126

Linux File Systems 127

Virtual Filesystems 127

การปองกนขอมลภายในระบบไฟล 134

Embedded Linux File System 137

ระบบไฟลในระบบสมองกลฝงตว 139

Memory Technology Devices (MTD) 140

ขนตอนการเขาโหลดระบบไฟลเพอเขาสระบบฏบตการ Embedded Linux 142

BusyBox มดพกพาสารพดประโยชน 147

การพฒนาระบบสมองกลฝงตวภายใตระบบจำลองเสมอนจรง 152

ขนตอนการทดสอบการรนโปรแกรมภาษา C บน QEMU 155

ขนตอนการทดสอบ BusyBox ภายใน Root Filesystem บน QEMU 157

การสรางระบบจำลองสถาปตยกรรม ARM ดวยชดเครองมอ Buildroot บน QEMU 161

ตวอยางการสรางระบบจำลองเสมอนของบอรด Raspberry Pi บน QEMU 168

ตวอยางการสรางระบบจำลองเสมอนของบอรด Friendly ARM บน QEMU 171

บทท 4 พนฐานการเขยนโปรแกรมภาษา C/C++ และ Qt สำหรบนกพฒนา 178

พนฐานเขยนโปรแกรมภาษา C/C++ สำหรบการพฒนาระบบสมองกลฝงตว 178

พนฐานการสราง Makefile 179

การสรางและอางองไลบราร 181

การพฒนาโปรแกรมเพอเขาถงระบบไฟล 184

การพฒนาโปรแกรมตดตอพอรตอนกรม 185

การพฒนาโปรแกรมสอสารระหวางโปรเซส 198

การพฒนาโปรแกรมสอสารบนระบบเครอขาย 210

การพฒนาโปรแกรมเกบขอมลดวย SQLite 218

การดบกโปรแกรมภาษา C/C++ 220

การเขยนโปรแกรมภาษา C++ ดวย Qt 227

การตดตง Qt สำหรบแตละระบบปฏบตการ 227

กลไกการทำงานของ Signal และ Slot 232

การพฒนาโปรแกรมตดตอพอรตอนกรม 236

การพฒนาโปรแกรมแบบ Multi-threading 240

บทท 5 พนฐานระบบปฏบตการแอนดรอยดสำหรบนกพฒนา 244

ระบบปฏบตการแอนดรอยด 244

สถาปตยกรรมของระบบปฏบตการแอนดรอยด 247

แนวทางการพฒนา Embedded Android 250

เตรยมสภาพแวดลอมสำหรบการพฒนา Embedded Android 252

เตรยมสภาพแวดลอมบนเครอง Host 252

Android Open Source Project (AOSP) 254

ดาวนโหลดซอรส AOSP 254

โครงสรางภายใน AOSP 256

Android Kernel 258

ขนตอนการคอมไพล AOSP มาเปนระบบปฏบตการแอนดรอยด 259

ระบบปฏบตการแอนดรอยดบน Android Emulator 265

พนฐานการใช Android Debug Bridge (ADB) 267

ขนตอนการปรบแตง Android Kernel สำหรบ Emulator 271

ขนตอนการตดตง Android Kernel สำหรบ Android Emulator (Goldfish) 271

การพฒนา Kernel Module สำหรบระบบปฏบตการแอนดรอยด 276

การสรางโปรแกรมประยกตเพอฝงลงระบบปฏบตการแอนดรอยด 280

ชดเครองมอและคำสงภายใน Android Emulator 288

บทท 6 พนฐานการเขยนโปรแกรมภาษาจาวาบนแอนดรอยดสำหรบนกพฒนา 302

เครองมอพฒนา Android Studio IDE 303

วธการตดตง Android Studio IDE 304

การตดตงและเรยกใชโปรแกรมบนอปกรณแอนดรอยด 309

การยายโคดโปรแกรมเดม Eclipse IDE มาส Android Studio 311

Apache Ant สำหรบการนกพฒนาแอนดรอยด 312

Android Activity 313

User Interface 320

Android Adapter 329

Android Intent 332

Broadcast Receiver 333

การพฒนาโปรแกรมดวย Android Native Development Kit 337

พนฐาน Android NDK 337

เรมตนการพฒนาโปรแกรม Android NDK 340

ตวอยางโปรแกรม Hello World ดวย Android NDK 342

พนฐานการพฒนา JAVA Native Interface (JNI) 348

ตวอยางการสรางและเรยกใช JNI Methods 352

ตวอยางการพฒนา Android NDK Multi-Threading 359

บทท 7 การพฒนาโปรแกรมประยกตบนระบบสมองกลฝงตว 366

ตวอยางการพฒนาโปรแกรมบนบอรด Raspberry Pi 366

เครองมอพฒนาพนฐานสำหรบ Android และ Arduino 382

ตวอยางการเชอมตอระหวาง Android กบ Arduino ผาน ADK 386

ตวอยางการพฒนาการแสดงสญญาณไฟฟากลามเนอ (EMG) 389

บทสรปและกาวตอไป... 395

ประวตผเขยน 396

บทท 1 พนฐาน UNIX/LINUX สำหรบนกพฒนา

ประวตระบบปฏบตการ Unix/Linux

เปนระยะเวลาไมนอยกวา 55 ป เมอยอนกลบไปตงแตกอนทนกพฒนาจากหองปฏบตการ Bell จะพฒนาระบบปฏบตการแบบใหมชอระบบปฏบตการ UNIX โดยใชภาษาซ (C Language) เปนภาษาโปรแกรมหลกในการเขยนระบบปฏบตการตวนขนมา จนกลายเปนภาษาทไดรบความนยมในหมนกเขยนโปรแกรมมากทสด จดเรมตนของเรองนทงหมดเกดขนในป ค.ศ. 1960 ซงไดเรมมการพฒนาระบบปฏบตการแบบแบงเวลา (timesharing) โดย Dartmouth College และ Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) ซงมจดเดนคอ ผใชหลายคนสามารถใชเครองในเวลาเดยวกนได โดยอาศยการแบงเวลาของหนวยประมวลผลกลางใหแกผใชเวยนกนไป ถกพฒนาขนโดยภาษาโปรแกรมเบสค (BASIC Language) แตประสบความสำเรจในการใชงานทางธรกจแคชวงระยะหนง ในขณะทระบบปฏบตการอกตวชอ CTSS (MIT's Compatible Time-Sharing System) จาก M.I.T. ซงเปนระบบฏบตการทไดถกออกแบบเพอใหเปนระบบปฏบตการอเนกประสงค กไดรบความนยมในกลมนกวทยาศาสตรเปนพเศษ หลงจากนนไมนาน ทาง M.I.T. หองปฏบตการ Bell และบรษท GE (General Electric) ซงเปนบรษทผผลตคอมพวเตอร ไดรวมกลมกนเพอทำการวจยและออกแบบระบบปฏบตการแบบแบงเวลาตวใหม ใหมความสามารถมากขนและกำหนดชอระบบปฏบตใหมนชอวา MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service)

แมวาตวระบบปฏบตการ MULTICS จะสามารถรองรบผใชไดหลายรอยคน แตโครงการกยงเกดปญหาขนหลายอยาง โดยเฉพาะอยางยงตวภาษา PL/I ทใชในการเขยนโปรแกรมนนยงอยในระหวางการพฒนาและมการพฒนาลาชากวากำหนดการทกำหนดไวมากและมขอบกพรองมากมาย รวมทงปจจยอนทเทคโนโลยในขณะนนเองกยงไมพรอม หองปฏบตการ Bell จงไดถอนตวออกจากโครงการหลงจากสนสดโครงการระยะแรก

หนงในนกวจยของโครงการชอ Ken Thompson จงเรมหาแนวทางในการทำวจยตอไป โดยยงคงนำระบบปฏบตการ MULTICS มาทำการพฒนาตอ ซงไดทำการยอสวนโคดโปรแกรมโดยใชภาษาแอสเซมบล (Assembly Language) ในการพฒนาระบบปฏบตการตวใหมนบนเครองมนคอมพวเตอรรน PDP-7 จนกลายเปนระบบปฏบตการทสามารถทำงานไดเปนอยางด และในทสดกไดถกตงชอใหมโดยหนงในนกวจยของหองปฏบตการ Bell ชอ Brian Kernighan วา UNICS (Uniplexed Information and Computing Service) เพอเปนการลอเลยนโครงการ MULTICS และตอมากไดรบการเปลยนชอเปน UNIX ในทสด

ตอมากไดมนกวจยคนอนๆในหองปฏบตการ Bell เรมสนใจทจะขอเขารวมโครงการเพอพฒนาระบบปฏบตการ UNIX ของ Ken Thompson มากขน และคนแรกทไดเขารวมกคอ Dennis Ritchie เพอพฒนาระบบปฏบตการ UNIX อยบนเครองมนคอมพวเตอรรน PDP-11 ซงมขดความสามารถสงกวา

13

Embedded Android Development สเสนทางนกพฒนา

เครองรน PDP-7 เดม ตอมานกวจยทเหลอกไดเขารวมโครงการทงหมด จนทำใหระบบปฏบตการ UNIX ทอยบนเครองรน PDP-11/45 และ PDP-11/70 ไดรบความนยมในตลาดสงในชวงทศวรรษท 1970 เพราะไดเพมขนาดของหนวยความจำใหขนาดใหญ และมกลไกการปองกนหนวยความจำ ทำใหเปนเครองคอมพวเตอรท สามารถรองรบการใชงานผ ใชหลายคนในเวลาเดยวกนไดพรอมกน

นอกจากนนหองปฏบตการ Bell ยงไดวางแผนพฒนาภาษาโปรแกรมตวใหม เพอใชในการเขยนระบบปฏบตการเนองจากคอมพวเตอรแตละรนจะมโครงสรางทางฮารดแวรแตกตางกน ทำใหตองใชเวลาในการพฒนาดวยภาษาโปรแกรมแอสเซมบลมากพอสมควร จงเปนเหตผลสำคญทจะตองเรงสรางภาษาโปรแกรมตวใหมทยดหยนสำหรบระบบปฏบตการในอนาคต โดยในระยะแรกของการพฒนาภาษาโปรแกรมนนทาง Ken Thompson ไดเลอกใชภาษาบ (B Language) ซงเปนภาษาโปรแกรมทพฒนาตอมาจากภาษา BCPL (Basic Conbined Programming Lanaguge) พฒนาโดย M.I.T. ดงววฒนาการภาษาโปรแกรมดงรปขางลาง

รปท 1.2 ววฒนาการภาษาโปรแกรม

14


รปท 1.1 Ken Thompson และ Dennis Ritchie

ตวอยางโปรแกรมแสดงคา 5 Factorials โดยเปรยบเทยบรปแบบการเขยนโปรแกรมดวยภาษา BCPL และภาษาบ

โปรแกรมดวยภาษา BCPL:

GET "LIBHDR"LET START() = VALOF $( FOR I = 1 TO 5 DO WRITEF("%N! = %I4*N", I, FACT(I)) RESULTIS 0)$AND FACT(N) = N = 0 -> 1, N * FACT(N - 1)

ตวอยางโปรแกรมภาษาบจากตวอยางหนงสอท Ken Thompson เปนผเขยน

/* The following function will print a non-negative number, n, to the base b, where 2<=b<=10, This routine uses the fact that in the ASCII character set, the digits 0 to 9 have sequential code values. */ printn(n,b) { extrn putchar; auto a; if(a=n/b) /* assignment, not test for equality */ printn(a, b); /* recursive */ putchar(n%b + '0');}

แตเนองจากตวภาษาบเองนน เปนภาษาโปรแกรมทมโครงสรางขอมลและรปแบบการควบคมภายในยงมขอจำกดอยพอสมควร ทำใหการพฒนาระบบปฏบตการ UNIX โดยใชภาษาบยงไมคอยประสบความสำเรจเทาทควร ดงนนทาง Dennis Ritchie จงไดพฒนาและปรบปรงภาษาบใหมคณสมบตทเหมาะสมในการเขยนระบบปฏบตการมากยงขน และในทสดกไดกลายมาเปนภาษาโปรแกรมตวใหมชอวา ภาษาซ (C Language) ตอมาทาง Thompson และ Ritchie ไดรวมกนพฒนาระบบปฏบตการ UNIX จากภาษาซใหมทงหมด ทำใหภาษาซกลายมาเปนภาษาโปรแกรมทไดรบความนยมในหมนกเขยนโปรแกรมอยางมากเนองจากเปนภาษาอเนกประสงคทเหมาะกบการใชเขยนโปรแกรมแบบตางๆและหลากหลาย ทงยงเปนภาษาโปรแกรมทสามารถทำความเขาใจไดงายและสามารถนำโคดโปรแกรมเกามาใชงานประยกตกบโปรแกรมใหมได ตอมาในป ค.ศ. 1974 Ritchie และ Thompson ไดตพมพผลงานการวจยและพฒนาระบบปฏบตการ UNIX ตวใหมน จนเปนผลใหทงสองไดรบรางวล ACM Turing Award ในป ค.ศ. 1984

15


จากผลงานดงกลาวทางบรษท AT&T ผเปนเจาของหองปฏบตการ Bell และเปนผถอลขสทธระบบปฏบตการ UNIX ไดอนญาตใหมหาวทยาลยตางๆ ใชระบบปฏบตการ UNIX โดยเสยคาธรรมเนยมเพยงเลกนอย เพอหวงใหเปนทนยมมากยงขน ในขณะนนดวยระบบปฏบตการจะมากบเครอง PDP-11 ซงยงทำงานไมมประสทธภาพดพอและยงใชงานยากอย จงทำใหเกดการวจยและพฒนาปรบปรงระบบปฏบตการ UNIX กนอยางกวางขวาง จนกระทงในทสดกไดเกดตวใหมขนทชอวา ระบบปฏบตการ BSD UNIX (Berkeley Software Distribution UNIX) ซงถกพฒนาโดย University of California (UC Berkeley) จนกลายเปนตวหนง ทไดรบความนยมและมการใชงานกนอยางแพรหลายในสถาบนการศกษา ตอมาหนวยงานกระทรวงกลาโหมของสหรฐฯ (Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA) กไดใหทนกบทาง UC Berkeley เพอพฒนาระบบปฏบตการ UNIX ตอใหกลายเปน Version 4 BSD เพอรองรบการสอสารของเครอขาย DARPA ทใชมาตราฐานในการสอสารชอวา TCP/IP ตอมาในป ค.ศ. 1993 ทาง UC Berkley กไดออกตว BSD รน 4.4 ทรองรบการสอสารแบบโปรโตคอล X.25 แตเปนทนาเสยดายทในทสด UC Berkeley กไดหยดการพฒนาระบบปฏบตการ UNIX ในเวลาตอมา

หลงจากนนไมนานพฒนาการของเครองคอมพวเตอรกเรมมประสทธภาพสงขน ในขณะทราคาฮารดแวรกเรมถกลง ในทสดระบบปฏบตการ UNIX ทเคยอยในระดบมนคอมพวเตอรกสามารถนำมาใชบนคอมพวเตอรสวนบคคล (Personal Computer) ทเรยกวา “XENIX” แมในยคแรกของเครอง XENIX ยงมเพยงหนาจอทแสดงแตเพยงตวหนงสอ (Text Mode) จนกระทงชวงกลางทศวรรษ 1980 กไดมการพฒนา X-Window ขนมาทำใหการใชงาน UNIX กเรมม GUI (Graphic User Interface) เกดขน

บรษท AT&T ยงคงผลกดนการพฒนาระบบปฏบตการ UNIX จนกระทงถงรน System V Release 4 (SVR4) ทาง AT&T ไดพยายามรวมขอกำหนดและมาตราฐานตางๆ ของ BSD UNIX และ XENIX

16


รปท 1.3 ระบบปฏบตการ Unix ในวารสาร The Bell System Technical Journalcopies of the 1978 and 1984 special Unix issues of the Bell System Technical Journal (Link)

http://livepage.apple.com/

http://livepage.apple.com/

เขาไปดวยกน ซงทงสองสามารถถกนำไปใชงานไดบน SVR4 ไดดวยเหตการณครงนทำใหกลมนกพฒนาและบรษททเกยวของเรมวตกกงวลวาจะเกดการผกขาดในการกำหนดมาตราฐานของระบบปฏบตการ UNIX จากบรษท AT&T หรอไม ทงหมดจงไดรวมตวกนจดตงองคกร Open Software Foundation (OSF) ขนเพอรวมวจยและรวมกำหนดมาตราฐานตางๆของระบบ UNIX ในเวลาตอมา

นอกจาก UC Berkeley แลว กยงมบรษทรายอนๆทพฒนาเครองคอมพวเตอรระดบสงเพอใชในดานธรกจ เชน บรษทซนไมโครซสเตม (SunOS และ Solaris) บรษท DEC (เครอง Ultrix จนเปลยนชอเปน OSF/1) บรษทไมโครซอฟต (เครอง XENIX) บรษทไอบเอม (เครอง AIX) ซงสวนใหญจะยดแนวระบบปฏบตการของ BSD หรอไมก System V สำหรบระบบปฏบตการ UNIX นน ปจจบนไดกลายเปนเครองหมายการคาจดทะเบยน (Registered Trademark) ของหนวยงานทชอ The Open Group ซงเปนหนวยงานทกำหนดและรบรองมาตรฐานของระบบปฏบตการ UNIX ไว 2 แบบคอ

• ระบบปฏบตการทไดมาตรฐาน UNIX ซงใชมาตรฐานของ The Open Group ในการพฒนาขนมา เชน Digital UNIX, SCO UNIX, IBM's OpenEdition MVS• ระบบปฏบตการคลาย UNIX (UNIX Compatible) เปนระบบปฏบตการทมลกษณะคลายระบบ ปฏบตการ UNIX แตยงไมไดจดทะเบยนรบรองเปนทางการ เชน Sun Solaris, IBM AIX, Linux

โครงการ GNU (GNU Project) ไดถกรเรมจากนกวจยจาก M.I.T ชอ Richard Stallman เนองจากระบบปฏบตการ UNIX ไมไดฟรอกตอไปแลว โดยวตถประสงคหลกของโครงการนคอการพยายามเรมตนสราง C compiler (gcc), make (GNU make), Emacs, C library (glibc), และ coreutils (เชนคำสง ls, cp เปนตน) ใหมทงหมดเพอใหทกคนสามารถนำไปใชไดฟร แตอยางไรกตามโครงการนกยงคงขาดตวแกนกลางสำคญสำหรบระบบปฏบตการทเรยกวาเคอรเนล (Kernel) จนกระทงป ค.ศ. 1991 นกศกษา

17


รปท 1.4 TimeLine ของระบบปฏบต UNIX/LINUX

สาขาวทยาการคอมพวเตอร มหาวทยาลย Helsinki ประเทศฟนแลนดชอ Linus Torvalds ไดมแนวคดทจะสรางระบบปฏบตการแบบเปดและฟร โดยมพนฐานคลายระบบปฏบตการ UNIX ซงไดใชเครองมอจากโครงการ GNU ทงหมด ไมวาจะเปน C library, gcc, binutils, fileutils, make, emacs เปนตน รวมทงการพฒนา Kernel โดยพยายามพฒนาโปรแกรมทงหมดตามมาตราฐาน POSIX เชนเดยวกนระบบปฏบตการ UNIX จนในทสดกสามารถออกมาไดสำเรจในชอระบบปฏบตการ Minix และทาง Linus Torvalds กไดเปดเผยโคดโปรแกรมของระบบปฏบตการทงหมดสสาธารณะ เพอใหนกพฒนาทวโลกชวยกนปรบปรงแกไข จนกระทงออกเวอรชน 1.0 (ค.ศ. 1994) และ เวอรชน 2.2 (ค.ศ. 1999) ตามลำดบ จนไดชอวาระบบปฏบตลนกซ (Linux) ในทสด

ประเภทของ LICENSES

จากการเกดขนของโครงการ GNU โดย Richard Stallman ทตองการใหนกพฒนาและผใชงานสามารถนำไปใชไดฟรโดยไมมคาใชจาย แตกจะตองนำไปใชภายใตเงอนไขการคมครองตามลขสทธทผพฒนากำหนดไว ดงตวอยางลขสทธบางสวนตามตารางขางลางน

LICENSE เงอนไข

GNU General Public License (GPL)

หากมการนำโคดโปรแกรมไปทำการแกไข หรอ เขยนโปรแกรมขนมาใหมเพอเรยกใชฟงกชน คลาส หรอไลบราร โปรแกรมใหมทเกดขนนนจะตองม GPL license ตดไปดวย ซงลกษณะของสญญาอนญาต GPL มลกษณะ “เสร” ดงน - เสรภาพในการใชงาน ไมวาใชสำหรบจดประสงคใด - เสรภาพในการศกษาการทำงานของโปรแกรม และแกไขโคด - เสรภาพในการจำหนายโปรแกรม -เสรภาพในการปรบปรงและเปดใหบคคลทวไปใชและพฒนาตอโดยมเพยงเงอนไขวาการนำไปใชหรอนำไปพฒนาตอ จำเปนตองใชสญญาอนญาตเดยวกน

GNU Lesser General Public License (LGPL)

หากมการนำโคดโปรแกรมไปทำการแกไข หรอ เขยนโปรแกรมขนมาใหมเพอเรยกใชฟงกชน คลาส หรอไลบราร โปรแกรมใหมทเกดขนนนไมจำเปนตองตด LGPL (Lesser GPL) ไปดวย แตสวนของโคดโปรแกรมชดเดมกยงคงตองม LGPL ตดไปดวย โปรแกรมสวนทเขยนขนมาเองสามารถนำไปขายไดแตจะตองระบอยางชดเจนวาไดนำโปรแกรมสวนใดมาใชในการพฒนาบาง

18


LICENSE เงอนไข

Apache Licenseใหแสดงในเอกสารวาไดใชโคดโปรแกรม หรอ ไลบราร ทเปน Apache License สวนโปรแกรมทพฒนาขนมาใหมเองสามารถเลอกใช license แบบไหนกได

BSD Licensesโคดโปรแกรมทไดทำการแกไขไมจำเปนตองเปดเผยโคดโปรแกรม มเพยงขอความเจาของสญญาอนญาตเดมเทานนทตองแสดง

Creative Commons Licenses

ถกนำไปใชในลขสทธ ของผลงาน โดยอาจเปนผลงานการเขยน รปภาพ หรอการออกแบบ โดยเจาของผลงานสามารถเลอกไดวาผลงานของตวเองจะใหม license เปนแบบไหน เชน แสดงทมา , แสดงทมาไมใชเพอการคา , แสดงทมาไมใชเพอการคาไมดดแปลง เปนตน

ปรชญา และความรพนฐานของระบบปฏบตการลนกซ

ในอดตการใชงานระบบปฏบตการลนกซ เปนเรองทหลายคนคดวามความซบซอนและยากตอการทำความเขาใจ เพราะอาจตองใชความเขาใจในเชงลกเกยวกบระบบคอมพวเตอรและระบบเครอขายพอสมควร เชนการใชคำสงในการสงการระบบปฏบตการ การตงคาการทำงานบนบอรดสมองกลฝงตว หรอการเขยนโปรแกรมประยกตเพอใชในการควบคมจดการระบบการสอสารตางๆ หรอการตดตอสอสารขอมลระหวางฮารดแวร เหลาน ลวนตองใชความรและทกษะหลายดานประกอบกนจงทำใหมใชงานในอยวงจำกด ตวอยางเชน ศนยคอมพวเตอรแมขาย บรษททออกแบบอปกรณทมระบบสมองกลฝงตวทางดานระบบสอสารและโทรคมนาคม หองปฏบตการภายในมหาวทยาลย หรอหนวยวจยภาครฐ/ภาคเอกชน เปนตน

แตอยางไรกตามในปจจบนหลายคนกไมสามารถปฏเสธไดวาระบบปฏบตการ UNIX/LINUX เรมเขามามบทบาทในชวตประจำวนมากขน ไมวาจะเปนระบบอเมลในองคกร ระบบไฟลภายในองคกร เวปแอพพเคชนทโดงดงตางๆ (facebook, google, twitter) ลวนแลวแตทำงานอยภายใตระบบปฏบตการ UNIX/LINUX เกอบทงสน นอกจากนนภายในอปกรณเครองใชไฟฟา อปกรณสอสารชนดพาพก กถกสงการดวยระบบปฏบตการอนทรงพลงอยางระบบปฏบตการลนกซอยเบองหลงในการทำหนาทควบคมดแลการทำงานของระบบภายในอปกรณ ทำหนาทตดตอกบผใชผาน GUI (Graphic User Interface) และทำหนาทในการสอสารผานระบบเครอขายไปยงศนยกลาง เปนตน ดงนนนกพฒนาไมวาจะระดบใดหรอนสตนกศกษาทเรยนในสายวทยาศาสตรคอมพวเตอร เทคโนโลยสารสนเทศ วศกวรรมไฟฟา วศวกรรมคอมพวเตอร วศวกรรมระบบควบคม ทงหลาย จงมความจำเปนอยางยงทจะตองเรมทำความเขาใจหลกการทำงานของระบบปฏบตการลนกซ ไมวาจะเปนการใชคำสงพนฐาน การใชงานโปรแกรมประยกต

19


ตางๆ รวมทงการพฒนาภาษาโปรแกรม ภายใตระบบปฏบตการลนกซ เพอเพมโอกาสใหกบตวเองในอนาคต ในสายอาชพนกพฒนาโปรแกรม นกพฒนาระบบสมองกลฝงตว นกพฒนาระบบสอสารแบบใหม นกวจยทางดานการวศวกรรมการแพทย วศวกรรมชวภาพ นกธรกจทางดานบรการสารสนเทศ นกธรกจทางดานอปกรณใชเทคโนโลยขนสง เปนตน

จดเรมตนเพอกาวเขาสนกพฒนาทดทสดคอ การเรมตนการใชงานระบบปฏบตการลนกซ ทำความเขาใจปรญชาพนฐานของระบบปฏบตการลนกซแลวลงมอปฏบต ดวยการทดลองใชคำสงตางๆจากงายๆไปสยากและทำอยางตอเนอง ผลจากการเรยนรฝกฝนเหลานจะนำไปสเสนทางทยงใหญและเตมไปดวยทางเลอกมากมาย จะพบเจอกบแหลงความรอนมหาศาลทจะมโอกาสสรางสรรสงใหมๆใหเกดขนไดอยางเหลอเชอ ซงเนอหาภายในบทนเปนการรวบรวมและสรปคำสงและความรพนฐานทสำคญในการใชระบบปฏบตการลนกซซงจะเหมาะสำหรบนกพฒนารนเยาวจนถงนกพฒนาระดบกลาง ประกอบไปดวยหวขอดงตอไปน

- เรยนรกระบวนการทำงานของเชลล (Shell) และ Standard I/O Stream- ตวแปรภายในระบบ (Environment Variable)- การเรยกใชงานคำสงภายในเชลล และภายนอกเชลล- คำสงพนฐานสำหรบนกพฒนาดานระบบสมองกลฝงตว- คำสงพนฐานในการตงคาและดแลจดการบรการดานระบบเครอขาย

กระบวนการทำงานของเชลล และชดคำสงทเกยวของภายในระบบปฏบตการลนกซเกอบทกสงทกอยางทอยภายในระบบคอไฟลทงสน (Almost Every-

thing is File) ไดแก• ไฟลปกตทวไป (Regular files) เชนไฟลเอกสาร ไฟลมลตมเดย ไฟลโปรแกรม • ไดเรกทอร (Directories) ไฟลทบรรจรายการของไฟลตางๆ• ไฟลเชอมสญลกษณ (Symbolic links) ไฟลทอางองไปยงไฟลอน• ไฟลอปกรณ (Devices and Peripherals) ไฟลทเชอมตอกบอปกรณฮารดแวรของระบบ• ไฟลทอสงขอมล (Pipe) ไฟลทใชเปนทอเชอมระหวางโปรแกรม เพอสงคาผลลพธ (output) ของโปรแกรมหนง ใหเปนคานำเขา (input) ของอกโปรแกรมหนง

• ไฟลทอซอกเกต (Socket) ไฟลทเปนเปนทอเชอมตอการสอสารขอมลระหวางโปรเซส ทอยในเครองเดยวกน หรอตางเครองผานระบบเครอขายได

เชลล (Shell)shell เปนตวกลางในการรบคำสง (Command Line) จากผใชแลวจะทำการแปลชดคำสง

(Command Line Interpreter - CLI) ทผใชปอนเขามา โดยขบวนการภายในตว shell จะซอนรายละเอยดอนซบซอนของระบบปฏบตการเอาไว โดยทผใชจะไมรวาหลงจากทปอนคำสงไปแลวภายในจะ

20


ตองมขบวนการเชนไรบาง ตวอยางเชน ถาผใชตองการทราบหนวยความจำทเหลอหรอพนทของฮารดดสกทเหลออย ผใชเพยงพมพคำสง free/df ตว shell กจะทำหนาเชอมตอและเขาไปจดการในหนวยความจำหรอฮารดดสกใหตรวจสอบตวเองวาขณะนมการใชงานเกบขอมลไปเทาไหรแลวและเหลอพนทใหใชงานไดอกเทาไหร ซงขบวนการดงทไดกลาวขางตนเปนการตดตอสอสารในระดบลางทเรยกวาระดบเคอรเนล ซงถอไดวาเปนแกนกลางสำคญในการควบคมการทำงานระบบทงหมดภายในเครองคอมพวเตอร โดยจะกลาวถงรายละเอยดของเคอรเนลในบทถดๆไป

นอกจากนน shell ยงสามารถรองรบการเขยนชดคำสงมากกวาหนงคำสงพรอมกน และสามารถรบชดคำสงลวงหนาใหทำงานตามเงอนไขตางๆทไดกำหนดไวในลกษณะสครปท (Script) ทถกเกบลงในไฟลได ทำใหเพมความสะดวกและมประสทธภาพในการใชงานระบบปฏบตการลนกซ โดยเฉพาะผใชทมทกษะอยระดบหนงในการเขยนสครปทหรอทเรยกกนวาเชลลสครปท (Shell script) นน และนอกจากนนลกเลนความสามารถจะมากนอยเพยงใดกยงขนอยกบยหอหรอรนโปรแกรม shell นนดวย ในปจจบน shell ทมอทธพลและเปนทนยมมากทสดตวหนงคอ Bourne shell (ปจจบนกลายเปน Bourne Again shell) และ C shell

หนาจอรบคาสง

Shell

ประมวลผลคาสง

รนคาสงอานคาสง

รปท 1.5 ขบวนการทำงานของ Shell

ตวอยางการตรวจสอบชนดของ shell ทกำลงใชงานอยในระบบดวยคำสง echo และตรวจสอบรนของ shell ดวย --version

$ echo $SHELL/bin/bash

$ bash --versionGNU bash, version 4.1.5(1)-release (x86_64-pc-linux-gnu)Copyright (C) 2009 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software; you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

21


http://en.wikipedia.org/wiki/Bourne_shell

http://en.wikipedia.org/wiki/Bourne_shell

http://en.wikipedia.org/wiki/C_shell

http://en.wikipedia.org/wiki/C_shell

http://gnu.org/licenses/gpl.html


หากตองการทราบถงรายการชดคำสงทถกฝงอยภายใน shell โดยใชคำสงดงขางลางน

$ bash -c helpGNU bash, version 4.1.5(1)-release (x86_64-pc-linux-gnu)These shell commands are defined internally. Type `help' to see this list.Type `help name' to find out more about the function `name'.Use `info bash' to find out more about the shell in general.Use `man -k' or `info' to find out more about commands not in this list.A star (*) next to a name means that the command is disabled.

job_spec [&] history [-c] [-d offset] [n] or hist> (( expression )) if COMMANDS; then COMMANDS; [ elif C> . filename [arguments] jobs [-lnprs] [jobspec ...] or jobs > : kill [-s sigspec | -n signum | -sigs> [ arg... ] let arg [arg ...] [[ expression ]] local [option] name[=value] ... alias [-p] [name[=value] ... ] logout [n] bg [job_spec ...] mapfile [-n count] [-O origin] [-s c> bind [-lpvsPVS] [-m keymap] [-f filen> popd [-n] [+N | -N] break [n] printf [-v var] format [arguments] builtin [shell-builtin [arg ...]] pushd [-n] [+N | -N | dir] caller [expr] pwd [-LP] case WORD in [PATTERN [| PATTERN]...)> read [-ers] [-a array] [-d delim] [-> cd [-L|-P] [dir] readarray [-n count] [-O origin] [-s> command [-pVv] command [arg ...] readonly [-af] [name[=value] ...] or> compgen [-abcdefgjksuv] [-o option] > return [n] complete [-abcdefgjksuv] [-pr] [-DE] > select NAME [in WORDS ... ;] do COMM> compopt [-o|+o option] [-DE] [name ..> set [--abefhkmnptuvxBCHP] [-o option> continue [n] shift [n] coproc [NAME] command [redirections] shopt [-pqsu] [-o] [optname ...] declare [-aAfFilrtux] [-p] [name[=val> source filename [arguments] dirs [-clpv] [+N] [-N] suspend [-f] disown [-h] [-ar] [jobspec ...] test [expr] echo [-neE] [arg ...] time [-p] pipeline enable [-a] [-dnps] [-f filename] [na> times eval [arg ...] trap [-lp] [[arg] signal_spec ...] exec [-cl] [-a name] [command [argume> true exit [n] type [-afptP] name [name ...] export [-fn] [name[=value] ...] or ex> typeset [-aAfFilrtux] [-p] name[=val> false ulimit [-SHacdefilmnpqrstuvx] [limit> fc [-e ename] [-lnr] [first] [last] o> umask [-p] [-S] [mode] fg [job_spec] unalias [-a] name [name ...] for NAME [in WORDS ... ] ; do COMMAND> unset [-f] [-v] [name ...] for (( exp1; exp2; exp3 )); do COMMAN> until COMMANDS; do COMMANDS; done function name { COMMANDS ; } or name > variables - Names and meanings of so> getopts optstring name [arg] wait [id] hash [-lr] [-p pathname] [-dt] [name > while COMMANDS; do COMMANDS; done help [-dms] [pattern ...] { COMMANDS ; }

สามารถทราบรายละเอยดของแตละคำสงทอยภายใน shell โดยพมพ help <ชอคำสง> ตวอยางเชน

$ help timestimes: times Display process times. Prints the accumulated user and system times for the shell and all of its child processes. Exit Status: Always succeeds.

22


Echo Echo เปนคำสงทใชในการแสดงขอความใดๆทตองการใหถกปรากฏบนหนาตางเทอรมนล ดงตวอยางการใชคำสงดงน

$ echo Welcome to Embedded SystemWelcome to Embedded System!$ echo Welcome to Embedded SystemWelcome to Embedded System!$ echo 'Welcome to Embedded System'Welcome to Embedded System!

จากตวอยางจะเหนวาคำสง echo จะไมสนใจชองวางวาจะมกชองวาง การแสดงผลจะถกตดชองวางเหลอเพยง 1 ชองวางเสมอ แตถาตองการใหแสดงผลลพธตามระยะหางทตองการจะตองใชเครองหมาย อญประกาศ (‘ -Apostrophe) หรอเครองหมายคำพด (“ - Quotation Mark) ครอบขอความนน เนองจากใน Bash shell นนจะใช white space (โดยการกดปม space bar) ในการแยกขอความออกเปน token หรอเรยกวา พารามเตอรเพอใชในการแสดงผล แตถามการใสเครองหมายครอบขอความเชน ‘Burapha University’ ขอความนนจะถกเกบไวใน token เพยงตวเดยว

การใชงานคำสง echo จะมตวเลอก (Option) หลายแบบ (ซงสามารถดรายละเอยดคำสงไดโดยพมพ man echo) ยกตวอยางเชน การใชตวเลอก -n ตอทายคำสง echo จะหมายถงการไมขนบรรทดใหม (New Line)

$ echo -n "My name is Android"My name is Android$

แตถาตองการขนบรรทดใหมตามอกขระพเศษ \n (new line) ตองระบตวเลอก -e หลงคำสง echo

$ echo -e "My name is \nAndroid"My name is Android

นอกจากอกขระ \n แลวยงมอกขระในการควบคมการแสดงผลขอความดงรายละเอยดในตารางขางลางน

ตาราง 1.1 แสดงการใชงานอกขระพเศษ

ESCAPE SEQUENCE รายละเอยด\a Alert (bell)

\b Backspace

23


ESCAPE SEQUENCE รายละเอยด\c หยดการขนบรรทดใหม (ลกษณะเดยวกบการใชงาน -n)

\f Form feed

\n New line

\r Carriage return

\t Horizontal tab

ในการใชงาน Bash shell นนยงมอกขระเฉพาะมากมายทไมสามารถนำมาใชแสดงเปนตวขอความได เนองจากถกใชเปนเครองมอในการจดการอนพทของคำสง เชน '|', '&', ';', '(', ')', '<', '>' แตถาตองการแสดงอกขระเหลานใหปรากฏอยในขอความจะตองเตมสญลกษณ \ นำหนาอกขระเสมอ หรอใชเครองหมายอญประกาศครอบทงขอความทมอกขระผสมอยกได

ตวอยางการใชสญลกษณ \ นำหนาอกขระทตองการแสดงเปนขอความ

$ echo I love Linux & Android[1] 30136I love LinuxAndroid: command not found[1]+ Done echo I love Linux[1]+ Done echo I love Linux$ echo I love Linux \& AndroidI love Linux & Android$ echo 'I love Linux & Android'I love Linux & Android

Command Sequences ผใชสามารถปอนคำสงมากกวาหนงคำสงไปพรอมกนโดยใชตวดำเนนการควบคม (Control Opera-tors) ไดแก ‘||’, ‘&&’, ‘&’, ‘;’, ‘;;’, ‘|’, ‘(‘, ‘)’ เปนตน ซงการเรยงชดคำสงอยางงายทสดในกรณทมมากกวา 1 คำสงเปนตนไป จะใชเครองหมาย ‘;’ อฒภาค (semicolon) shell จะรบคำสงและดำเนนการทละคำสงตามลำดบ ในกรณทจะมการตรวจสอบผลลพธการทำงานของแตละคำสงวาสำเรจหรอลมเหลวนน ระบบปฏบตการลนกซจะมการคนคากลบคอถาคนคากลบมาเลขศนยจะหมายถงคำสงดำเนนการสำเรจ แตถาเปนตวเลขอนๆจะถอวาคำสงนนทำงานลมเหลว ดงนนผใชสามารถกำหนดเสนทางการทำงานตามเงอนไขทออกมาโดยใชตวดำเนนการ AND ‘&&’ และ OR ‘||’ ตวอยางเชน

$ lsandroid ccache Downloads kernel output.txt Templates workspaceaosp Desktop error.log Music Pictures test.txt

24


bin Documents git one.txt Public Videos$ ls test.txt && echo "OK... File exists"test.txtOK... File exists$ ls mail.txt && echo "OK... File exists"ls: cannot access mail.txt: No such file or directory

จากคำสงขางตน ไฟล test.txt มอยในไดเรกทอรจงทำใหระบบปฏบตการลนกซคนคากลบมาเปนศนย คำสงถดไปจงทำงานตอได แตในขณะทไฟล mail.txt ไมไดอยในไดเรกทอร แสดงถงการทำงานลมเหลว ทำใหไมมการทำคำสงตวถดไป แตหากใชตวดำเนนการ ‘||’ คำสงถดมาจะถกทำงานในกรณทคำสงแรกมการคนคากลบมาไมเทากบศนย ดงตวอยางขางลาง

$ ls test.txt || echo "OK... File exists"test.txt$ ls mail.txt || echo "No File exists"ls: cannot access mail.txt: No such file or directoryON File exists

แตหากตองการนำตวดำเนนการ && และ || มาประยกตใชในการตรวจสอบเงอนไขเหมอนชดคำสง if (เงอนไข) ..(จรง).. else ..(เทจ).. หรอ if (เงอนไข) ? ..(จรง).. : ..(เทจ).. ในภาษาโปรแกรมทวไป จะมรปแบบการเขยนดงน

$ ls test.txt && echo "OK...File exists" || echo "Oh Bad... File not found"test.txtOK...File exists$ ls mail.txt && echo "OK...File exists" || echo "Oh Bad... File not found"ls: cannot access mail.txt: No such file or directoryOh Bad... File not found

Standard I/O รายละเอยดขบวนการทำงานของ Shell ในระบบปฏบตการลนกซ จะมพนฐานสำคญคอ วธการเชอมตอระหวางโปรแกรมและสงแวดลอมของตวโปรแกรมเองภายในเทอรมนล (Terminal) ทเรยกวา I/O ซงรปขางลางนเปนการแสดงการเชอมตอของอปกรณ I/O มาตราฐานพนฐานของระบบทมอย 3 ชนด ไดแก

25


คยบอรด

หนาจอ

โปรแกรม

Terminal

#0 stdin

#1 stdout

#2 stderr

รปท 1.6 Standard I/O

ตาราง 1.2 รายละเอยดพนฐานของ Standard I/O

STREAM มาตราฐาน FD รายละเอยด

stdin (Standard Input Stream) 0สำหรบรบคำสงจากผใชเพอสงตอใหโปรแกรม อาทเชนการ

รบขอมลคำสงจากการกดคยบอรด

stdout (Standard Output) 1สำหรบแสดงผลลพธทถกสงออกมาจากโปรแกรม เพอสง

ขอความผลลพธออกมาแสดงบนจอภาพ

stderr (Standard Error) 2สำหรบแสดงผลความผดพลาดเกดจากการทำงานของ

โปรแกรมทรบคำสงมาประมวลผล ออกจากหนาจอภาพ

Redirectionsระบบปฏบตการลนกซนนไดเตรยมเครองมอตวดำเนนการทสามารถควบคมกลไกการไหลของ

ขอมลจากทศทางหนงไปยงอกทศทางหนงหรออธบายงายๆคอการเปลยนเสนทางขอมลวาจะใหออกตว standard stream ตวใด โดยการใชตวดำเนนการ “<” แทน stdin (Standard Input) และ “>” แทน stdout (Standard Output) ซงตวดำเนนการ redirection นนมอยดวยกน 5 แบบตามรายละเอยดในตารางขางลาง

ตาราง 1.3 ตวดำเนนการ redirection

ตวดำเนนการ รายละเอยด

< ไฟล เปดไฟลสำหรบอานขอมลภายในไฟล

<< token ใชในกรณทเปนคำสงหรอเชลลสครปททตองการรบคาจนกระทงเจอ token

> ไฟล เปดไฟลสำหรบเขยนทบขอมลใหม

26


ตวดำเนนการ รายละเอยด

>> ไฟล เปดไฟลสำหรบเขยนตอทายจากขอมลเดม

n>&m เปลยนเสนทางของ File Descriptor (FD) เดม n ไปทใหม m

ยกตวอยางเชน การใชงานการสงอนพทจากไฟล /etc/passwd ใหกบคำสง grep และการสงอนพทจากการปอนขอความใหกบคำสง sort ดงแสดงขางลาง

$ grep -i student < /etc/passwdstudent:x:1000:1000:EE-Burapha Student,,,:/home/student:/bin/bash$ sort << END> 55233424 Wiroon Sriborrirux> 55237346 Nayot Kurukitkoson> 55236477 Panuwat Dankhang> END55233424 Wiroon Sriborrirux55236477 Panuwat Dankhang55237346 Nayot Kurukitkoson$ sort -k2 << END> 55233424 Wiroon Sriborrirux> 55237346 Nayot Kurukitkoson> 55236477 Panuwat Dankhang> END55237346 Nayot Kurukitkoson55236477 Panuwat Dankhang55233424 Wiroon Sriborrirux

เมอมการใชตวดำเนนการ “>” ผลลพธจากคำสงจะถกสงไปเกบไวในไฟล /tmp/results แทนทจะออกหนาจอ ดงตวอยางขางลาง

$ grep -i student /etc/passwd > /tmp/results$ ls /tmp/CRX_75DAF8CB7768 orbit-student ssh-pqdoFN1336 vmware-root-2hsperfdata_student pulse-Xti8iSZ9STOh VMwareDnD vmware-studentkeyring-27UIsq results vmware-root$ cat /tmp/results student:x:1000:1000:EE-Burapha Student,,,:/home/student:/bin/bash

ตวอยางการใชคำสง cat เพอแสดงขอมลภายในไฟล จะมการแสดงขอความผดพลาด (Error message) ออกทางหนาจอ ถาไฟลนนไมมอยในไดเรกทอร

$ cat one.txt two.txt 2>&1This is the data insidecat: two.txt: No such file or directory

27


สามารถกรองขอความผดพลาดใหไปเกบไวในไฟลชอ error.log ดวยตวดำเนนการ “2>”

$ cat one.txt two.txt 2> error.logThis is the data inside

ในกรณทไมตองการเกบขอความผดพลาด สามารถทำไดโดยสงไปใหไฟลชอ /dev/null

$ cat one.txt two.txt 2> /dev/nullThis is the data inside

บนทกขอความผดพลาดเพมตอเขาไปในไฟล error.log ดวยตวดำเนนการ “2>>”

$ cat one.txt two.txt three.txt 2>> error.logThis is the data inside$ cat error.log cat: two.txt: No such file or directorycat: two.txt: No such file or directorycat: three.txt: No such file or directory

ตวแปรสภาพแวดลอมของระบบตวแปรสภาพแวดลอม (Environment variables) เปนตวแปรทมความสำคญมากในระบบปฏบต

การลนกซ เนองจากเปนตวแปรกลางท shell หรอ โปรแกรมประยกตตางๆสามารถเรยกใชงานได อาทเชน ตวแปรทเกบขอมลของ shell หรอตวแปรทเกบขอมลของไดเรกทอรประจำตวของผใช (Home Di-rectory) และยงมตวแปรตางๆ อกมากมายท shell ไดมการตงคาไวในขณะท shell เรมทำงาน ตวอยางเชน bash shell จะมการเรยกไฟลเรมตนอย 2 ไฟลไดแก ไฟล .profile และไฟล .bashrc

$ cat .profile <---- ในกรณ Ubuntu เวอรชน 13.04 ขนไป# .bash_profile# Get the aliases and functionsif [ -f ~/.bashrc ]; then . ~/.bashrcfi# User specific environment and startup programsexport USE_CCACHE=0export CCACHE_DIR=~/ccacheexport JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/jdkexport ANT_HOME=~/android/antexport ANDROID_SDK_HOME=~/android/sdkexport ANDROID_NDK_HOME=~/android/ndkexport AOSP_HOME=~/aospexport PATH=$HOME/bin:$JAVA_HOME/bin:$ANT_HOME/bin:$ANDROID_SDK_HOME/tools:$ANDROID_SDK_HOME/platform-tools:$ANDROID_NDK_HOME:$PATH$ cat .bashrc# .bashrc# User specific aliases and functionsHISTSIZE=1000

28


HISTFILESIZE=2000# some more ls aliasesalias ll='ls -alF'alias la='ls -A'alias l='ls -CF'alias rm='rm -i'alias cp='cp -i'alias mv='mv -i'

# Source global definitionsif [ -f /etc/bashrc ]; then . /etc/bashrcfi

เมอผใชเขาสระบบ Login โดยการใชงานผานหนาจอเทอรมนลซงนยมเรยกสนๆวา tty (Teletype-writer) เมอหนาจอเทอรมนลถกสรางขน ตวโปรแกรมสำหรบการเขาสระบบกจะถกเรยกขนมาเพอแสดงขอความใหผใชกรอกชอผใช (username) และรหสผาน (password) เมอเขาสระบบไดสำเรจกจะทำการเรยกโปรแกรม shell เพออานคาพนฐานทตงไวสำหรบสภาพแวดลอมของระบบ (system environ-ments) ดงขนตอนในรปขางลาง

สราง tty ใหมใหกบผใชอานการตงคาระบบหลกใน /etc/

profile หรอ /etc/bashrc

โปรแกรม agetty แสดงหนา login บน tty

โปรแกรม agetty เรยกคาสง /bin/login

โปรแกรม login เรมทางานบน shell

อานการตงคาระบบของผใชใน ~/.bashrc

แสดงขอความ login ทกาหนดอยในไฟล /etc/motd

Terminal

Login Shell

ผใช

รปท 1.7 ขนตอนการเขาสระบบปฏบตการผานเทอรมนล

นอกจากนนระบบจะมการตงคาตวแปรระบบพนฐาน ซงเปนตวแปรสำคญทจะพบเจอบอยไดแก

29


ตาราง 1.4 แสดงตวแปรระบบพนฐาน

ชอ คำอธบาย

USER เรยกชอผใชงานทใชในการเขาสระบบ

UID เรยกรหสผใชงานทใชในการเขาสระบบ

HOME เรยก Home Directory

PWD เรยก Directory ทกำลงใชงาน

SHELL เรยกชอ shell ทกำลงใชงาน

$ เรยก process id ทกำลงใชงาน

PPID เรยก process id ทไดรบการสบทอดมา

? The exit code of the last command

ยกตวอยางการใชคำสง echo เพอแสดงคาภายในตวแปรระบบ

$ echo $SHELL/bin/bash

$ echo -e " My Home directory is $HOME\n My username is $USER\n My current directory is $PWD" My Home directory is /home/student My username is student My current directory is /home/student

$ echo $PPID1927

$ ps -aux | grep 1927student 1927 0.0 0.5 192052 11236 ? Sl 08:15 0:33 gnome-terminal

env และ exportคำสง export เปนคำสงทผใชงานสามารถสรางตวแปรระบบเพมเตมไดเอง โดยการระบเขาไปใน

ไฟล .bashrc หรอพมพคำสงการตงคาไดโดยตรงใน terminal ดงตวอยางขางลาง

$ export my_project_codes=/home/student/embedded/sourcecode/$ echo $my_project_codes/home/student/embedded/sourcecode/

หากผใชตองการดคาตวแปรระบบทมการใชงานอย สามารถใชคำสง env หรอ export -p ดงน

$ envORBIT_SOCKETDIR=/tmp/orbit-studentSSH_AGENT_PID=1383TERM=xterm

30


SHELL=/bin/bash...USER=studentPATH=/home/student/bin:/usr/lib/jvm/jdk/bin:/home/student/android/ant/bin:/home/student/android/sdk/tools:/home/student/android/sdk/platform-tools:/home/student/android/ndk:/home/student/bin:/home/student/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/gamesANDROID_SDK_HOME=/home/student/android/sdkPWD=/home/studentJAVA_HOME=/usr/lib/jvm/jdkGDM_KEYBOARD_LAYOUT=usLANG=en_US.utf8GDM_LANG=en_US.utf8MANDATORY_PATH=/usr/share/gconf/gnome.mandatory.pathGDMSESSION=gnomeSHLVL=1HOME=/home/studentGNOME_DESKTOP_SESSION_ID=this-is-deprecatedLOGNAME=studentDISPLAY=:0.0AOSP_HOME=/home/student/aospLESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %sCOLORTERM=gnome-terminalXAUTHORITY=/var/run/gdm/auth-for-student-9wtySF/database_=/usr/bin/env

$ export -pdeclare -x ANDROID_NDK_HOME="/home/student/android/ndk"declare -x ANDROID_SDK_HOME="/home/student/android/sdk"declare -x ANT_HOME="/home/student/android/ant"...declare -x USER="student"declare -x USERNAME="student"declare -x USE_CCACHE="0"declare -x WINDOWID="14722574"declare -x XAUTHORITY="/var/run/gdm/auth-for-student-9wtySF/database"declare -x XDG_CONFIG_DIRS="/etc/xdg/xdg-gnome:/etc/xdg"declare -x XDG_DATA_DIRS="/usr/share/gnome:/usr/local/share/:/usr/share/"

Execexec เปนคำสงทใชในการเรยกโปรแกรมอนขนมาแทนท shell เดมทใชงานอย ดงตวอยางคำสง

ขางลางเปนการใชงานคำสง exec โดยจะมการสราง bash shell ขนมาอกตวเพอใหเปนโปรเซสลก (PID 30779) ททำงานภายใน bash shell หลกทเปนโปรเซสแม (PID 19907) จากนนมการเรยกใชงานคำสง exec sh ซงเปนการเรยกตว sh shell ขนมาแทนท bash shell จะสงเกตไดจากหมายเลขโปรเซสเปนหมายเลขเดยวกน (PID 19907) ถาหากผใชงานตองการออกจาก shell ทไดทำการสรางขนมาจะตองใชคำสง exit เพอเปนจบการทำงานของโปรเซส (PID 30779) ทไดทำการสรางขนมา

$ ps PID TTY TIME CMD

19907 pts/1 00:00:00 bash <---- หมายเลขโปรเซสแม30777 pts/1 00:00:00 ps $ bash

31


$ ps PID TTY TIME CMD19907 pts/1 00:00:00 bash

30779 pts/1 00:00:00 bash <---- หมายเลขโปรเซสลก30796 pts/1 00:00:00 ps$ exec sh$ ps PID TTY TIME CMD19907 pts/1 00:00:00 bash30779 pts/1 00:00:00 sh30800 pts/1 00:00:00 ps$ exit$ ps PID TTY TIME CMD19907 pts/1 00:00:00 bash30802 pts/1 00:00:00 ps

การเรยกใชงานคำสงภายในเชลล และภายนอกเชลลคำสงพนฐานภายใน shell เองนนประกอบไปดวยคำสงหลกๆเพยงไมกคำสงเทานน สำหรบคำสง

อนๆทเปนโปรแกรมประยกตหรอโปรแกรมอรรถประโยชนจะถกอางองมาจากชดคำสงภายนอก shell (External Command) ทงสน โดยคำสงตางๆภายนอก shell จะเปนไฟลโปรแกรมทถกเกบอยในระบบไฟล (root filesystem) เชน /usr/bin เปนตน ดงนนการเขาถงไฟลโปรแกรมเหลานจำเปนตองรตำแหนงไดเรกทอรทเกบไฟลโปรแกรมเหลานนอย เมอผใชพมพคำสง โปรแกรม shell จะเขาไปอานไดเรกทอรทถกตงคาไวในตวแปรสภาพแวดลอมของระบบ (Environment Variables) ทชอวา $PATH โดยในการเขาถงคำสงนน shell จะทำการตรวจสอบคำสงตงแตไดเรกทอรแรกจนถงไดเรกทอรสดทาย (โดยม ‘:’ คนระหวางไดเรกทอร) ภายในตวแปร PATH ดงนนกรณทผใชงานตองการทราบวาคำสงทใชนนถกเกบอยในไดเรกทอรใด กสามารถตรวจสอบไดดวยคำสง which ดงน

$ which ls cat date ifconfig uname whoami ps find grep echo set/bin/ls/bin/cat/bin/date/sbin/ifconfig/bin/uname/usr/bin/whoami/bin/ps/usr/bin/find/bin/grep/bin/echo

ถาตองการทราบรายละเอยดทสำคญบางอยาง เชน เปนคำสงทอยภายใน shell หรอ เปนคำสงทเกดจากการทำ alias (การทำนามแฝงใหกบคำสงทจำยาก หรอซบซอน ใหกลายเปนคำสงทเราจำไดงายขน หรอ

32


เรยกไดสนๆ เชน alias ls=`ls -al --color=auto`) กสามารถใชคำสง type เพอตรวจสอบได ดงน

$ type ls cat date ifconfig uname whoami ps find grep echo setls is aliased to `ls -al --color=auto'cat is hashed (/bin/cat)date is /bin/dateifconfig is /sbin/ifconfiguname is /bin/unamewhoami is /usr/bin/whoamips is hashed (/bin/ps)find is /usr/bin/findgrep is aliased to `grep --color=auto'echo is a shell builtinset is a shell builtin

สงเกตวาไดเรกทอรสวนใหญทอยใน PATH จะลงทายดวย bin ดวยเหตผลการวางโครงสรางของระบบไฟลภายในระบบปฏบตการลนกซ ใหเกบไฟลโปรแกรมไวในไดเรกทอร /bin และ /usr/bin

คำสงพนฐานสำหรบนกพฒนาบนระบบสมองกลฝงตว

คำสงตรวจสอบทรพยากรระบบการใชงานระบบปฏบตการลนกซภายใตระบบสมองกลฝงตวทมทรพยากรจำกด ไมวาจะเปน

ความเรวของหนวยประมวลผลกลาง ขนาดของหนวยความจำ หรอขนาดพนทจดเกบขอมล นกพฒนาจำเปนจะตองศกษาเกยวกบวธการตดตามการใชทรพยากรของระบบภายในสมองกลฝงตว และสามารถประเมนเพอหลกเลยงความผดพลาดทอาจจะเกดขนในกรณททรพยากรถกใชมากเกนไปเพอทำใหระบบสามารถทำงานไดอยางมประสทธภาพและมความเสถยรภาพสงสด

topเปนคำสงแรกๆทผดแลหรอนกพฒนาระบบจำเปนตองทำความรจก เพราะเปนคำสงทใชแสดง

สถานะการใชงานทรพยากรของระบบ รวมทงแสดงรายการโปรเซสทถกเรยกใชงานอย โดยเรยงตามการครอบครองทรพยากร ซงเชอมโยงกบ virtual filesystem (VFS) ไฟล /proc/loadavg ดงตวอยางขางลาง

33


รปท 1.8 แสดงผลลพธคำสง top

จากรปขางบน จะมสวนรายละเอยดสำคญ ไดแกUptime หมายถง เวลาปจจบน ระยะเวลารวมทระบบถกเปด และจำนวนผใชงานทอยในระบบload average หมายถง ขอมลทแสดงการเปรยบเทยบการใชงานหนวยประมวลผลกลาง (CPU) ทใชงานอย กบความสามารถในการรองรบการใชงาน โดยแสดงออกมา 3 คา ซงไดแก คา 0.10 ณ ชวงเวลา 1 นาทกอนหนา, คา 0.11 ณ ชวงเวลา 5 นาทกอนหนา และ คา 0.04 ณ ชวงเวลา 15 นาทกอนหนานอกจากนนสามารถใชคำสง uptime เมอตองการดคาทงสองอยางนโดยเฉพาะ (uptime และ load average) ดวยคำสงขางลางน

$ uptime 01:24:59 up 17:18, 4 users, load average: 0.08, 0.08, 0.02

$ watch -n 1 uptime <--- รนคำสง uptime ทกๆ 1 วนาทEvery 1.0s: uptime Tue Aug 20 01:26:37 201301:26:37 up 17:19, 4 users, load average: 0.01, 0.05, 0.01

34


อยางไรกตามการตความคา load average นนกยงมนกพฒนาจำนวนไมนอยทไมเขาใจความหมายทแทจรงของคาน เนองจากคาทไดไมใชจำนวนเปอรเซนต บางครงคาตวเลขกเกน 1.0 ดงนนเพอใหเหนภาพ นกพฒนาลองทำการจนตนาการตามวาเครองทมหนวยประมวลผลกลางแบบคอรเดยว (single-core CPU) เปรยบไดกบถนนเดนรถทางเดยว (one-way lane) บนสะพานขามแมนำ และสมมตใหระบบปฏบตการลนกซเปนตำรวจจราจรคอยจดการการเดนรถบนสะพานแหงน ซงในบางชวงเวลาของแตละวนปรมาณรถทวงขนสะพานอาจจะมากนอยไมเทากนขนอยกบชวงเวลาเรงดวน (rush hour) ดงนนตำรวจจราจรจำเปนจะตองมการประเมนสภาพการจราจรในรปแบบของระบบตวเลข (numbering sys-tem) เชน

• 0.00 หมายถง ไมมการจราจรบนถนน• 0.50 หมายถง การจราจรคลองตว • 1.00 หมายถงการจราจรหนาแนนแตเคลอนตวได • ถา 2.00 อาจหมายถง รถเตมตลอดถนนบนสะพาน และมจำนวนรถทปรมาณเทากนรออยตนสะพาน

• ถา 3.00 อาจหมายถง รถเตมตลอดถนนบนสะพาน และมจำนวนรถทปรมาณ 2 เทา รออยตนสะพาน เปนตน

รปขางลางแสดงปรมาณรถบนถนนทางเดยวบนสะพาน และรถทตองรออยทตนสะพาน

load เทากบ 1.00



รปท 1.9 แสดงการเปรยบเทยบสภาพจราจรกบ Load

เปรยบเทยบรถทกำลงเคลอนทขามสะพาน กคอโปรเซสทจะเขามาใชเวลาของหนวยประมวลผล กลางใหทำงานให (slice of CPU time) หรอการรอควเพอใชหนวยประมวลผลกลาง โดยระบบปฏบตการลนกซ จะมการอางถงความยาวของคว (run-queue length) ซงมาจากผลรวมของจำนวนโปรเซส บวกดวยจำนวนของโปรเซสทกำลงรอคว ซงคาทเปนอดมคตทดสดคอ 1.00 ซงหมายถงสะพานสามารถรบปรมาณรถไดเตมท และยงคงเคลอนตวไดด เปรยบไดกบ จำนวนโปรเซสรออยเตมควพอด และหนวยประมวณผลกลางกยงสามารถทำงานใหไดอยางตอเนอง ทางเทคนคจะเรยกคานวา คา “Utilization”

35


ดงนนการประเมนสภาพภาระโดยเฉลย (load average) ของหนวยประมวลผลกลางนน โดยหลกการทวไป (Rule of Thumb) แลว ควรไมเกน 0.70 ซงนกพฒนาจะตองรบตรวจสอบภาระโดยเฉลยในกรณทเกน 0.70 ทเกดตอเนองมาสกระยะนง เพราะอาจจะเกดปญหาใหญตามมาได

คำสงตรวจสอบการใชหนวยความจำระบบ

free, pmapหนวยความจำ (Memory) เปนทรพยากรสำคญในระบบสมองกลฝงตว ดงนนการตรวจสอบวาม

การใชงานหนวยความจำมากนอยเพยงใดจงมความสำคญสง ในระบบปฏบตการ Embedded Linux นนการตรวจสอบและแสดงผลการใชงานหนวยความจำไดมการกำหนดใหใชคำสง free ซงเชอมโยงกบ virtual filesystem (VFS) ไฟล /proc/meminfo สำหรบการแสดงผลสามารถเลอกการแสดงผลโดยการใสตวเลอกเขาไปไดดงตวอยางตอไปน โดยท -k แสดงในรปแบบกโลไบต , -m แสดงในรปแบบเมกาไบต, -g แสดงผลในรปแบบกกาไบต

$ free -m -t total used free shared buffers cachedMem: 2001 1649 351 0 193 1145-/+ buffers/cache: 311 1690Swap: 16381 93 16288Total: 18383 1743 16640

นอกจากนนการดรายละเอยดของการเขาใชจบจองหนวยความจำและการอางองกบไลบรารตางๆของโปรเซส กเปนสงจำเปนสำหรบนกพฒนาทจะตองรวาโปรแกรมทไดพฒนามการทำงานเปนอยางไรเมอถกโหลดขนสหนวยความจำ ดงนนคำสง pmap จงถกนำมาชวยวเคราะหไดด ดงตวอยางคำสงขางลางน

สรางไฟล hello.c โดยมโคดภาษาซดงน

$ cat hello.c

#include <stdio.h>int main()

{ printf("Hello World!\n"); while (1) {

} return 0;}

$ gcc -o hello hello.c$ ./hello &[1] 11958

36


Hello World!

$ pmap 1195811958: ./hello0000000000400000 4K r-x-- /home/student/hello0000000000600000 4K r---- /home/student/hello0000000000601000 4K rw--- /home/student/hello00007f34087ca000 1512K r-x-- /lib/libc-2.11.1.so00007f3408944000 2044K ----- /lib/libc-2.11.1.so00007f3408b43000 16K r---- /lib/libc-2.11.1.so00007f3408b47000 4K rw--- /lib/libc-2.11.1.so00007f3408b48000 20K rw--- [ anon ]00007f3408b4d000 128K r-x-- /lib/ld-2.11.1.so00007f3408d52000 12K rw--- [ anon ]00007f3408d69000 12K rw--- [ anon ]00007f3408d6c000 4K r---- /lib/ld-2.11.1.so00007f3408d6d000 4K rw--- /lib/ld-2.11.1.so00007f3408d6e000 4K rw--- [ anon ]00007fff77ad1000 84K rw--- [ stack ]00007fff77bff000 4K r-x-- [ anon ]ffffffffff600000 4K r-x-- [ anon ] total 3864K

คำสงตรวจสอบการใชพนทสำหรบเกบขอมล

df, duการเกบขอมลในระบบสมองกลฝงตว อปกรณทถกใชเปนตวเกบขอมลจะแตกตางกบเครอง

คอมพวเตอรทวไป เนองจากไมมฮารดดสก แตจะใชอปกรณเกบขอมลชนดแฟลชแทน เชน NAND Flash, USB Storage หรอ MMC/SD Card เปนตน ซงมขนาดความจนอยมากเมอเทยบกบฮารดดสกทวไป ดงนนการเฝาตรวจสอบพนทของตวเกบขอมลจะตองใหความสำคญมากเปนพเศษ คำสงทมการใชงานกนอยางแพรหลายในระบบปฏบตการลนกซ ทสามารถแสดงผลไดทงจำนวนพนททมการใชงานไปแลวในระบบ และพนทวางทสามารถใชงาน ไดแกคำสง df (disk free) ดงตวอยางตอไปน

$ df -hFilesystem Size Used Avail Use% Mounted on/dev/sda1 99G 62G 37G 63% /none 997M 276K 997M 1% /devnone 1001M 92K 1001M 1% /dev/shmnone 1001M 88K 1001M 1% /var/runnone 1001M 0 1001M 0% /var/locknone 1001M 0 1001M 0% /lib/init/rw

คำสง du (disk usage) หมายถงคำสงทใชในการตรวจสอบขนาดการใชงานไดเรกทอรทชอย (mount point) รวมถงไดเรกทอรยอยๆลงไปจากตำแหนงปจจบน และการใชงานคำสง du จะมลกษณะทคลาย

37


กบการใชงานคำสง df นนคอคำสง du สามารถทจะเตมตวเลอก -h เขาไปทายคำสงเพอเปนการแปลงขอมลใหอยในลกษณะทบคคลทวไปสามารถอานไดงายดงตวอยางตอไปน

$ du -h busybox-1.21.0/44K busybox-1.21.0/libpwdgrp108K busybox-1.21.0/findutils536K busybox-1.21.0/miscutils24K busybox-1.21.0/coreutils/libcoreutils684K busybox-1.21.0/coreutils...

116K busybox-1.21.0/archival/libarchive/unxz484K busybox-1.21.0/archival/libarchive824K busybox-1.21.0/archival16M busybox-1.21.0/

นอกจากตวเลอก -h แลว สามารถใชอกตวเลอกคอ -s ซงจะแสดงผลรวมทไดจากไดเรกทอรตางๆ เขามาอยในบรรทดเดยว ดงตวอยางขางลาง

$ du -sh busybox-1.21.0/16M busybox-1.21.0/

คำสงสำหรบการบรหารจดการโปรเซสในการบรหารจดการโปรเซสทเกดขนในระหวางเครองทำงานอย จะเปนหนาทหลกของระบบปฏบต

การลนกซ ทจะตองจดลำดบการรองขอจากแตละโปรเซสเพอเขาใชทรพยากรของระบบ ดงนนโปรเซสทกตวจะตองมหมายเลขประจำของตวเอง ซงจะถกกำหนดมาใหจากระบบปฏบตการเอง เรยกวา PID (process id) แตอยางไรกตามผใชหรอนกพฒนากสามารถควบคมและบรหารจดการกบโปรเซสทเกดจากการเรยกดวยตวผใชเอง โดยสามารถบรหารจดการแยกเปนกลมไดแก

• การตดตามดสถานะของโปรเซสโดยรวมดวยคำสง jobs• เลอกดเฉพาะโปรเซสทตองการ และคาตางทตองการ• การสงสญญาณ (signals) แบบตางไปยงโปรเซส

jobs, psคำสงทเกยวกบการตดตามดสถานะของโปรเซสโดยรวมนน หลกมอย 2 คำสงคอ jobs และ ps

(process snapshot) โดยคำสง jobs นนจะแสดงหมายเลขของงานทถกเรยกขนมาตามลำดบ และมหมายเลขโปรเซส (PID) อยดวย นอกจากนนคำสงนจะบอกสถานะของโปรเซสทงหมดวาเปนอยางไรบาง เชน กำลงทำงาน (running) ถกหยดการทำงาน (stopped) ถกสงใหสนสดการทำงาน (killed) เปนตน ดงตวอยางคำสงขางลาง

38


$ jobs -l[1] 11958 Running ./hello &[2]- 12458 Stopped emulator & (wd: ~/aosp)[3]+ 12794 Killed gcalctool

สำหรบคำสง ps มหนาทในการแสดงรายละเอยดโปรเซส ตวอยางเชน ถารบรายการ PID มาจากคำสง jobs ทระบตวเลอก -p (การลำดบ process group leader) กจะแสดงรายละเอยดของหมายเลขโปร เซสเหลานน ดงตวอยางขางลาง

$ jobs -p119581245812818$ ps $(jobs -p) PID TTY STAT TIME COMMAND11958 pts/0 R 63:41 ./hello12458 pts/0 Sl 2:25 /home/student/android/sdk/tools/emulator64-x8612818 pts/0 S 0:00 gcalctool

ในกรณทผดแลระบบตองการทราบถงสถานะโปรเซสทงหมดททำงานอยในระบบ ผดแลระบบจำเปนตองมการเพมตวเลอก -ef ตอทายคำสง ps เพอแสดงผลโปรเซสทงหมดททำงานอยในระบบในขณะนน ดงตวอยางขางลาง

$ ps -efUID PID PPID C STIME TTY TIME CMDroot 1 0 0 Aug19 ? 00:00:01 /sbin/initroot 2 0 0 Aug19 ? 00:00:00 [kthreadd]root 3 2 0 Aug19 ? 00:00:01 [migration/0]root 4 2 0 Aug19 ? 00:00:08 [ksoftirqd/0]root 5 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [watchdog/0]root 6 2 0 Aug19 ? 00:00:01 [migration/1]root 7 2 0 Aug19 ? 00:00:08 [ksoftirqd/1]root 8 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [watchdog/1]root 10 2 0 Aug19 ? 00:00:01 [events/1]root 11 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [cpuset]root 12 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [khelper]root 13 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [netns]root 14 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [async/mgr]root 18 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [bdi-default]root 19 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [kintegrityd/0]root 20 2 0 Aug19 ? 00:00:00 [kintegrityd/1]root 21 2 0 Aug19 ? 00:00:01 [kblockd/0]root 306 2 0 Aug19 ? 00:00:05 [jbd2/sda1-8]root 1268 1 0 Aug19 tty3 00:00:00 /sbin/getty -8 38400 tty3root 1272 1 0 Aug19 tty6 00:00:00 /sbin/getty -8 38400 tty6root 1275 1 0 Aug19 ? 00:00:07 /usr/sbin/irqbalancestudent 11825 11824 0 05:21 ? 00:00:00 gnome-pty-helperstudent 11826 11824 0 05:21 pts/0 00:00:00 bashstudent 11958 11826 99 05:22 pts/0 01:24:29 ./hellostudent 12458 11826 5 05:42 pts/0 00:03:43 /home/student/android/sdk/tools/student 12515 1 0 05:43 pts/0 00:00:00 adb fork-server serverstudent 12818 11826 0 06:26 pts/0 00:00:00 gcalctool

39


root 12856 2 0 06:32 ? 00:00:00 [flush-8:0]student 12929 11826 0 06:47 pts/0 00:00:00 ps -ef

จากผลลพธทได จะสามารถทราบไดวามโปรเซสไหนบางทเกดจากการเรยกของผใชคนใด (UID) มหมายเลขโปรเซสอะไร (PID) และเกดขนจากการเรยกของโปรเซสใด (PPID) เปนตน รายละเอยดดงอธบายในตารางตอไปน

ตาราง 1.5 รายละเอยดของคำสง ps

คอลมน ความหมายUID แสดง user เจาของโปรเซส

PID แสดงหมายเลขโปรเซส (Process ID)

PPID แสดงหมายเลขโปรเซสหลกทไดรบการสบทอดมา (Parent Process ID)

C แสดงการใชงาน CPU

STIME แสดงเวลาทโปรเซสเรมตน

TTY แสดงรหสเทอมนอลทโปรเซสทำงานอย

TIME เวลาโดยรวมทเขาไปใชงาน CPU

CMD ชอคำสงทใชในการสรางโปรเซสขนมา

เมอตองการดเฉพาะโปรเซสทเกดขนจากการเรยกใชใน bash shell สามารถใชตวเลอก เชน -f (full), -j (jobs), -l (long), --forest, --sort ดงตวอยางการใชงานขางลาง

$ ps PID TTY TIME CMD11826 pts/0 00:00:00 bash11958 pts/0 01:19:16 hello12458 pts/0 00:03:31 emulator64-x8612515 pts/0 00:00:00 adb12818 pts/0 00:00:00 gcalctool12905 pts/0 00:00:00 ps

$ ps -fUID PID PPID C STIME TTY TIME CMDstudent 11826 11824 0 05:21 pts/0 00:00:00 bashstudent 11958 11826 99 05:22 pts/0 01:19:17 ./hellostudent 12458 11826 5 05:42 pts/0 00:03:31 /home/student/android/sdk/tools/student 12515 1 0 05:43 pts/0 00:00:00 adb fork-server serverstudent 12818 11826 0 06:26 pts/0 00:00:00 gcalctoolstudent 12906 11826 0 06:42 pts/0 00:00:00 ps -f

$ ps -j --forest PID PGID SID TTY TIME CMD

40


11826 11826 11826 pts/0 00:00:00 bash11958 11958 11826 pts/0 01:19:31 \_ hello12458 12458 11826 pts/0 00:03:31 \_ emulator64-x8612818 12818 11826 pts/0 00:00:00 \_ gcalctool12908 12908 11826 pts/0 00:00:00 \_ ps12515 12514 11826 pts/0 00:00:00 adb

$ ps -aj --sort sid,comm PID PGID SID TTY TIME CMD12515 12514 11826 pts/0 00:00:00 adb12458 12458 11826 pts/0 00:04:26 emulator64-x8612818 12818 11826 pts/0 00:00:00 gcalctool11958 11958 11826 pts/0 01:42:27 hello13020 13020 11826 pts/0 00:00:00 ps

การหยดการทำงานของโปรเซส (Process Killing) ในระบบปฏบตการลนกซนนจะใชหลกการสงขอความของระบบในระดบลาง (low-level system message) ทเรยกกนวา สญญาณ (Signal) โดยสญญาณจะถกสงไปขดจงหวะโปรเซส เพอบอกกบโปรเซสตามวตถประสงคของสญญาณนน ซงในระบบปฏบตการลนกซจะมชนดของสญญาณอยทงสน 64 ชนด สามารถดรายละเอยดไดจากการพมพคำสง kill -l ดงขางลางน$ kill -l

1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP

6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1

11) SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM

16) SIGSTKFLT 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP

21) SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGCONT 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ

26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR

31) SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3

38) SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8

43) SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13

48) SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12

53) SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7

58) SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2

63) SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX

ตวอยางสญญาณทสำคญและใชงานบอย ตวอยางเชน

41


• สญญาณหมายเลข 1 (SIGHUP) คอ Hang Up Signal เปนสญญาณทถกสงออกไปในขณะท terminal ถกปดลงเพอทำใหโปรเซสทถกเรยกภายใต terminal ถกปดลงตามดวย

• สญญาณหมายเลข 3 (SIGQUIT) คอ Quit Signal เปนสญญาณทถกสงออก ในขณะทผใชงานไดมการสงให โปรเซสนนปดตวลง

• สญญาณหมายเลข 6 (SIGABRT) คอ Abort Signal เปนสญญาณทถกสงออกมาจากโปรเซสทตองการปดตวเองลง

• สญญาณหมายเลข 9 (SIGKILL) คอ Kill Signal ลกษณะชอง signal ประเภทนจะคลายกบการดงสายไฟออกจากเครองคอมพวเตอร กลาวคอเปนการสงใหโปรเซสปดตวลงทนทไมวาจะทำงานอะไรอยกตาม

• สญญาณหมายเลข 18 (SIGCONT) คอ Continue Signal เปนสญญาณทสงใหโปรเซสนนกลบมาทำงานปกตเชนเดม เชนเดยวกนการสงใหโปรเซสกลบมาทำงานเบองหนา (foreground)

• สญญาณหมายเลข 20 (SIGTSTP) คอ การสง Stop Signal ดวย Keyboard (Ctrl+Z) เปนสญญาณทสงใหโปรเซสนนถกทำใหไปทำงานเบองหลง (background) เชนเดยวกบการกดปม Ctrl+Z บนคยบอรด

ตวอยางการสงสญญาณผานคยบอรด เปนวธการหนงของการสงสญญาณใหกบโปรเซส โดยเมอมกดคำสงบนคยบอรดดงนCtrl-C

สงสญญาณ INT (SIGINT) ไปยงโปรเซสททำงานอยยตการทำงานทนทCtrl-Z

สงสญญาณ TSTP (SIGTSTP) ไปยงโปรเซสททำงานอยใหหยดชวคราวCtrl-\

สงสญญาณ ABRT (SIGABRT) ไปยงโปรเซสททำงานอยใหยตการทำงานของโปรเซสนนทนท เหมอน Ctrl-C แตเปนคำสงทดกวาคอสามารถแกไขได

$ jobs -l[1] 11958 Running ./hello &[2]- 12458 Running emulator & (wd: ~/aosp)[3]+ 12818 Running gcalctool &

$ kill -s SIGTSTP 12818$ jobs -l[1] 11958 Running ./hello &[2]- 12458 Running emulator & (wd: ~/aosp)[3]+ 12818 Stopped gcalctool

$ kill -s SIGCONT 12818$ jobs -l[1] 11958 Running ./hello &[2]- 12458 Running emulator & (wd: ~/aosp)

42


[3]+ 12818 Running gcalctool &

$ kill -s SIGKILL 12818$ jobs -l[1] 11958 Running ./hello &[2]- 12458 Running emulator & (wd: ~/aosp)[3]+ 12818 Killed gcalctool

$ kill -s SIGTERM 11958$ jobs -l[1] 11958 Terminated ./hello[2]- 12458 Running emulator & (wd: ~/aosp)

การอานสถานะของทรพยากรระบบจากไดเรกทอร /PROC

ไดเรกทอร /proc เปรยบเสมอนหนาตางของลนกซคอรเนล (Kernel Windows) ซงเปนไดเรกทอรพเศษทเปนระบบไฟลเสมอน (virtual filesystem) ทสามารถเขาถงสถานะการทำงานของอปกรณในระดบฮารดแวรของเครอง และสถานะขอมลตางๆของระบบโดยคาทงหมดจะถกเกบอยในหนวยความจำ

เมอใชคำสง ls /proc จะพบกลมของไฟลจำนวนมาก รวมทงไดเรกทอรทเปนตวเลข ซงไดเรกทอรเหลานคอสถานทเกบขอมลของระบบทกำลงทำงานอยและถกจะอางองจากหมายเลขโปรเซสนนเอง นอกจากนนแลวในไดเรกทอร /proc ยงมไฟลพเศษทแทนฮารแวรตางๆในระบบ ไดแก

ตาราง 1.6 ตวอยางไฟลสำคญในไดเรกทอร /proc

ไฟล คำอธบาย/proc/modules dynamically loaded modules

/proc/devices registered character and block major numbers

/proc/iomem on-system physical RAM and bus device addresses

/proc/ioports on-system I/O port addresses (especially for x86 systems)

/proc/interrupts registered interrupt request numbers

/proc/softirqs registered soft IRQs

/proc/kallsyms running kernel symbols, including from loaded modules

/proc/partitions currently connected block devices and their partitions

/proc/filesystems currently active filesystem drivers

/proc/swaps currently active swaps

/proc/cpuinfo information about the CPU(s) on the system

/proc/meminfo information about the memory on the system, viz., RAM, swap

43


ตวอยางการอานคาสถานะของระบบจากไฟลภายในไดเรกทอร /proc/

$ cat /proc/partitions major minor #blocks name

8 0 104857600 sda 8 1 104855552 sda1 8 16 16777216 sdb 8 17 16775168 sdb1$ cat /proc/interrupts CPU0 CPU1 0: 286 0 IO-APIC-edge timer 1: 14606 732 IO-APIC-edge i8042 3: 1 0 IO-APIC-edge 4: 32225 881 IO-APIC-edge 6: 3 0 IO-APIC-edge floppy...TRM: 0 0 Thermal event interruptsTHR: 0 0 Threshold APIC interruptsMCE: 0 0 Machine check exceptionsMCP: 259 259 Machine check polls

$ cat /proc/cpuinfo processor : 0vendor_id : GenuineIntelcpu family : 6model : 58model name : Intel(R) Core(TM) i7-3615QM CPU @ 2.30GHzstepping : 9cpu MHz : 2293.993cache size : 6144 KBfpu : yesfpu_exception : yescpuid level : 13wp : yes...processor : 1vendor_id : GenuineIntelcpu family : 6model : 58model name : Intel(R) Core(TM) i7-3615QM CPU @ 2.30GHzstepping : 9cpu MHz : 2293.993cache size : 6144 KBfpu : yesfpu_exception : yescpuid level : 13wp : yesflags : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts mmx fxsr sse sse2 ss syscall nx rdtscp lm con-stant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good xtopology tsc_reliable nonstop_tsc aperfmperf pni pclmulqdq vmx ssse3 cx16 sse4_1 sse4_2 x2apic popcnt aes xsave avx hypervisor lahf_lm ida arat tpr_shadow vnmi ept vpidbogomips : 4587.98clflush size : 64cache_alignment : 64

44


address sizes : 40 bits physical, 48 bits virtualpower management:

คำสงเกยวกบการเปดอานขอมลภายในไฟล

Cat, less, od, และ splitคำสง cat คอคำสงทใชแสดงขอมลทอยในไฟลออกมาแสดงครงเดยวพรอมกนทงหมด ในบางครงก

ใชในการรวมไฟลหลายไฟลเขาดวยกนมาเปนไฟลเดยว แตอยางไรกตามถาไฟลทตองการเปดอานขอมลมความยาวมาก ตวอยางเชนไฟลทเกบ log ของระบบ ถาใชคำสง cat เพอเปดไฟล log ยอมไมเปนผลดกบผอานเองเพราะจะแสดงขอมลออกมาอยางรวดเรวเกนกวาจะจบใจความทนได ดงนนคำสง less จงเปนคำสงยอดนยมอกคำสงหนงทผดแลระบบหรอนกพฒนาจะนยมนำมาใช เนองจากมนจะชวยใหการแสดงขอมลของไฟลทมขนาดใหญใหสามารถเลอนหนาจอขนลงไดหรอแมกระทงคนหาคำไดลกษณะคลายกบการใช text editor ในการเลอนหนาจอของคำสง less นนสามารถใชงานไดทงลกศรขนลงหรอการใชปม PageUp PageDown ในการควบคม สำหรบในการคนหานนจะคนหาไดโดยการพมพเครองหมาย / แลวตามดวยขอความทตองการคนหา คำสง less จะทำหนาทแสดงคำทผดแลระบบตองการคนหาออกมา ถาหากในกรณทตองการคนหาคำถดไป คำสง less ไดออกแบบใหมการกดแปนพมพ n เพอเลอนไปยงคำถดไป

นอกจากคำสง less จะมความสามารถในการคนหาแลวนนความสามารถของคำสง less ยงสามารถแสดงขอมลทมการเปลยนแปลงทบรรทดสดทายได โดยการกดปม F เชนกรณของไฟล log ทจะมขอมลเขามาตลอดเวลา less สามารถแสดงขอมลเหลานนไดทนทโดยไมจำเปนตองเปดไฟลใหม แมไฟล log จะถกบบอดเปน .gz กยงสามารถเปดไดดวยคำสง less ไดทนท ตวอยางการใชคำสงดงแสดงขางลาง

$ cat Departments.txt <---- เปดไฟลทมอยแลว1 Electrical2 Computer3 Telecommunication

$ cat >Universities.txt <---- เปดไฟลใหม และปอนขอมลลงไฟลทนทBurapha UniversityPrince of Songkhla UniversityThammasat University

กด Ctrl+D <---- กดปม Ctrl+D เพอสนสดการใสขอมล

$ cat Departments.txt Universities.txt > All.txt$ cat All.txt 1 Electrical2 Computer3 TelecommunicationBurapha UniversityPrince of Songkhla UniversityThammasat University

45


$ less /var/log/syslog

รปท 1.10 แสดงผลลพธการเปดไฟล /var/log/syslog ดวยคำสง less

จากคำสงขางตนจะเนนการเปดไฟลชนดขอความ (text file) ทวไป แลวแสดงผลเปนขอความปกต

แตในบางกรณทนกพฒนาระบบสมองกลฝงตวตองการมองขอความภายในไฟลในลกษณะอน เชน แปลงเปนเลขฐานแปด ฐานสบ หรอ ฐานสบหก คำสงทนยมใชกนทวไปคอ od (Octal Dump) ซงมตวเลอก -A ทไวสำหรบระบรากทตองการ (Radix) และ -t สำหรบระบรปแบบการแสดงวาจะเปนเลขฐานตางๆ เชน เลขฐานแปด เลขฐานสบ เลขฐานสบหก หรอ รหสแอสก ดวย คา o, d, x, c ตามลำดบ ดงตวอยางขางลาง

$ od Departments.txt 0000000 020061 066105 061545 071164 061551 066141 031012 0414400000020 066557 072560 062564 005162 020063 062524 062554 0675430000040 066555 067165 061551 072141 067551 0051560000054$ od -t x Departments.txt 0000000 6c452031 72746365 6c616369 4320320a0000020 75706d6f 0a726574 65542033 6f63656c0000040 6e756d6d 74616369 0a6e6f690000054$ od -A d -t c Departments.txt 0000000 1 E l e c t r i c a l \n 2 C0000016 o m p u t e r \n 3 T e l e c o0000032 m m u n i c a t i o n \n0000044

46


ไฟลทใชกนสวนใหญอาจจะมขนาดเลกแตเมอใดทมไฟลขนาดใหญนกพฒนาจำเปนทจะตองทำการแยกออก (split) มาใหเปนไฟลชนเลกๆทสะดวกตอระบบสมองกลฝงตวในการสงไปทละกอน หรอแมแตตองการสงผานอเมลในขนาดทพอเหมาะตอขนาดความจของชองขอมล ดงนนคำสงทสามารถแยกไฟลออกเปนชนไดคอ คำสง split ซงสามารถจะเลอกแยกเปนไฟลชนเลกๆตามขนาดไบท (Byte) หรอ บรรทด (line) ทหนจากตวไฟลตนฉบบ เพอตองการนำไฟลยอยทถกแบงออกมา กลบมารวมเปนไฟลเหมอนตนฉบบดงเดม กเพยงแคใชคำสง cat เพอทำการรวมทงหมด ดงตวอยางคำสงขางลางน

$ split -l 1 Departments.txt <---- แบงออกทละบรรทด$ ls x*xaa xab xac

$ cat xaa xab xac <---- แสดงขอมลในไฟลทงสามพรอมกน1 Electrical2 Computer3 Telecommunication

$ cat xaa xab xac > Departments_copies.txt <---- รวมไฟลทงหมดมาเปนไฟลเดยว$ cat Departments_copies.txt 1 Electrical2 Computer3 Telecommunication

สามารถใชคำสง md5sum ทำการตรวจสอบไฟลทงสองวามขนาดและขอมลภายในเหมอนกนหรอไม$ md5sum Departments.txt c4eef8b561262f39d7ae748566100fe5 Departments.txt$ md5sum Departments_copies.txt c4eef8b561262f39d7ae748566100fe5 Departments_copies.txt

Wc, head, and tailคำสง wc (Word Count) จะเหมาะกบการตรวจสอบรายละเอยดของขอมลภายในไฟลวามขนาด

ใหญเทาไหร มบรรทดทงหมดจำนวนเทาไหร จำนวนคำทงหมดเทาไหร นอกจากนน 2 คำสงทเหมาะสมในการดไฟลทมขนาดใหญเชนเดยวกน แตจะเนนดเพยงแคสวนหวไฟลดวยคำสง head และสวนทายไฟลดวยคำสง tail ซงสามารถใชตวเลอก option -n <บรรทด> เพอระบจำนวนบรรทดทตองการแสดง ดงตวอยางคำสงขางลาง

$ wc -l /var/log/dmesg1386 /var/log/dmesg

$ head -n 5 /var/log/dmesg[ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset[ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpu[ 0.000000] Linux version 2.6.32-42-server (buildd@batsu) (gcc version 4.4.3 (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5.1) ) #96-Ubuntu SMP Wed Aug 15 19:52:20 UTC 2012 (Ubuntu 2.6.32-42.96-server 2.6.32.59+drm33.24)

47


[ 0.000000] Command line: BOOT_IMAGE=/boot/vmlinuz-2.6.32-42-server root=UUID=4fb97098-124c-489b-a0d1-3eb8846d2f67 ro quiet[ 0.000000] KERNEL supported cpus:

$ tail -n 5 /var/log/dmesg[ 18.896413] acpiphp_glue: Slot 262 already registered by another hotplug driver[ 18.896434] acpiphp_glue: Slot 263 already registered by another hotplug driver[ 19.031705] ENS1371 0000:02:02.0: PCI INT A -> GSI 16 (level, low) -> IRQ 16[ 19.602812] vmmemctl: started kernel thread pid=907[ 19.602826] VMware memory control driver initialized

ในกรณทผดแลระบบ หรอนกพฒนาสมองกลฝงตว ตองการเฝาดการเปลยนแปลงของไฟลวามขอมลเขามาหรอไม กสามารถใชตวเลอก -f สำหรบคำสง tail เพอเฝาดเหตการณการเปลยนแปลงไดทนท ดงรป

รปท 1.11 แสดงผลลพธการตดตามการเปลยนแปลงขอมลในไฟลดวยคำสง tail

คำสงคนหาขอความและไฟลดวยชด REGULAR EXPRESSIONS

find, grepการคนหาไฟลในระบบปฏบตการลนกซสามารถทำไดหลายวธ หนงในคำสงทไดรบความนยมคอคำ

สง find เพราะมความยดหยนสงในการคนหาไฟลแตละชนดดงตารางแสดงพารามเตอร (parameter) เพอใชระบชนดไฟลทตองการคนหา

ตาราง 1.7 สญลกษณบอกชนดไฟล

สญลกษณ ชนดไฟลf ไฟลทวไป

d ไดเรกทอร

b block

c character

48


สญลกษณ ชนดไฟลp pipe

l Symbolic link

s Socket

ในกรณทตองการระบใหคนหาเฉพาะไฟลทวไป (f) หรอ ไดเรกทอร (d) สามารถใชตวเลอก -type เพอระบประเภทไดดงตวอยางขางลาง

$ ls -ltotal 28-rw-r--r-- 1 student student 53 2013-08-21 05:16 error.log-rwxr-xr-x 1 student student 8497 2013-08-21 06:05 hello-rw-r--r-- 1 student student 92 2013-08-21 06:05 hello.cdrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-09-17 18:03 out-rw-r--r-- 1 student student 57 2013-08-21 05:16 result.txt

$ find . -type f./error.log./result.txt./.my_hidden_file./hello./hello.c

$ find . -type d../.my_hidden_directory./out

ในกรณทตองการคนหาไฟลหรอไดเรกทอรทถกซอนอย

$ find . -type f -name ".*"./.my_hidden_file

เนองจากระบบไฟลภายใตระบบปฏบตการลนกซจะเปนแบบ case sensitive (สนใจตวพมพเลก-พมพใหญ) ดงนนในการคนหาไฟลทใกลเคยงทงหมดโดยไมสนใจกรณ case sensitive สามารถระบโดยการใช -iname เขาไปดงตวอยางขางลาง

$ find -iname "MyProgram.c"./myprogram.c./unix/myprogram.c./programming/MyProgram.c./MyProgram.c

49


การระบระดบความลกของชนไดเรกทอรในการคนหา สามารถทำไดโดยการใช -mindepth [level] และ -maxdepth [level] ตวอยางเชน ตองการคนหาตงแตไดเรกทอร root (level 1) และลกลงไปอก 2 ชน (level 2 - level 3) สามารถใชคำสงดงน

$ find / -maxdepth 3 -name shadow/etc/bash_completion.d/shadow/etc/shadow

เมอตองการระบวาใหคนหาไฟลทอยเฉพาะระดบความลกท 2 ถง 4 (level 2 - level 4)

$ find / -mindepth 2 -maxdepth 4 -name shadow/etc/bash_completion.d/shadow

การคนหาดวยคำสง find แตละครง สามารถตงชดคำสงพเศษหลงตวเลอก -exec ในกรณทเจอไฟลตามทตองการคนหา ตวอยางเชนใหทำการเชคคา checksum ไฟลทเจอดวยคำสง md5sum

$ find -iname "MyProgram.c" -exec md5sum {} \;ed832d42670ee3af4041e4a50f851755 ./myprogram.ced832d42670ee3af4041e4a50f851755 ./unix/myprogram.c7562d93e8b9a19dc80959d4eb7e2c7ca ./programming/MyProgram.cae96bf65a87976abba3fdc57f47a55a2 ./MyProgram.c

ถาตองการระบการคนหาตามสทธของไฟลนน (file permission) สามารถใช -perm ไดดงตวอยางขางลาง

$ find . -perm -g=r -type f -exec ls -l {} \;-rw-r--r-- 1 student student 53 2013-08-21 05:16 ./error.log----r----- 1 student student 57 2013-08-21 05:16 ./result.txt-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-17 18:04 ./.my_hidden_file-rwxr-xr-x 1 student student 8497 2013-08-21 06:05 ./hello-rw-r--r-- 1 student student 92 2013-08-21 06:05 ./hello.c

$ find . -perm g=r -type f -exec ls -l {} \;----r----- 1 student student 57 2013-08-21 05:16 ./result.txt

หรอระบเปนเลขฐานแปด (Octal)

$ find . -perm 040 -type f -exec ls -l {} \;----r----- 1 student student 57 2013-08-21 05:16 ./result.txt

งานดานระบบสมองกลฝงตวขนาดของไฟลขอมลคอนขางเปนประเดนทตองใหความสนใจ เนองจากพนทเกบขอมลมขนาดจำกด ดงนนการนำคำสง find มาประยกตใชเพอคนหาไฟลตามขนาดไฟลทตองการจงมความสำคญเชนกน ดงตวอยางตอไปน

50


เมอตองการคนหาไฟลทมขนาดใหญ 5 อนดบแรก

$ find . -type f -exec ls -s {} \; | sort -n -r | head -580 ./testing/ktest/ktest.pl64 ./perf/util/trace-event-parse.c64 ./perf/util/symbol.c60 ./lguest/lguest.c56 ./perf/util/header.c

หรอขนาดเลกสด 5 อนดบแรก แตไมตองการรวมไฟลทมขนาดศนยไบต (Empty file)

$ find . -not -empty -type f -exec ls -s {} \; | sort -n | head -54 ./firewire/list.h4 ./firewire/Makefile4 ./firewire/nosy-dump.h4 ./include/tools/be_byteshift.h4 ./include/tools/le_byteshift.h

ในกรณทตองการระบขนาดไฟล (byte) อยางชดเจน สามารถใช -size [byte] ดงตวอยางขางลาง

$ find . -size +200M <------ ไฟลทมขนาดมากกวา 200 เมกะไบต$ find . -size -200M <------ ไฟลทมขนาดนอยกวา 200 เมกะไบต$ find . -size 200M <------ ไฟลทมขนาด 200 เมกะไบต

นกพฒนาสามารถสรางคำสงเฉพาะดวย alias เพอความสะดวกในการคนหาไฟลขนาดทตองการ เพอลบทง ดงตวอยางขางลาง$ alias rm50m="find / -type f -name *.tar -size +50M -exec rm -i {} \;"$ alias rm1g="find / -type f -name *.tar -size +1G -exec rm -i {} \;"$ alias rm3g="find / -type f -name *.tar -size +3G -exec rm -i {} \;"$ alias rm5g="find / -type f -name *.tar -size +5G -exec rm -i {} \;"

นอกจากนนถาตองการคนหาไฟลโดยดจากเวลาของไฟลทถกเขาถง (Access time) ถกเปลยนแปลงขอมลภายใน (Modification time) หรอ มการเปลยนแปลงไอโหนด/สถานะ (Change time) สามารถระบตวเลอกดงรายละเอยดในตารางขางลาง

ตาราง 1.8 ตวเลอกการเขาถงไฟลของคำสง find

ตวเลอก คำอธบาย--- Access Time ---

amin m เวลา m นาททผานมา ทไฟลถกเขาถง atime d เวลา d*24 ชวโมงทผานมา ทไฟลถกเขาถง

--- Modification Time --- mmin m เวลา m นาททผานมา ทไฟลถกเปลยนแปลงขอมลภายใน

51


ตวเลอก คำอธบายmtime d เวลา d*24 ชวโมงทผานมา ทไฟลถกเปลยนแปลงขอมล

ภายใน

--- Change Time --- cmin m เวลา m นาททผานมา ทไฟลถกเปลยนสถานะหรอคาไอโหนดctime d เวลา d*24 ชวโมงทผานมา ทไฟลถกสถานะหรอคาไอโหนด

$ cd unix/$ vim hello.c <------ แกไขขอมลภายในไฟล hello.c$ chmod 755 result.txt <------ เปลยนสทธของไฟล result.txt

คนหาไฟลภายในไดเรกทอร unix ทมการถกแกไขขอมลภายในไฟล เมอ 10 นาททผานมา

$ find ~/unix/ -mmin -10/home/student/unix//home/student/unix/hello.c

คนหาไฟลภายในไดเรกทอร unix ทมการถกเปลยนแปลงสทธไฟลเมอ 10 นาททผานมา

$ find ~/unix/ -cmin -10/home/student/unix//home/student/unix/result.txt/home/student/unix/hello.c

ในกรณทไมตองการใหแสดงผลไฟลทถกซอน (hidden file) ในผลลพธของการคนหา สามารถใช -regex ดงตวอยางขางลาง

$ find ~/unix/ -amin -10 $ ! -regex ".*/\..*" $/home/student/unix//home/student/unix/hello.c

ในการคนหาไฟลทตองการบางครง ถาผใชตองการตงเงอนไขแยกเปน 2 สวนคอ ตรวจสอบสทธ และตรวจสอบขนาดไฟล สามารถเขยนใหอยในรปแบบดงตวอยางขางลาง

$ find / $ -perm -4000 -fprintf ~/unix/suid.txt '%#m %u %p\n' $ , $ -size +100M -fprintf ~/unix/big.txt '%-10s %p\n' $

$ cat big.txt510743705 /home/student/aosp/out/host/linux-x86/bin/clang357304855 /home/student/aosp/out/host/linux-x86/bin/llvm-rs-cc

52


138665118 /home/student/aosp/out/host/linux-x86/obj/STATIC_LIBRARIES/libclangSema_intermediates/libclangSema.a138104274 /home/student/aosp/out/host/linux-x86/obj/STATIC_LIBRARIES/libclangStaticAnalyzerCheckers_intermediates/libclangStaticAnalyzerCheckers.a160314665 /home/student/aosp/out/host/linux-x86/obj/lib/libbcc.so... $ cat suid.txt04755 root /bin/ping604755 root /bin/su04755 root /bin/fusermount04755 root /bin/umount04755 root /bin/mount04755 root /bin/ping04755 root /usr/bin/chfn06755 daemon /usr/bin/at04755 root /usr/bin/lppasswd04755 root /usr/bin/sudoedit04755 root /usr/bin/arping04755 root /usr/bin/gpasswd...

grepคำสง grep (Generalized Regular Expression Parser) เปนคำสงทมการใชงานบอยครงตงแต

ระดบคอมพวเตอรตงโตะจนไปถงบอรดสมองกลฝงตวทมระบบปฏบตการลนกซอยภายในโดยหนาทของคำสงนคอการคนหาขอความทอยภายในไฟลทตองการตามเงอนไขทตงไว ตวอยางเชน

$ grep ".*passwd" suid.txt 04755 root /usr/bin/lppasswd04755 root /usr/bin/gpasswd04755 root /usr/bin/passwd04755 student /home/student/Downloads/poky-dylan-9.0.0/build/tmp/work/i586-poky-linux/shadow/4.1.4.3-r13/package/usr/bin/passwd.shadow...

ตาราง 1.9 ตวดำเนนการสำหรบคำสง grep

ตวดำเนนการ คำอธบาย? เจออยางนอย 1 ตวอกขระ

* เจออยางนอย 0 หรอ มากกวาหลายตวอกขระ

+ เจออยางนอย 1 หรอ มากกวาหลายตวอกขระ

^ คนหาเฉพาะขนตนบรรทด

53


ตวดำเนนการ คำอธบาย$ คนหาเฉพาะทายบรรทด

[ ] คนหาตวอขระใดตวอกขระหนงทอยใน [ ]

{n} เจอซำเปนจำนวน n ครง

{n,} เจอซำเปนจำนวนตงแต n ครง หรอมากกวา

{n,m} เจอซำเปนจำนวนตงแต n ครงจนถง m ครง

\char คนหาตวอกขระ char

-E ‘pattern1 .* pattern2’ คนหา pattern1 และ pattern2

-E ‘pattern1 | pattern2’ คนหา pattern1 หรอ pattern2

ตวอยางการใชคำสง grep เพอคนหาคำจากผลลพธของคำสง ls -al

$ ls -altotal 61drwxr-xr-x 4 student student 4096 2013-09-20 05:09 .drwxr-xr-x 37 student student 4096 2013-09-11 20:53 ..-rw-r--r-- 1 student student 5160 2013-09-18 00:04 big.txt-rw-r--r-- 1 student student 53 2013-08-21 05:16 error.log-rwxr-xr-x 1 student student 8497 2013-08-21 06:05 hello-rw-r--r-- 1 student student 93 2013-09-17 19:16 hello.cdrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-09-17 18:04 .my_hidden_directory-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-17 18:04 .my_hidden_file-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-20 05:09 mytest.txt-rw-r--r-- 1 student student 72 2013-09-20 05:09 number-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-20 04:48 test1.txt-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-20 04:48 test.txt$ ls -al | grep test?.txt-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-20 04:48 test1.txt

ในกรณทจะใชตวดำเนนการ “+” จำเปนตองใชโปรแกรมรนใหมของโปรแกรม grep คอโปรแกรม egrep (Extended Grep) ดงตวอยางขางลาง

$ ls -al | egrep test+.txt-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-20 05:09 mytest.txt-rw-r--r-- 1 student student 0 2013-09-20 04:48 test.txt

ในกรณทตองการคนหาตวเลขตามจำนวนหลกทตองการ สามารถใชตวดำเนนการ [ ] และ {n} ดงตวอยางขางลาง

$ cat numbersID 3710166Telephone No. 0891234122

54


City Code 20131Phone No. 038191772

$ grep "[0-9]\{5\}$" numbersCity Code 20131

ถาตองการคนหาทมตวเลขตงแต 7 หลกขนไปจะใชตวดำเนนการ {m, } ดงตวอยางขางลาง

$ grep "[0-9]\{7,\}$" numbersID 3710166Telephone No. 0891234122Phone No. 038191772

การคนหาขอมลภายในไฟล log นกพฒนาสามารถทำการวเคราะหเบองตนไดดวยตวดำเนนการ -E ‘pat-tern1 | pattern2’ ดงตวอยางของขอมล log ขางลางน

$ cat data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.42 Station02 Flow_Sensor 12.43 Station03 Light_Sensor 554 Station04 Motion_Sensor ON5 Station05 Current_Sensor 1.42

สามารถใชคำสง grep เพอคนหาขอมลภายในได 4 รปแบบ ไดแก

(แบบท 1) $ grep -i 'station01\|station03' data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.43 Station03 Light_Sensor 55

(แบบท 2) $ grep -i -E 'station01|station03' data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.43 Station03 Light_Sensor 55

(แบบท 3) $ grep -i -e station01 -e station03 data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.43 Station03 Light_Sensor 55

(แบบท 4) $ egrep -i 'station01|station03' data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.43 Station03 Light_Sensor 55

เมอตองการคนหาคำทอยตำแหนงตนบรรทด จะใช “^” นำหนาคำทตองการคนหา หรอคำทอยตำแหนงปลายบรรทด จะใช “$” ตอทายคำทตองการคนหา ดงตวอยางขางลาง

$ grep "^Sep 11" messages.1 Sep 11 21:16:58 EE-Burapha rsyslogd: [origin software="rsyslogd" swVersion="4.2.0" x-pid="691" x-info="http://www.rsyslog.com"] rsyslogd was HUPed, type 'lightweight'.Sep 11 21:44:29 EE-Burapha kernel: [ 3077.192891] e1000: eth0 NIC Link is DownSep 11 21:45:17 EE-Burapha kernel: [ 3125.462088] e1000: eth0 NIC Link is Up 1000 Mbps Full Duplex, Flow Control: None

55


http://www.rsyslog.com

http://www.rsyslog.com

Sep 11 21:46:58 EE-Burapha kernel: [ 3222.009399] e1000: eth0 NIC Link is DownSep 11 21:47:04 EE-Burapha kernel: [ 3227.275574] e1000: eth0 NIC Link is Up 1000 Mbps Full Duplex, Flow Control: None...

$ grep "Link is Down$" messages.1 Sep 11 21:44:29 EE-Burapha kernel: [ 3077.192891] e1000: eth0 NIC Link is DownSep 11 21:46:58 EE-Burapha kernel: [ 3222.009399] e1000: eth0 NIC Link is DownSep 11 21:47:07 EE-Burapha kernel: [ 3230.682704] e1000: eth0 NIC Link is DownSep 11 21:53:34 EE-Burapha kernel: [ 3310.165309] e1000: eth0 NIC Link is DownSep 11 21:54:02 EE-Burapha kernel: [ 3338.102673] e1000: eth0 NIC Link is Down...

การคนหาคำทมอกขระพเศษอยดวยนน จะตองใชตวดำเนนการ \ นำหนาตวอกขระพเศษเสมอ ดงตวอยางขางลาง

$ grep "255\.255\.255\.255" syslog.1 Sep 18 11:36:12 EE-Burapha dhclient: DHCPDISCOVER on eth0 to 255.255.255.255 port 67 interval 3Sep 18 11:36:13 EE-Burapha dhclient: DHCPREQUEST of 172.16.56.134 on eth0 to 255.255.255.255 port 67Sep 18 19:54:11 EE-Burapha dhclient: DHCPDISCOVER on eth0 to 255.255.255.255 port 67 interval 3Sep 18 19:54:12 EE-Burapha dhclient: DHCPREQUEST of 172.16.56.134 on eth0 to 255.255.255.255 port 67Sep 20 04:50:05 EE-Burapha dhclient: DHCPDISCOVER on eth0 to 255.255.255.255 port 67 interval 5Sep 20 04:50:06 EE-Burapha dhclient: DHCPREQUEST of 172.16.56.134 on eth0 to 255.255.255.255 port 67

ตาราง 1.10 ตวดำเนนการเพมเตมสำหรบคำสง grep

OPERATOR DESCRIPTION

[:digit:] เฉพาะตวเลขตงแต 0 ถง 9[:alnum:] ทงตวอกษร A ถง Z หรอ a ถง z และตวเลขตงแต 0 ถง 9[:alpha:] ตวอกษร A ถง Z หรอ a ถง z[:blank:] เฉพาะชองวาง (Space) และแทป (TAB) เทานน

จากตารางขางตน เปนการระบตวอกขระในแตละประเภทเพอใหการคนหามประสทธภาพมากขน ดงตวอยางการใชงานดงน

$ grep "anacron\[[[:digit:]]\+\]" /var/log/syslog.1Sep 18 08:50:17 EE-Burapha anacron[27155]: Job `cron.daily' terminatedSep 18 08:50:17 EE-Burapha anacron[27155]: Job `cron.weekly' startedSep 18 08:50:17 EE-Burapha anacron[27530]: Updated timestamp for job `cron.weekly' to 2013-09-18Sep 18 08:50:18 EE-Burapha anacron[27155]: Job `cron.weekly' terminated...

56


การรวมคำสงเขาดวยกน ดวยสญญลกษณทเรยกวา Pipe (|) โดยเอาทพตของคำสงแรกจะเปนอนพตของคำสงถดไป จนกระทงถงคำสงสดทายทจะแสดงผลลพธสหนาจอ ดงตวอยางการใชดงน

$ ls <ไดเรกทอร> | grep <คำคนหา>

$ ls -al | grep "^d"drwxr-xr-x 4 student student 4096 2013-09-21 02:21 .drwxr-xr-x 37 student student 4096 2013-09-11 20:53 ..drwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-09-17 18:04 .hidden_directorydrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-09-17 18:03 out

awkAwk ยอมาจากตวอกษรแรกของนกพฒนาทงสามคนไดแก Aho, Weinberger, และ Kernighan

ถอวาเปนภาษาโปรแกรมชนดหนงซงมไวสำหรบการเขาถงขอมลทมลกษณะเปนโครงสราง (structured data) และสามารถสรางออกมาใหอยในรปแบบรายงานได คณสมบตสำคญของ awk ประกอบไปดวย

• awk จะมองไฟลขอมลในลกษณะคลายฐานขอมลทม เรคอรด (record) และ ฟลด (field)

• awk จะมตวแปร (variables) ชดคำสงตรวจสอบเงอนไข (conditional statement) และชดคำสงทำ ซำ (loop statement) เหมอนภาษาโปรแกรมทวไป

• awk เตรยมตวดำเนนการทางดานเลขคณต (arithmetic) และขอความ (string)

• awk สามารถสรางออกมาใหอยในรปแบบรายงานได

รปแบบคำสงการใชงาน

awk '/search pattern1/ {Actions} /search pattern2/ {Actions}' file

โดยท search pattern กคอชด regular expression สวน Actions กคอชดคำสงเชงโปรแกรม ดงตวอยางการใชคำสงขางลาง

$ cat data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.42 Station02 Flow_Sensor 12.43 Station03 Light_Sensor 554 Station04 Motion_Sensor ON5 Station05 Current_Sensor 1.42$ awk '/Station01/> /Station02/' data.log 1 Station01 Temp_Sensor 35.42 Station02 Flow_Sensor 12.4

57


awk สามารถแยกเรคคอรดในแตละบรรทดทคนดวยอกขระชองวางออกมาเปนฟลดยอยๆและถกเกบไวในตวแปร $n โดยท n คอจำนวนเลขฟลด โดยเรมตนท $0 จะแทนดวยขอความทงหมดของบรรทดนนๆ สวน $1 จนถง $n นนจะเกบขอความทถกแยกดวยชองวางแตละคอลมน ดงตวอยางขางลาง

$ awk '{print $2,$4;}' data.log Station01 35.4Station02 12.4Station03 55Station04 ONStation05 1.42

สามารถใช $NF เพอระบคาฟลดตวสดทายได ดงตวอยางขางลาง

$ awk '{print $2,$NF;}' data.log Station01 35.4Station02 12.4Station03 55Station04 ONStation05 1.42

คำสง awk จะมรปแบบสำคญอกสวนหนงทใชในการกระทำคำสงตอนเรมตน (Initialization) กอนทจะเรมดำเนนการวเคราะหแตละบรรทดภายในไฟล และจะกระทำคำสงตอนสนสด (Final) หลงจากบรรทดสดทายดำเนนการเสรจเรยบรอยแลว โดยการใช BEGIN และ END ดงรปแบบการเรยกใชคำสงดงน

BEGIN { Actions }{Action} # Action for every lines in a fileEND { Actions }# is for comments in Awk

ตวอยางการใชคำสง awk แบบเตมรป

$ awk 'BEGIN {print "Station Name\tSensor Type\t\t\tValue";}> {print $2,"\t",$3,"\t\t\t",$NF;}> END{print "Report Generated\n--------------";> }' data.logStation Name! Sensor Type!! ! ValueStation01 ! ! Temp_Sensor ! ! ! 35.4Station02 ! ! Flow_Sensor ! ! ! 12.4Station03 ! ! Light_Sensor ! ! ! 55Station04 ! ! Motion_Sensor ! ! ! ONStation05 ! ! Voltage_Sensor ! ! ! 1.42Report Generated--------------

58


เพอความสะดวกยงขน นกพฒนาสามารถเกบคำสงลงในไฟลสครปทได เชน เกบลงในไฟล datalog.script ตวอยางการใชคำสงเชน

$ cat datalog.script BEGIN {! print "Station Name\tSensor Type\t\t\tValue";}{! print $2,"\t",$3,"\t\t\t",$NF;}END {! print "Report Generated\n--------------";}

$ awk -f datalog.script data.log Station Name! Sensor Type!! ! ValueStation01 ! ! Temp_Sensor ! ! ! 35.4Station02 ! ! Flow_Sensor ! ! ! 12.4Station03 ! ! Light_Sensor ! ! ! 55Station04 ! ! Motion_Sensor ! ! ! ONStation05 ! ! Voltage_Sensor ! ! ! 1.42Report Generated--------------

ในการใชงานในระบบสมองกลฝงตวนนการดคาสถานะตางๆนนบอรดสมองกลฝงตวอาจจะมโปรแกรมจำลองตวเองใหมบรการ Web Server เพอใหผใชสามารถเขามาดสถานะผานโปรแกรมเวปบราวเซอรทวไปได ดงนนนกพฒนาสามารถจดรปแบบการแสดงผลขอมลโดยเพมแทก HTML (HTML Tag) ดวยคำสง awk ไดอยางงายดาย ดงตวอยางขางลาง$ cat datalog_html.script BEGIN{title="Sensor Station";print "<html>\n<title>"title"</title><body bgcolor=\"#ffffff\">\n<table bor-der=1><th colspan=2 align=centre>Station Details</th>";}{station_name=$2;sensor=$3;value=$NF;print "<tr><td>"station_name"</td><td>"sensor"</td><td>"value"</td></tr>";}END {print "</table></body>\n</html>";}

วธการเรยกใช script ทสรางขนมา (datalog_html.script) และเกบผลลพธทไดอยในรปแบบแทก HTML ลงในไฟลใหมชอ sensor.html ดงตวอยางคำสงขางลาง

$ awk -f datalog_html.script data.log > sensor.html

59


$ cat sensor.html <html><title>Sensor Station</title><body bgcolor="#ffffff"><table border=1><th colspan=2 align=centre>Station Details</th><tr><td>Station01</td><td>Temp_Sensor</td><td>35.4</td></tr><tr><td>Station02</td><td>Flow_Sensor</td><td>12.4</td></tr><tr><td>Station03</td><td>Light_Sensor</td><td>55</td></tr><tr><td>Station04</td><td>Motion_Sensor</td><td>ON</td></tr><tr><td>Station05</td><td>Voltage_Sensor</td><td>1.42</td></tr></table></body></html>

ทดสอบเปดไฟล sensor.html ผานโปรแกรมบราวเซอรเพอดผลลพธทเกดขน

รปท 1.12 แสดงการนำเสนอขอมลในรปแบบ HTML

คำสงจดการดานระบบเครอขาย iptables iptables เปนเครองมอสำคญอกตวหนงทถกนำมาใชในการจดการระบบความปลอดภยในระบบเครอขายทเรยกวา ไฟรวอลล (firewall) โดยพนฐานในการกำหนดการควบคมการเขาออกของขอมลนน ผดแลระบบหรอแมแตนกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวควรเขาใจโครงสรางและหลกการทำงานของ iptables เปนอยางด ภายใน iptables นนมดวยกนหลายตาราง (tables) โดยแตละตารางจะประกอบไปดวยหลายรายการทเรยกวา chain (ท iptables เตรยมมาใหแลวหรอผใชกำหนดขนเอง) และภายในแตละ chain จะประกอบไปดวยขอกำหนดการควบคมการเขาออกของขอมลทเรยกวา rule ดงโครงสรางแสดงในรปขางลาง

60


Rule 1

Rule 2

Rule 3

Chain 1

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Chain 2

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Chain 1

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Chain 2

Table 1 Table 2

รปท 1.13 ตารางทใชในการกำหนดกฏของ iptables

iptables จะถกเตรยมตารางใหแลว 4 ตาราง (4 built-in tables) ไดแก 1. Filter Table2. NAT Table3. Mangle Table4. Raw Table

สวนประกอบของ iptables จะมสวนประกอบหลก 3 สวนไดแก• INPUT คอสวนของขอมลทเขามาสเครองคอมพวเตอร• OUTPUT คอสวนของขอมลทออกจะเครองคอมพวเตอร• FORWARD คอสวนทสงตอขอมลจากระบบเครอขายภายในสเครอขายภายนอก ซงการบลอกพอรตกจะใชสวนนเปนหลก

RoutingDecision Forward

Input Output

Incoming Outgoing

Local Process

รปท 1.14 โฟลวชารตแสดงการควบคมการไหลของขอมล

61


ตวอยางการแสดงรายละเอยดของตารางภายใน iptables

$ sudo iptables --listChain INPUT (policy ACCEPT)target prot opt source destinationACCEPT tcp -- anywhere anywhere tcp dpt:sshDROP all -- anywhere anywhere

Chain FORWARD (policy ACCEPT)target prot opt source destination

Chain OUTPUT (policy ACCEPT)target prot opt source destination

โดยท • ACCEPT คอไฟรวอลลจะยอมใหแพกเกต (packet) ผานไปยงปลายทางได• DROP คอไฟรวอลลจะทงแพกเกตทนท แตจะไมแจงผสงเกยวกบขอความทสงไมสำเรจ• REJECT คอไฟรวอลลจะทงแพกเกตทนท และผสงจะไดรบขอความผาน ICMP ตอบกลบถงขอความทสง ไมสำเรจ• QUEUE คอไฟรวอลลจะสงตอแพกเกต ไปยงสวนระบบบนทตดตอกบผใช (userspace)• RETURN คอไฟรวอลลจะหยดการทำงานภายใน chain แลวกลบไปยง Chain เดมทเรยกกอนหนาน

ตวอยางแสดงการเปดพอรตดวยคำสง iptables โดยหลกการสำคญคอ ควรปดพอรตทงหมดกอนแลวจงคอยเลอกเปดพอรตทใชทละพอรตจะเปนวธทมความปลอดภยทสด

$ IPTABLES -P FORWARD DROP #CLOSE PORT ALL$ IPTABLES -A FORWARD -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 53 -j ACCEPT #DNS$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 53 -j ACCEPT #DNS$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 67 -j ACCEPT #DHCP$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 69 -j ACCEPT #TFTP$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 111 -j ACCEPT #NFS$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 2049 -j ACCEPT #NFS$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 32700 -j ACCEPT #NFS$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 80 -j ACCEPT #HTTP$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 8080 -j ACCEPT #HTTP$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 443 -j ACCEPT #HTTPS$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 8443 -j ACCEPT #HTTPS$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 20 -j ACCEPT #FTP$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 20 -j ACCEPT #FTP$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 21 -j ACCEPT #FTP$ IPTABLES -A FORWARD -p udp --dport 21 -j ACCEPT #FTP$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 22 -j ACCEPT #SSH$ IPTABLES -A FORWARD -p tcp --dport 23 -j ACCEPT #TELNET

62


พอรตพนฐานทจะถกเปดไวสำหรบบอรดสมองกลฝงตว เพอใชในการตดตง bootload-er,ลนกซคอรเนลและ เรยก root filesystem ไดนนจะมดวยกนอยางนอย 4 ถง 5 พอรต ไดแก

ตาราง 1.11 รายการ services ทถกเปดใชในระบบสมองกลฝงตว

SERVICE PORT NAME PORT NO. TCP/IP PROTOCOL

DHCP bootps 67 UDP

TFTP tftp 69 UDP

NFS

sunrpc 111 UDP

NFS nfs 2049 UDPNFS

mountd 32700 หรอ 32772 UDP

ในกรณทตองการปดการทำงานของไฟรวอลล เพอเขาสโหมดบำรงรกษาระบบสามารถใชคำสงดงตอไปน

$ sudo /etc/init.d/iptables off

TCP UDP

IPEthernet, Token-Right, FDDI, X.25, Wireless,ATM,SNA...

HTTP Kerb Xwin SMTP Telnet FTP DNS TFTP RPC

NFS

NCS SNMP

PING Trace Route

ICMP ARP RARP

MIME

รปท 1.15 รายละเอยดของโปรโตคอลในแตละชนของ TCP/IP

TFTP

การทำงานของ Trivial File Transfer Protocol (TFTP) เปนการทำงานทเปนการสงไฟลระหวางระบบ โดยทวไปผใชจะรจก FTP ซงเปนโปรโตคอลทมการใชงานอยางกวางขวางทอนญาตใหผใชสามารถมองเหนโครงสรางระบบไฟลและสามารถดาวนโหลดหรออพโหลดไฟลได แตสำหรบ TFTP นนขนตอนการทำงานจะนอยกวา FTP กลาวคอไมตองมขนตอนการรบรองตวตน (authentication) และเปนการสงขอมลผานโปรโตคอล UDP แตอยางไรกตาม TFTP กยงถกมการใชงานอยางกวางขวางในการสงไฟล configuration ตางๆบนระบบเครอขายคอมพวเตอร ขนตอนการตดตงโปรแกรม TFTP ลงในเครอง host เพอใชในการเกบไฟล image สำหรบเครองลกขายทเปนบอรดสมองกลฝงตว

ในกรณทใช Ubuntu เวอรชน 12.04 ขนไป จะใชคำสงดงน

$ sudo apt-get install xinetd tftp-hpa tftpd-hpa

63


แตถาในกรณทใช Ubuntu เวอรชน 11.10 ลงมา จะใชคำสงดงน

$ sudo apt-get install xinetd tftp tftpd$ sudo mkdir /tftpboot

หลงจากตดตงโปรแกรมและสรางไดเรกทอร tftpboot เรยบรอยแลว จะตองมการตงคาในไฟล /etc/xinetd.conf และแกไขตำแหนงไดเรกทอร TFTP_DIRECTORY ทถกระบอยในไฟล /etc/default/tftpd-hpa (ในกรณทใช Ubuntu เวอรชน 12.04 ขนไป)

$ sudo vim /etc/xinetd.confservice tftp{ socket_type = dgram protocol = udp wait = yes user = root server = /usr/sbin/in.tftpd server_args = -s /tftpboot disable = no }

$ sudo vim /etc/default/tftpd-hpa (ในกรณทใช Ubuntu เวอรชน 12.04 ขนไป)TFTP_USERNAME="tftp"TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"TFTP_OPTIONS="--secure"TFTP_DIRECTORY="/home/training/tftpboot"

ทำการเรมตนบรการ xinetd ใหมดวยคำสง

$ sudo /etc/init.d/xinetd restart

ทำการสรางไฟลตนฉบบไวในไดเรกทอร /tftpboot/ บนเครอง Host

$ sudo echo ‘This is a data’ > /tftpboot/myfile

ผใชสามารถทดสอบการดาวนโหลดไฟลโดยการทำการเชอมตอไปยง TFTP server ดงตวอยางคำสงขางลางน

$ tftp <Host IP> <----- ระบหมายเลข IP ของเครอง TFTP servertftp> get myfileReceived 16 bytes in 0.1 secondstftp> quit

64


DHCP บอรดสมองกลฝงตวในหลายงานประยกตอาจจะตองรองขอหมายเลข IP Address ใหกบตวมนเอง หรอในระหวางการพฒนาบอรดสมองกลฝงตวจะถกเชอมตออยในระบบเครอขายเดยวกนกบเครอง Host ดงนนภายในระบบเครอขายจะมเครองแมขายททำหนาทจายหมายเลข IP Address ผานโปรโตคอล DHCP ใหกบลกขายหรอบอรดสมองกลฝงตว (target board) ในกรณทเปนเครอง Host นกพฒนาจะตองทำการตดตง DHCP server เพมเตมเอง ดงขนตอนดงน

$ sudo apt-get install isc-dhcp-server

แกไขไฟล /etc/dhcp/dhcpd.conf เพอทำการตงคาใหเครอง Host เปน DHCP Server โดยเพมบรรทดดงตอไปน

$ sudo vim /etc/dhcp/dhcpd.confsubnet 192.168.0.0 netmask 255.255.255.0 { host targetboard { fixed-address 192.168.0.2;! server-name "192.168.0.1"; option router "192.168.0.1"; hardware ethernet 12:34:56:78:9a:bc; option root-path "/rootfs"; filename uImage; } }

จากตวอยางภายในไฟล dhcpd.conf ขางตน เครอง DHCP server จะจาย IP Address ใหกบบอรดสมองกลฝงตวทม MAC address เปน 12:34:56:78:9a:bc ดงนนผใชจะตองปรบคา MAC address บนบอรดสมองกลฝงตว ใหตรงตามคา MAC Address ทเครอง DHCP Server รจกใหตรงกน

NFSnfs เปนโปรโตคอลทไดรบการออกแบบมาเพอการเชอมโยงทรพยากรฮารดดสกจากเครองอนๆท

อยบนเครอขายคอมพวเตอรทอยหางออกไปใหเปนเสมอนระบบไฟลของอปกรณเอง สำหรบนกพฒนาระบบสมองกลฝงตวแลวการใชงาน nfs มผลทำใหในระหวางการปรบแตงระบบปฏบตการ หรอการพฒนาโปรแกรมเพอใชในระบบสมองกลฝงตวคลองตวและสะดวกมากยงขนและไมมขอจำกดของขนาดในการเกบขอมล โดยการนำไฟล root file system (RFS) ไปวางไวในไดเรกทอรทถกตงคาใหเปนไดเรอทอรทถกแชรผานโปรโตคอล NFS

เนองจากโดยทวไปแลวเมอนกพฒนาไดปรบแตงระบบปฏบตการเสรจ และพฒนาโปรแกรมฝงเขาไป root file system เรยบรอยกจะถกนำไปเขยนลงในตวเกบขอมลทอยภายในบอรดสมองกลฝงตว เชน Flash Memory เปนตน

65


บอรดTarget

เครองHost

DHCP

TFTP

NFS mount

NFS rootFS

ตงคา IP

Kernel image

ระบบเรมทางาน

เครอง Host บอรด Target

Makefile NFS Server

ไดเรกทอรทถกแชร

NFS Cient

ไดเรกทอรทถกแชร

รปท 1.16 แสดงขนตอนการ mount พนทบนเครอง Host ดวยโปรโตคอล NFS

ในระบบปฏบตการลนกซบนระบบสมองกลฝงตว การเชอมตอระบบเขากบ Network File System นนในขนตอนการทำงานจะมลกษณะเดยวกบการเชอมตอของระบบปฏบตการลนกซโดยทวไป ขนตอนการตดตง nfs-kernel-server และตงคาในไฟล /etc/exports ดงน

$ sudo apt-get install rpcbind nfs-kernel-server$ sudo mkdir /rootfs$ sudo vim /etc/exports/rootfs 192.168.0.2(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)/rootfs localhost(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)

ทำการเรยก service ทเกยวของทงหมด ดวยคำสง

$ sudo service xinetd restart$ sudo service tftpd-hpa restart$ sudo service isc-dhcp-server restart$ sudo service rpcbind-boot stop$ sudo service nfs-kernel-server stop$ sudo service rpcbind-boot start$ sudo service nfs-kernel-server start

ไฟล /etc/exports เปนไฟลทไดถกสรางขนจากเครองแมขาย เพอระบวาจะใหไดเรกทอรใดในเครองแมขายทจะใหเครองลกขายสามารถทำการ mount ไดเรกทอรได ดวยคำสงขางลาง

$ mount –t nfs nfs_server_Address:/rootfs/ /mnt/rfs

*ตวอยาง shell script สำหรบชวยในการตดตง tftp & nfs บนเครองแมขาย http://goo.gl/XuB1EZ

66


http://goo.gl/XuB1EZ

http://goo.gl/XuB1EZ

บทท 2 พนฐานลนกซคอรเนลสำหรบนกพฒนา

เคอรเนล (Kernel) สามารถแยกออกมาได 3 ประเภท ไดแก • Monolithic kernel เชน Linux Kernel, MS-DOS, Microsoft Windows 9x Series• Micro kernel เชน AIX, AmigaOS, Android OS, Haiku, L4 microkernel family เปนตน• Hybrid kernel เชน BeOS kernel, NetWare kernel, ReactOS kernel, NT kernel Windows NT kernel (Windows 2000/Windows XP/Windows 2003/Windows Vista), 8.XNU kernel (ใชใน Mac OS X) เปนตน

และเปนททราบกนดวาลนกซคอรเนลโดยสวนใหญนนจะเปนชนด monolithic kernel ซงหมายถงหนาทหลกโดยสวนใหญของระบบปฏบตการจะถกเรยกผาน Kernel ทงหมด ดงแสดงในรปขางลาง

Usermode

Application

Kernelmode

System

Operating sytem

VFS, System call

IPC, File System

Scheduler, Virtual Memory

Device Drivers, Dispatcher...

Hardware

รปท 2.1 แสดงการรายละเอยดการทำงานของ Monolithic Kernel

แตกตางจาก Micro Kernel ทบางสวนของระบบปฏบตการยงคงทำใน Kernel เชน การสอสารระหวางโปรเซส (inter-process communication) การจดลำดบงานของอปกรณอนพต/เอาทพต (basic input/output scheduling) การจดการหนวยความจำ (memory management) สวนหนาทอนๆจะทำภายนอก Kernel ตวอยางเชน drivers, network stack, file systems

67


Kernelmode

Usermode

Application

Application IPC

Hardware

UNIX Server

Device Driver

File Server

IPC, Virtual Memory, Scheduling

Kernelmode Kernel

mode

Usermode

รปท 2.2 แสดงการรายละเอยดการทำงานของ Micro Kernel

Linux Kernel

ลนกซคอรเนลซงเปนตวกลางสำคญของระบบปฏบตการลนกซในการตดตอระหวางฮารดแวรและซอฟตแวร โดยฮารดแวรนนหมายถงอปกรณตางๆภายในและอปกรณรอบขางเครองคอมพวเตอร ตวอยางเชน หนวยประมวลผลกลาง หนวยความจำ การดแสดงผล ฮารดดสก อปกรณอนพตและเอาทพต เมาส คยบอรด เปนตน สำหรบซอฟแวรนนประกอบไปดวยโปรแกรมของระบบปฏบตการและโปรแกรมประยกตตางๆ โดยภายใน Kernel จะประกอบไปดวย 2 สวนสำคญคอ Kernel Module และ Device Driver ทงสองจะทำหนาทในการดแลจดการการรองขอทเกดขนจากฮารดแวรและซอฟตแวร แลวทำการประมวลผลขอมลในเบองตนเพอสงตอใหระบบปฏบตการตอไป เพอใหบรหารจดการการใชงานทรพยากรทงหมดไดอยางมระบบ

C Library

โปรแกรม A

โปรแกรม Bไลบราร A

Linux Kernel

Hardware

เรยก Kernel module แจงผลลพธ และรายละเอยดขอมลตางๆ

จดการฮารดแวร แจงผลลพธ

รปท 2.3 แสดงการสอสารระหวางโปรแกรมในระบบปฏบตการและอปกรณ

68


จดเดนสำคญอกจดหนงคอลนกซคอรเนลสามารถรองรบสถาปตยกรรมทมอยตงแตในอดตจนถงปจจบน ซงสามารถดรายชอไดจากไดเรกทอร /arch โดยสามารถแยกเปนกลมสถาปตยกรรมได 2 แบบคอแบบ 32 บต เชน arm, avr32, blackfin, m68k, microblaze, mips, score, sparc, um, x86, powerpc และกลมสถาปตยกรรมแบบ 64 บต เชน alpha, arm64, ia64, sparc64, tile, x86_64, powerpc

รายละเอยดของแตละสถาปตยกรรมเหลานนกพฒนาสามารถเขาไปอานเพมเตมไดจากไดเรกทอร arch/<arch>/Kconfig, arch/<arch>/README ห ร อ ใ น ไ ด เ ร ก ท อ ร Documentation/<arch>/ นอกจากนนลนกซคอรเนลยงถกปรบปรงโคดภายใน ใหทำงานไดอยางมประสทธภาพ และมความยดหยนสงกบสถาปตยกรรมทหลากหลายอยางตอเนองและรองรบการเขากนไดกบมาตราฐานฮารดแวรรนใหมๆแตยงคงไดรบการควบคมจากผเชยวชาญทดแลซอรสโคดจากทวโลกเพอไมใหใครแอบซอนโคดทไมพงประสงคหรอสรางความไมปลอดภยใหกบระบบโดยรวม

สำหรบนกพฒนาระบบสมองกลฝงตวสามารถทจะเลอกใชฟงกชนบางตวในลนกซคอรเนลเพอใหเหมาะสมกบระบบฮารดแวรทมอยบนบอรดสมองกลรวมทงสามารถเลอกโปรแกรมประยกตบางตวทตองการใหทำงานอยในบอรดสมองกลฝงตวได

LINUX VERSIONING

โดยปกตทก 2-3 ป จะมการออกรนเสถยร (stable) ของลนกซคอรเนลทเปนเลขค เชน 1.0.x, 2.0.x, 2.2.x, 2.4.x, 2.6.x, 3.0.x เมอมการพฒนาปรบปรงฟงกชนใหมๆเขาไปและมการเปลยนแปลงโคดชดใหญ กจะออกเลขรนโดยใชเปนเลขค เชน 2.1.x, 2.3.x, 2.5.x แตสำหรบการปรบปรงเปลยนแปลงในระดบเลกลงมา (Minor release) จะใชเปลยนเลขรนหลกทสาม เชน 2.5.12, 2.6.39

2.4.22.4.12.4.0 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7 2.4.8

2.5.0 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.6.0 2.6.1

Stable

Development Stable

รปท 2.4 แสดงการออกเลขเวอรชนของ Linux Kernel

ตงแตป ค.ศ. 2003 ถง ค.ศ. 2011 รน 2.6.x เปนรนทมระยะการใชงานยาวนานมากเปนพเศษ อาจเนองมาจากชวงนนเปนยคของการเตบโตและเปลยนแปลงของคอมพวเตอรรวมทงอปกรณอารดแวรภายใน

69


เครองและอปกรณตอพวงรอบขางอยางรนแรงและยงเปนการเกดขนของยคคอมพวเตอรชนดพกพา เชน Laptop, Netbook, Mobile Internet Device, Smart Phone, Tablet

ในทสดลนกซคอรเนลรน 3.0 กเรมประกาศเปนทางการในเดอน กรกฏาคม ปค.ศ. 2011 ซงเปนการเปลยนขยบตวเลขจาก 2.6 ไปส 3.0 ทยาวนานแตกลบไมไดเปนการแกไขในระดบโคดมากแตอยางใด ขนาดภายในลนกซคอรเนล 3.x จะมขนาดโดยรวมอยประมาณ 434 MB ดวยจำนวนไฟลถง 39,400 กวาไฟล (มากกวา 14,800,000 บรรทด) ดงนนถาตองการจะทำการบบอดใหมขนาดเลกทสดควรจะเปนนามสกล .xz (ลดลงไปไดประมาณ 85.7%)

กรณการพฒนาระบบสมองกลฝงตวนนสามารถใชลนกซคอรเนลเลกทสดดวยขนาดเพยง 1.3 MB เพอใหเหมาะสมกบขอจำกดของทรพยากรภายในบอรดเมอเทยบกบเครองคอมพวเตอรทวไป

โครงสรางไดเรกทอร และขนาดพนทของลนกซคอรเนล 3.2

arch/<arch>

char

mm

drivers

fs

block

net

include

mtd/ide net pci serial usb ...

linux asm-<arch>

init kernel ipc lib scripts tools

crypto firmware security sound ...

linux

รปท 2.5 แสดงโครงสรางไดเรกทอรของลนกซเคอรเนล

70


รปท 2.6 แสดงรายละเอยดการใชพนทของแตละไดเรกทอรของลนกซเคอรเนล

รปท 2.7 แสดงการเพมขนาดการใชพนทของลนกซเคอรเนลตงแตเวอรชน 2.2 ถง เวอรชน 3.3

drivers/54%

arch/21%

fs/7%

sound/5%

net/4%

include/4%

firmware/1%

kernel/1%

other3%

71


ตาราง 2.1 แสดงรายละเอยดโครงสรางไดเรกทอรของระบบปฏบตการลนกซ Kernel code

ไดเรกทอร รายละเอยดarch/<architecture> Architecture specific codearch/<architecture>/include/asm Architecture and machine dependent headersarch/<architecture>/mach-<machine>

Machine/board specific code

block Block layer codeCOPYING Linux copyright conditions (GNU GPL)CREDITS Linux main contributors crypto/ Cryptographic librariesDocumentation/ Kernel Documentation. Don’t miss!drivers/ All device drivers expect sound ones (usb, pci..)fs/ Filesystems (fs/ext3/, etc.)include/ Kernel headersinclude/linux Linux kernel core headersinit/ Linux initialization (including main.c) ipc/ Code used for process communicationKbuild Part of the kernel build systemKernel/ Linux kernel core (very small!)lib/ Misc library routinesMAINTAINERS Maintain of each kernel part. Very Useful!Makefile Top Linux Makefile (Set arch and version)mm/ Memory Management codenet/ Network support codes (not drivers)README Overview and Build InstructionsREPORTING-BUGS Bug report instructionsamples/ Sample codes (markers, kprobes, kobjects)scripts/ Scripts for internal or external usessecurity/ Security Model Implementation (SELinux...)sound/ Sound support codes and driversusr/ Code to generate an initramfs cpio archive.

72


พนฐานการปรบแตงและสราง Custom Kernel

ในการปรบแตงลนกซคอรเนลหรออพเดทเปนรนใหมเพอใหเหมาะสมกบเครองทใชงานไดนน นกพฒนาควรตรวจสอบรายละเอยดสถาปตยกรรมและรนของลนกซคอรเนลทใชงานอยภายในเครองกอน โดยใชคำสง uname ดงตวอยางขางลาง

$ uname -aLinux EE-Burapha 2.6.32-42-server #96-Ubuntu SMP Wed Aug 15 19:52:20 UTC 2012 x86_64 GNU/Linux

รายละเอยดของผลลพธจากคำสงขางตน:• ระบบปฏบตการทใชอยคอ Linux ใช Ubuntu Linux distro • รนลนกซคอรเนลคอ 2.6.32• สถาปตยกรรม x86_64 (64 บต)• สวนทเหลอ กจะเปนครงทและเวลาท Kernel ถกคอมไพลตามลำดบ

เมอมการตดตงระบบปฏบตการลนกซไมวาจะเปนยหอ Ubuntu, Fedora หรอ FreeBSD ผใชไมจำเปนจะตองตดตงโปรแกรมหรอปรบแตงลนกซคอรเนลอะไรเพมเตม แตในกรณทมลนกซคอรเนลรนใหมทจำเปนตองทำการอพเดทหรอมระบบปฏบตการรนใหมทถกแนะนำใหอพเกรด ตวระบบปฏบตการจะมการแจงเตอนใหผใชอยภายในอตโนมตอยแลว ดงแสดงในรปขางลาง

รปท 2.8 หนาตางโปรแกรม Update Manager

73


ในกรณทผใชหรอนกพฒนาตองการปรบแตงลนกซคอรเนลกจำเปนจะตองใชซอรสลนกซคอรเนลเพอมาตงคาตางๆ กอนจะทำการคอมไพลใหมทงหมดดวยเหตผลดงน

• ตองการทดสอบความสามารถบางอยาง ทยงไมมอยในลนกซคอรเนลตงแตแรก หรอเพอทดสอบการทำงานของ Linux Module ทไดพฒนาขนมาเอง

• ตองการเพม device driver สำหรบอปกรณฮารดแวรตวใหม ทยงไมมอยในลนกซคอรเนลเดม

• ตองการเรยนรหลกการทำงาน หรอ ดบกการทำงานของลนกซคอรเนลอยางละเอยด

5 ขนตอนพนฐานการคอมไพล LINUX KERNEL

กอนทนกพฒนาจะสามารถปรบแตงหรอพฒนาโปรแกรมในระดบลางภายในลนกซคอรเนลไดนนผเขยนจะขออธบาย 5 ขนตอนพนฐานในการเตรยมการคอมไพลซอรสโคดลนกซคอรเนลทเปนพนฐานทจะเชอมโยงตอไปยงบทถดๆไปของหนงสอเลมน รวมทงจะทำใหผอานเขาใจโครงสรางทสำคญของระบบปฏบตการลนกซทจะนำไปสระบบปฏบตการลนกซสำหรบระบบสมองกลฝงตวตอไปได

ขนตอนท 1 - ดาวนโหลดลนกซคอรเนลรนเสถยรตวลาสด (Latest Stable Linux Kernel) สามารถตรวจสอบรนของ Kernel และความสามารถใหมๆทถกเพมเตมหรอถกปรบปรงใหดขน ไดจากเวปไซตหลก http://www.kernel.org โดยมรายละเอยดคำสงดงน$ sudo su# cd /usr/src/# wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.3.tar.xz# tar -xvJf linux-3.9.3.tar.xz

ขนตอนท 2 - การตงคาลนกซคอรเนล (Kernel Configuration)

ภายในลนกซคอรเนลมรายละเอยดใหตงคาไดมากกวา 3,000 รายการเนองจากซอรสโคดลนกซคอรเนลนนจะบรรจโปรแกรมตางๆมากมายเพอรองรบผใชในแตละระดบใหไดกวางทสดและรองรบอปกรณฮารดแวรตางๆทงในอดตและปจจบนใหไดมากทสดเชนกน นอกจากนนนกพฒนาเองกสามารถพฒนาโคดโปรแกรมใหมๆของตนเพมเขาไปในลนกซคอรเนลไดเชนกน กอนทจะทำการตงคาในซอรสโคดลนกซคอรเนลผ ใชจำเปนตองตดต งไลบรารพ นฐานซ งไดแก ไลบราร libncurses และ libncurses-devel ลงในระบบปฏบตการลนกซทตนใชอยใหเรยบรอยเสยกอนดวยคำสง sudo apt-get install libncurses libncurses-devel หลงจากนนกสามารถเขาสการตงคาตางๆผานหนาตางในลกษณะเมน แลวจงบนทกคา configure ตางๆลงในไฟลชอวา “.config” เพอใชในการคอมไพลตอไป

74


https://www.kernel.org/

https://www.kernel.org/

https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.3.tar.xz

https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.3.tar.xz

วธการตงคามอยหลายแบบเชนใชคำสง make config, make menuconfig, make xconfig และ make oldconfig ซงแตละคำสงมวตถประสงคและรายละเอยดทแตกตางกนไปดงตวอยางการใชงานตอไปน

• make config คอคำสงพนฐาน ทรองรบรนเคอรเนลไดตงแตลนกซรนแรกๆ ทใชในการเลอกการตงคา option ตางๆ โดยผใชจะตองตอบคำถามรายละเอยดการตงคาตางในลกษณะ (y/n)

• make menuconfig คำสงนเรมมใหใชตงแตลนกซคอรเนลรน 1.3 และรน 2.0 เปนตนไป ซงเปนคำสงทนยม เนองจากใชงานงาย มการแสดงผลคลายหนาตางในรปแบบ Text mode และมการจดกลมการตงคาออกเปนประเภทๆ

75


• make xconfig คำสงนเรมมใหใชตงแตลนกซคอรเนลรน 1.3 และรน 2.0 เปนตนไปเชนเดยวกนคำสง make menuconfig สามารถใชงานไดงายเนองจากมการแสดงผลเมนในรปแบบ Graphic mode บน x-window แตจะตองทำการตดตงไลบรารของ qt เพมเตมเขาไปในระบบเสยกอน

• make oldconfig คำสงนจะอางองจากไฟล .config ทมอยแลว หรอนำมาจากไฟลทบนทกการตงคา default ของสถาปตยกรรมทตองการเชน สถาปตยกรรม ARM ทมใหเลอก System-on-Chip (SoC) จากหลายๆคายทถกบรรจไวในไดเรกทอร <linux>/arch/x86/configs/

ตวอยางเชน ตองการใชกบสถาปตยกรรม x86 รน i386 ของบรษท Intel กจะใชคำสง make i386_defconfig

สามารถคนหาไฟล defconfig ทลนกซไดเตรยมไวใหเพอใชเปนไฟล .config ตนแบบสำหรบแตละสถาปตยกรรม ดวยคำสงขางลางน

# find ./arch -name "*_defconfig" -type f./arch/x86/configs/x86_64_defconfig./arch/x86/configs/i386_defconfig./arch/x86/configs/goldfish_defconfig./arch/xtensa/configs/iss_defconfig./arch/xtensa/configs/s6105_defconfig./arch/xtensa/configs/common_defconfig./arch/cris/configs/etrax-100lx_defconfig... # cd linux-3.9.3# make menuconfig

เมอไดตงคาตางๆเรยบรอยแลวจะไดไฟลชอ “.config” ออกมาซงบรรจรายละเอยดของลนกซคอรเนลวาจะมการใชหรอไมใชฟงกชนใดบาง เพอใหเขากบสถาปตยกรรมนนๆ

76


ขนตอนท 3 - การคอมไพล Linux Kernel

ในปจจบนนเครองคอมพวเตอรสวนใหญจะใชหนวยประมวลผลกลาง (CPU) แบบหลายแกน ทนยมเรยกกนวา Multi-core CPU ดงนนเพอใหการคอมไพลลนกซคอรเนลเปนไปไดอยางมประสทธภาพและใชเวลาทเหมาะสมตามทรพยากรของเครองคอมพวเตอร ผใชสามารถเพมตวเลอก -j ตามดวยจำนวนแกนคณสอง (cores x 2) เชน make -j8 โดยทตวเลข 8 หมายถงจำนวนแกนของหนวยประมวลผลกลางทอยในเครองนน (4-core) คณสอง ซงม 3 ขนตอนยอยดงน# make -j8

เปนการสราง Kernel Image เอาไวสำหรบการบตเขาระบบปฏบตการซงจะไดไฟลมาเปน bzImage (สำหรบ x86) หรอ zImage (สำหรบ ARM) ซงจะเกบอยในไดเรกทอร arch/<ชอสถาปตกรรม>/boot/*Image

# make modules

77


คอการสราง Kernel modules ทตองการจะโหลด device drivers ตางๆ และโมดลสำคญของระบบตางๆ ซงจะมนามสกลไฟลเปน .ko

# make modules_install

เปนคำสงในการตดตง Kernel modules ทถกคอมไพลออกมา (.ko) เพอไปเกบไวในไดเรกทอร /lib/modules/3.9.3/

ขนตอนท 4 - การตดตงลนกซคอรเนลตวใหม

ดวยคำสงขางลางนจะเปนการสรางไฟลทจะใชในการบทเครองเพอเขาสระบบปฏบตการลนกซทใชลนกซคอรเนลรนใหมทไดมาจากการคอมไพลกอนหนาน ซงไฟลเหลานจะถกเกบไวในไดเรกทอร /boot หลงจากใชคำสงขางลาง

# make install

รายชอไฟลตางๆทถกสรางขนภายในไดเรกทอร /boot มดงน

arch/arm/kernel/head.o

arch/arm/kernel/init-atask.o

init

usr/built-in.o

arch/arm/kernel

arch/arm/mm

arch/arm/common

arch/arm/mach-ixp4xx

arch/arm/nwfpe

kernel

mm

fs

ipcsecuritylib/lib.aarch/arm/lib

lib

drivers

net

vmlinux

78


• vmlinuz-3.9.3 (actual kernel) • System.map-3.9.3 (symbols exported by the kernel)

• initrd.img-3.9.3 (initrd image is temporary RFS used during boot process)

• config-3.9.3 (kernel configuration file)

• vmlinuz-3.9.3 (actual kernel)

รปท 2.9 รปแสดงรายละเอยดภายในไฟล vmlinux

ตาราง 2.2 แสดงรายละเอยดของไฟลไบนารภายในไฟล vmlinux

COMPONENT DESCRIPTION

arch/arm/kernel/head.o Kernel architecture-specific startup code.

init_task.o Initial thread and task structs required by kernel.

init/built-in.o Main kernel-initialization code.

usr/built-in.o Built-in initramfs image.

arch/arm/kernel/built-in.o Architecture-specific kernel code.

arch/arm/mm/built-in.o Architecture-specific memory-management code.

arch/arm/common/built-in.o Architecture-specific generic code. Varies by architecture.

arch/arm/mach-ixp4xx/built-in.o

Machine-specific code, usually initialization.

arch/arm/nwfpe/built-in.o Architecture-specific floating point-emulation code.

kernel/built-in.o Common components of the kernel itself.

mm/built-in.o Common components of memory-management code.

ipc/built-in.o Interprocess communications, such as SysV IPC.

security/built-in.o Linux security components.

lib/lib.a Archive of miscellaneous helper functions.

arch/arm/lib/lib.a Architecture-specific common facilities. Var-ies by architecture.

lib/built-in.o Common kernel helper functions.

drivers/built-in.o All the built-in drivers not loadable modules.

sound/built-in.o Sound drivers.

net/built-in.o Linux networking.

.tmp_kallsyms2.o Symbol table.

79


ขนตอนท 5 - การบทระบบปฏบตการลนกซสตวใหม

เมอมการตดตงลนกซคอรเนลตวใหมลงภายในไดเรกทอร /boot รวมทงการเพมเมนเขาไปในไฟล grub.cfg เปนทเรยบรอบแลว ขนตอนนกเพยงบทเครองคอมพวเตอรใหมเขาสระบบปฏบตการลนกซอกครงโดยการพมพคำสงดงน

# reboot หรอ shutdown -r now

เมอเขาสระบบปฏบตการลนกซแลว ผใชสามารถตรวจสอบรนของ Kernel ตวใหมไดโดยพมพคำสง

$ uname -r3.9.3

หมายเหต: ในกรณทตองการลบไฟลตางๆทถกสรางในระหวางทกำลงคอมไพลลนกซคอรเนลกสามารถใชคำสงดงขางลางนเพอลบสวนทไมตองการออก

• make clean คอการลบไฟลทไดเกดจากการตงคา (./configure) และถกคอมไพล (make) เปนไบนารเกอบทงหมด

• make mrproper คอการลบไฟลทไดถกคอมไพลเปนไบนารทงหมด รวมทงลบไฟล .config

• make distclean คอการลบไฟลทไดเกดจากการตงคา (./configure) และถกคอมไพล (make) เปนไบนารทงหมด

80


คอมไพลลนกซคอรเนล 3.X สำหรบ UBUNTU ทใชอย

ในกรณทผใชไดตดตง Linux distro อยางเชน Ubuntu โดยปกตแลวตว Ubuntu ตงแตรน 10.x ขนไปจะใชลนกซคอรเนลรน 2.6.32 เปนพนฐานหลกดงนนถาตองการอพเกรดลนกซคอรเนลเปนรนใหมไมวาจะเปนรน 3.9.3, 3.8, 3.7, 3.4.6, 3.3, 3.2, 3.1 หรอ 3.0.x แนะนำใหเรมตนทรน 3.0 เพอใหเขาใจขนตอนการปรบแตง Kernel อยางมหลกการทดพอเพราะถาเกดความผดพลาดในการตงคาอาจจะทำใหไมสามารถเขาสระบบปฏบตการไดอก เมอนกพฒนาเรมมความเชยวชาญมากขนในระดบนงแลวกคอยทำการ patch ใหเปนรนสงขนตามทตองการได ตวอยางขางลางจะแสดงการอพเกรดลนกซคอรเนลเปนรน 3.0.0 เรมตนดวยการตดตงไลบราร และเครองมอทเกยวของในการคอมไพล Kernel โดยใชคำสงดงตอไปน (ในกรณทเปน ubuntu 12.04)

$ sudo apt-get install git-core libncurses5 libncurses5-dev libelf-dev asciidoc binutils-dev linux-source qt3-dev-tools libqt3-mt-dev libncurses5 libncurses5-dev fakeroot build-essential crash kexec-tools makedumpfile kernel-wedge kernel-package

ดาวนโหลดลนกซคอรเนลจาก kernel.org แลวแตกไฟลไวในไดเรกทอร /usr/src/

$ sudo su# cd /usr/src/# wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.0/linux-3.0.tar.xz# tar -xvJf linux-3.0.0.tar.xz

เนองจากลนกซคอรเนลนนมโคดทรองรบหลากหลายสถาปตยกรรมและมรายละเอยดของการตงคาอยพอสมควร ดงนนเพอใหงายและเขากนไดกบสถาปตยกรรมและระบบฮารดแวรทมอยภายในเครอง นกพฒนาสามารถนำไฟล .config เดมทอยในเครองมาใชไดทนท

# cp -vi /boot/config-`uname -r` .config

ในกรณทมไฟล .config เดมอยแลวซงไดถกตงคาตางๆใหรองรบระบบฮารดแวรพนฐานของเครองเดม หากตองการใหรองรบ Linux Kernel Modules เดมทอยในรนปจจบนดวย สามารถใชคำสงดงน

# make oldconfig ใหกด Enter ไปเรอยๆเพอใชคา defaults ของ Kernel รนใหม# make localmodconfig

ขนตอนถดไปเปนการตงคาทตองการเพมเตมของ Kernel รนใหม (3.0.0) โดยใชคำสงดงน

81


http://www.kernel.org

http://www.kernel.org

https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.0/linux-3.0.tar.xz

https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.0/linux-3.0.tar.xz

# make menuconfig หรอ make xconfig

เพอใหตวเคอรเนลตวใหมนสามารถถกแยกแยะออกไดจากตวหลกทมในระบบเดม สามารถระบ local version ตอทายจากเลขเวอรชนเชน คำวา “-burapha” โดยกำหนดเพมเตมในเมน General Setup แลวเขาไปใน “Local version” เพอใสชอทตองการ โดยเลอก “Automatically append version info”

และใหเลอกใช file system เปน ext4 โดยเลอกเมน “File systems”

เรมตนการคอมไพลลนกซคอรเนลรวมถง Kernel Modules ทไดเลอกไวดวยชดคำสงดงน

# make -j4

82


# make modules_install <----- ตดตง modules ลงในไดเรกทอร /lib/modules/# update-initramfs -u -k 3.0.0-burapha# make install <----- ตดตงไฟลหลกลงในไดเรกทอร /boot/

ผลลพธจากการคำสงขางตน จะไดไฟลหลกดงน•vmlinuz-3.0.0-burapha•System.map-3.0.0-burapha•initrd.img-3.0.0-burapha•config-3.0.0-burapha

ขนตอนกอนทจะรบทเขาสระบบดวย Kernel รนใหม จะตองทำการอพเดทไฟล grub.cfg ซงอยภายใตไดเรกทอร /boot/grub/ ดวยคำสง

# update-grubGenerating grub.cfg ...Found linux image: /boot/vmlinuz-3.0.0-buraphaFound initrd image: /boot/initrd.img-3.0.0-buraphaFound linux image: /boot/vmlinuz-3.0.0-burapha.oldFound initrd image: /boot/initrd.img-3.0.0-buraphaFound linux image: /boot/vmlinuz-2.6.32-42-serverFound initrd image: /boot/initrd.img-2.6.32-42-serverFound memtest86+ image: /boot/memtest86+.bindone

เมอเขาสระบบปฏบตการตวใหมแลว ผใชสามารถตรวจสอบรนของลนกซคอรเนลทไดอพเกรดดวยคำสงขางลางน

$ uname -r3.0.0-burapha

$ uname -aLinux EE-Burapha 3.0.0-burapha #2 SMP Sun Aug 4 03:32:15 PDT 2013 x86_64 GNU/Linux

83


การพฒนา Linux Kernel Module

ลนกซคอรเนลบนเครองคอมพวเตอรนนโดยสวนใหญจะเปนชนด monolithic kernel การทำงานภายใน Kernel ของระบบปฏบตการลนกซจะมการเรยกใชโมดลตางๆทเรยกกนวา Linux kernel modules (LKMs) ซงจะถกนำเขา-ออกจากหนวยความจำอยบอยครงตามการใชงานจรง โดยโครงสรางไฟล LKM (สำหรบ kernel 2.6) ดงแสดงในรปขางลาง

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h>

MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("EE - Burapha University"); MODULE_DESCRIPTION("hello world test driver");

static int __init module_start(void) { printk(KERN_INFO "Hello world ! module is loaded\n"); return 0; }

static void __exit module_unload(void) { printk(KERN_INFO "Goodbye world ! module is removed\n"); }

module_init(module_start); module_exit(module_unload);

Modulemacros

Module Constructor/Destructor

Exitmacros

รปท 2.10 สวนประกอบภายในไฟล Linux Kernel Module

LKM เปนสวนประกอบทสำคญของลนกซคอรเนลซงทำหนาทในการดแลการรองขอทเกดขนจากฮารดแวรและซอฟตแวร แลวทำการประมวลผลกบขอมลในเบองตนเพอสงตอใหระบบปฏบตการสามารถนำรายละเอยดเหลานนไปบรหารจดการการใชงานทรพยากรทงหมดไดอยางมระบบ ไมวาจะเปนดานการจดการหนวยความจำ (Memory Management) การตดตอสอสารระหวางโปรเซส (Inter-processing Communication - IPC) และการจดลำดบโปรเซส (Scheduling) โดยลนกซคอรเนลจะทำการโหลดตว LKM ขนมาในขณะทระบบปฏบตการกำลงทำงานอยดวยคำสง insmod หรอ mod-probe

84


Linux KernelModuleregister_capability()module_init()

Kernel functions

module_exit() unregister_capability()

capabilities[]

Module functions

Function call

Function pointer

Data pointer

insmod

rmmod

รปท 2.11 รายละเอยดการทำงานภายใน Kernel เมอมการเรยกใชโมดล

จากรปขางบนเปนขบวนการการทำงานของ LKM ภายในลนกซคอรเนลเวอรชน 2.6.x โดยมขนตอนดงน เมอมการโหลด LKM จากระดบสวนของผใช (user-space) ดวยคำสง insmod (insert module) ฟงกชน module_init() กจะทำการลงทะเบยน (register) กบตวลนกซคอรเนลผานฟงกชนชอวา register_capability() แลวทำการสงคาตวช (pointer) เพอชไปยงตวแปรอาเรยชอ “capabili-ties” หลงจากนนระบบปฏบตการกจะทำการกำหนดรปแบบทจะใหโปรแกรมประยกตนน สามารถเขาถงขอมลภายในของตวแปร capabilities เพอเรยกใชงานฟงกชนภายใน Kernel ตางๆผานทาง system calls ไดตอไปจนกระทงเมอมการเรยกคำสง rmmod (remove module) จากระดบสวนของผใช (user-space) ฟงกชน module_exit() กจะสงสนสดการทำงานแลวถอนตว LKM นนออกจากลนกซเคอรเนล จากรปขางลางเปนการแสดงการวางลำดบชนของฟงกชนตางๆ ทอยภายในสวนของผใช (user-space) และภายในสวนของเคอรเนล (kernel-space)

User-spa

ceKe

rnel-

spac

e

rmmodinsmod

init_module delete_module

sys_init_module sys_delete_module

. . . . . .

Utilities

System Calls

KernelFunctions

รปท 2.12 องคประกอบของฟงกชนทเกยวของกบ Linux Kernel Module

85


ตวโปรแกรมไดรเวอร (driver) อาจจะถกคอมไพลรวมอยในไฟลเคอรเนล โดยเมอเรมบทเขาสระบบปฏบตการพวกมนกจะถกโหลดขนลนกซคอรเนลในระหวางขนตอนของการบททนท (Boot Processes) เราจะเรยกไดรเวอรเหลานนวา Static Module ในขณะทไดรเวอรบางตวจะถกคอมไพลใหทำงานแบบ LKM เพอทจะถกโหลดหรอถกนำออกจากลนกซคอรเนลเมอใดกได ซงจะเรยกไดรเวอรเหลานวา Dy-namic Module

Applicationfile_open = write("/dev/foo", buffer, count);

data buffer

Character device driver

dev_write {copy_data_buffer_from_app();}

fops

chrdevs

Filedescriptor

syscallTable

major:251

minor:5

major:251minor:5

User-space

Kernel-space

รปท 2.13 แสดงขนตอนการทำงานของโปรแกรมไดรเวอร

จากรปขางบนแสดงขบวนการทำงานของโปรแกรมไดรเวอรในสวนของการเขยนขอมล (write op-eration) โดยเมอโปรแกรมเรยกฟงกชน write() กจะมการสงผานคาอนเตอรรพท (INT instruction) ทอางองทอยของการเขยนขอมล (write operation) ทอยภายในตาราง system call (syscall[ ] table) ในขณะทตวแปร fieldes จะบรรจคาหมายเลขอปกรณหลก (major device number) เพอทจะใหฟงกชน write ภายในลนกซคอรเนลสามารถเขาถงภายในโครงสรางของระบบไฟลนนได หลงจากนนลนกซคอรเนลกจะคดลอกขอมลทอยในตวแปร buffer จากสวนของระดบผใช (user-space) มายงสวนของระดบเคอรเนล (kernel-space) เพอเตรยมบนทกลงในตวเกบขอมลตอไป

ในทางปฏบตโดยทวไปแลวการพฒนาโปรแกรมไดรเวอรจะเปนลกษณะแบบ Dynamic Kernel module จะมความยดหยนสงและจะใชหนวยความจำไดอยางมประสทธภาพซงไฟล LKM ทงหมดจะถกเกบอยภายใตไดเรกทอร /lib/modules/$(uname -r) ดงตวอยางไฟลภายใน ทแสดงอยดานลาง

$ ls /lib/modules/$(uname -r)build modules.dep modules.pcimapkernel modules.dep.bin modules.seriomapmodules.alias modules.ieee1394map modules.symbolsmodules.alias.bin modules.inputmap modules.symbols.bin

86


modules.builtin modules.isapnpmap modules.usbmapmodules.builtin.bin modules.ofmap sourcemodules.ccwmap modules.order

สวนไฟลไดรเวอรทงหมดกจะถกเกบไวอยภายใตไดเรกทอร /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/ ลงไปอกชน ดงตวอยางไฟลภายใน ทแสดงอยดานลาง

$ ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/acpi edac infiniband mmc rtc videoata firewire input mtd scsi virtioatm firmware isdn net serial w1auxdisplay gpio leds parport spi watchdogblock gpu md pci ssb xenbluetooth hid media pcmcia stagingchar hwmon memstick platform telephonycrypto i2c message power uiodca idle mfd pps usbdma ieee1394 misc regulator uwb

ตวอยางการใชคำสง modprobe และ modinfo ในการดรายละเอยด และจดการกบ kernel module

$ sudo su# modinfo lp.kofilename: lp.kolicense: GPLalias: char-major-6-*srcversion: 84EA21D13BD2C67171AC994depends: parportvermagic: 3.0.0-burapha SMP mod_unload modversions parm: parport:array of charpparm: reset:bool

นอกจากนนยงมอกหลายคำสงทนาสนใจ ตวอยางเชน คำสง lsmod ทใชในการแสดงรายการ LKM ทกำลงถกโหลดใชงานอย ณ ขณะน

$ lsmodModule Size Used bybinfmt_misc 7568 1 acpiphp 17958 0 snd_ens1371 22663 2 gameport 9869 1 snd_ens1371snd_ac97_codec 125146 1 snd_ens1371btusb 13027 0 ac97_bus 1450 1 snd_ac97_codecsnd_pcm_oss 39673 0 snd_mixer_oss 15604 1 snd_pcm_osssnd_pcm 87151 3 snd_ens1371,snd_ac97_codec,snd_pcm_osssnd_seq_dummy 1750 0 snd_seq_device 6594 5 snd_seq_dummy,snd_seq_oss,snd_seq_midi,snd_rawmidi,snd_seq

87


bluetooth 94536 1 btusbsnd 70476 14 snd_ens1371,snd_ac97_codec,snd_pcm_oss,snd_mixer_oss,snd_pcm,snd_seq_oss,snd_rawmidi,snd_seq,snd_timer,snd_seq_deviceintel_agp 11978 1 ppdev 6504 0 lp 9893 0 parport_pc 29880 1 serio_raw 4720 0 intel_gtt 16812 1 intel_agpi2c_piix4 8879 0 soundcore 7860 1 sndsnd_page_alloc 8500 1 snd_pcmjoydev 10705 0 shpchp 28186 0 parport 37333 3 ppdev,lp,parport_pcusbhid 39022 0 hid 87524 1 usbhidfloppy 63772 0 e1000 103861 0 vmw_pvscsi 15397 0 mptspi 16441 2 mptscsih 34985 1 mptspimptbase 93915 2 mptspi,mptscsihvmxnet3 39295 0

คำสง modprobe (หรอ insmod) ทใชในการโหลด LKM เขาสระบบปฏบตการ และ modprobe -r (หรอ rmmod) ทใชในการถอน LKM ออกจากระบบปฏบตการ ตามลำดบ

$ modprobe ppdev หรอ insmod ppdev.ko$ modprobe -r ppdev หรอ rmmod ppdev.ko

พนฐานการเขยน LINUX MODULE

การพฒนาโปรแกรมในระดบลนกซคอรเนลทเรยกวา Linux Module นนนกพฒนาจะตองเตรยมระบบเพมเตมนอกเหนอจากตวพนฐานทตดมากบเครอง ตวอยางเชนตว Ubuntu จะจดเตรยมโปรแกรมระบบ โปรแกรมประยกต และคอมไพลเลอรสำหรบการเขยนโปรแกรมพนฐานเทานน แตจะไมไดจดเตรยมไวใหสำหรบการพฒนาในระดบลนกซคอรเนลดงนนนกพฒนาจะตองทำการตดตงซอรสโคดของลนกซคอรเนลและตดตงไฟลเฮดเดอร (linux header) เพมเตมเขาไปกอน เพอใหสามารถเรยกใช API (Application Programming Interface) ทเปนไลบรารพนฐานได โดยทำตามคำสงขางลางนคนหาซอรสโคดทตรงกบรนของ Ubuntu ทใช

$ apt-cache search linux-source*linux-source - Linux kernel source with Ubuntu patcheslinux-source-2.6.32 - Linux kernel source for version 2.6.32 with Ubuntu patches$ apt-cache search linux-headers-$(uname -r)

88


linux-headers-2.6.32-42-server - Linux kernel headers for version 2.6.32 on x86_64

แลวทำการตดตงดวยคำสงดงน

$ sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r) linux-source-2.6.37$ cd /usr/src/$ lslinux-headers-2.6.32-42-server.tar.bz2 linux-source-2.6.32.tar.bz2$ tar -xjvf linux-headers-2.6.32-42-server.tar.bz2 linux-source-2.6.32.tar.bz2

ตวอยางการสรางโปรแกรม Kernel Module “Hello world”

เรมตนการพฒนาโปรแกรม kernel module อยางงาย โดยการสรางไฟลชอ hello-driver.c แลวเกบลงในไดเรกทอร ~/kernel_module/

$ mkdir ~/kernel_module$ vim hello-driver.c

/* * hello-driver.c - The simplest kernel module. */ #include <linux/module.h> /* Needed by all modules */ #include <linux/kernel.h> /* Needed for KERN_INFO */ static int __init module_start(void) { printk(KERN_INFO "Hello world ! module is loaded\n");

/* * A non 0 return means init_module failed; module can't be loaded. */ return 0; }


module_init(module_start); module_exit(module_unload);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("EE - Burapha University"); /* Who wrote this module? */MODULE_DESCRIPTION("hello world test driver"); /* What does this module do */

89


ทำการสรางไฟล Makefile สำหรบใชกำหนดคาการคอมไพลใหกบโปรแกรม hello-driver.c

$ vim Makefile

obj-‐m = hello-‐driver.o

all: make -‐C /lib/modules/$(shell uname -‐r)/build M=$(PWD) modules

clean: make -‐C /lib/modules/$(shell uname -‐r)/build M=$(PWD) clean

ใชคำสง make ในฐานะสทธ root เพอทำการสรางโมดล

$sudo su# make make -C /lib/modules/2.6.32-42-server/build M=/home/student/kernel_module modules make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-2.6.32-42-server' CC [M] /home/student/kernel_module/hello-driver.o Building modules, stage 2. MODPOST 1 modules CC /home/student/kernel_module/hello-driver.mod.o LD [M] /home/student/kernel_module/hello-driver.komake[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-2.6.32-42-server'

# lshello-driver.c hello-driver.mod.c hello-driver.o modules.orderhello-driver.ko hello-driver.mod.o Makefile Module.symvers

ทดสอบโหลดตวโมดลดวยคำสง insmod และสามารถตรวจสอบผลลพธการทำงานดวยคำสง dmesg (debug kernel message) ดงตวอยางขางลาง

# insmod hello-driver.ko # dmesg | tail -n1 [68587.257467] Hello world ! module is loaded

ถอนโมดลออกจากลนกซคอรเนลดวยคำสง rrmod

# rmmod hello-driver.ko # dmesg | tail -n1 [68621.602044] Goodbye world ! module is removed

90


โครงสรางภาพรวมของ Linux kernel moduleจากรปโครงสรางไฟลขางลางแบงไดเปน 5 สวน โดยสวนทเปนโคดโปรแกรมหลกจะอยในฟงกชน

init และ exit และจะทำงานกตอเมอมการโหลดหรอถอน LKM ภายในลนกซเคอรเนล

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h>

MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("EE - Burapha University"); MODULE_DESCRIPTION("hello world test driver");

void my_procedure(void) { printk(KERN_INFO "Here is procedure...\n"); } static int __init module_start(void) { printk(KERN_INFO "Hello world ! module is loaded\n"); my_procedure(); return 0; }


module_init(module_start); module_exit(module_unload);

Modulemacros

Module Constructor/Destructor

Exitmacros

C Headers

Proceduremodule

รปท 2.14 โครงสรางแบบเตมของ Linux Kernel Module

จากโครงสรางขางตนสวนบนสดคอสวนเรยกใชไลบราร (C Headers) โดยจะอางองไลบรารหลกๆอยางนอยสองตวคอ linux/module.h และ linux/kernel.h สวนถดมาคอโปรแกรมยอย (Procedure Program) ซงเปนสวนฟงกชนยอยทจะถกเรยกจากโปรแกรมหลก และสวนสดทายคอสวนรายละเอยดของโมดล (modules description) ทใชอธบายรายละเอยดของโมดลทออกแบบซงจะถกแสดงออกมาเมอมการเรยกใชคำสง modinfo ดงตวอยางขางลาง

MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("EE -‐ Burapha University"); /* Who wrote this module? */MODULE_DESCRIPTION("hello world test driver"); /* What does this module do */

$ modinfo hello-driver.ko filename: hello-driver.ko description: hello world test driver author: EE - Burapha University license: GPL srcversion: E36F5E4D3F232F0A1C18AEF depends: vermagic: 2.6.32-42-server SMP mod_unload modversions

91


พนฐานการเขยนโปรแกรมไดรเวอรสำหรบ CHARACTER DEVICE

พนฐานในการเขยนโปรแกรมไดรเวอรจะเกยวกบไฟลภายในระบบปฏบตการลนกซตามคณลกษณะในการสงขอมลของฮารดแวรนนๆ ซงระบบปฏบตการลนกซแบงไฟลชนดทเปนอปกรณ (device) ออกเปน 2 ประเภท ไดแก 1. Character device ซงเปนการสงขอมลแบบสตรม (stream) สามารถเขาถงไดทละเพยง 1 โปร เซสเสมอนโปรแกรมไดรเวอรปกตทวไป 2. Block device เปนการสงขอมลเแบบกอน (block) ใชกรณหนวยประมวลผลกลางตองการเคลอนยายขอมลขนาดใหญระหวางหนวยความจำหรอระหวางตวเกบขอมล เชน ฮารดดส เปนตน

Application

Virtual Filesystem

Hardware

Device Driver

User-space

Kernel-space

/dev/ttyUSB0

Device file

major:116minor:7

major:116

minor:7

...

...

Read/Write

รปท 2.15 แสดงการอางองคา major และ minor

จากรปขางบนเปนตวอยางการทำงานของโปรแกรมทตองการเขาถงไฟล /dev/ttyUSB0 ทถกเชอมตออยกบพอรต USB ทมการสงขอมลในรปแบบอนกรม ซงจะสงเกตวาตวโปรแกรมจะตองทำการอางองหมายเลข (major และ minor) เพอระบประเภทฮารดแวรหลกและตวยอยลงไปทโปรแกรมตองการจะตดตอสอสารขอมลดวย

ตวอยางโปรแกรม chardev.c จะแสดงจำนวนครงทมการอานขอมลจากไฟล device ชอ /dev/chardev ทถกสรางขนมา/* * chardev.c: Creates a read-only char device that says how many times * you've read from the dev file */

#include <linux/kernel.h>#include <linux/module.h>#include <linux/fs.h>#include <asm/uaccess.h> /* for put_user */

92


/* * Prototypes - this would normally go in a .h file */int init_module(void);void cleanup_module(void);static int device_open(struct inode *, struct file *);static int device_release(struct inode *, struct file *);static ssize_t device_read(struct file *, char *, size_t, loff_t *);static ssize_t device_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t *);

#define SUCCESS 0#define DEVICE_NAME "chardev" /* Dev name as it appears in /proc/devices */#define BUF_LEN 80 /* Max length of the message from the device */

/* * Global variables are declared as static, so are global within the file. */

static int Major; /* Major number assigned to our device driver */static int Device_Open = 0; /* Is device open? * Used to prevent multiple access to device */static char msg[BUF_LEN]; /* The msg the device will give when asked */static char *msg_Ptr;static char msg_data[BUF_LEN] ="NONE \n" ; /*initial msg for write mode */

static struct file_operations fops = { .read = device_read, .write = device_write, .open = device_open, .release = device_release};

/* * This function is called when the module is loaded */int init_module(void){ Major = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);

if (Major < 0) { printk(KERN_ALERT "Registering char device failed with %d\n", Major); return Major; }

printk(KERN_INFO "I was assigned major number %d. To talk to\n", Major); printk(KERN_INFO "the driver, create a dev file with\n"); printk(KERN_INFO "'mknod /dev/%s c %d 0'.\n", DEVICE_NAME, Major); printk(KERN_INFO "Try various minor numbers. Try to cat and echo to\n"); printk(KERN_INFO "the device file.\n"); printk(KERN_INFO "Remove the device file and module when done.\n");

return SUCCESS;

93


}

/* * This function is called when the module is unloaded */void cleanup_module(void){ /* * Unregister the device */ unregister_chrdev(Major, DEVICE_NAME); printk(KERN_ALERT "Error in unregister_chrdev:\n");}

/* * Methods */

/* * Called when a process tries to open the device file, like * "cat /dev/mycharfile" */static int device_open(struct inode *inode, struct file *file){ static int counter = 0;

if (Device_Open) return -EBUSY;

Device_Open++; sprintf(msg, "I already told you %d times . Data in device is %s \n", coun-ter++,msg_data); msg_Ptr = msg; try_module_get(THIS_MODULE); return SUCCESS;}

/* * Called when a process closes the device file. */static int device_release(struct inode *inode, struct file *file){ Device_Open--; /* We're now ready for our next caller */

/* * Decrement the usage count, or else once you opened the file, you'll * never get get rid of the module. */ module_put(THIS_MODULE);

return 0;}

94


/* * Called when a process, which already opened the dev file, attempts to * read from it. */static ssize_t device_read(struct file *filp, /* see include/linux/fs.h */ char *buffer, /* buffer to fill with data */ size_t length, /* length of the buffer */ loff_t * offset){ /* * Number of bytes actually written to the buffer */ int bytes_read = 0; /* * If we're at the end of the message, * return 0 signifying end of file */ if (*msg_Ptr == 0) return 0; /* * Actually put the data into the buffer */ while (length && *msg_Ptr) { /* * The buffer is in the user data segment, not the kernel * segment so "*" assignment won't work. We have to use * put_user which copies data from the kernel data segment to * the user data segment. */ put_user(*(msg_Ptr++), buffer++);

length--; bytes_read++; } /* * Most read functions return the number of bytes put into the buffer */ return bytes_read;}/* * Called when a process writes to dev file: echo "hi" > /dev/hello */static ssize_t device_write(struct file *filp, const char *buff, size_t length, loff_t * off){

int bytes_write ; for (bytes_write = 0; bytes_write < length && bytes_write < BUF_LEN; bytes_write++){ get_user(msg_data[bytes_write], buff + bytes_write); }

95


return bytes_write ; }

ทำการสรางไฟล Makefile สำหรบชวยในการคอมไพลโปรแกรม chardev.c

# cat Makefileobj-m = chardev.o

all: ! make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean: ! make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

คอมไพลโปรแกรมเพอใหไดไฟล chardev.ko ออกมาดวยคำสงขางลางน

# makemake -C /lib/modules/2.6.32-42-server/build M=/home/student/kernel_module modules make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-2.6.32-42-server' CC [M] /home/student/kernel_module/chardev.o Building modules, stage 2. MODPOST 1 modules CC /home/student/kernel_module/chardev.mod.o LD [M] /home/student/kernel_module/chardev.komake[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-2.6.32-42-server'# lschardev.c chardev.mod.o hello-driver.ko hello-driver.o modules.orderchardev.ko chardev.o hello-driver.mod.c Makefile Module.symverschardev.mod.c hello-driver.c hello-driver.mod.o Makefile_hello

สดทายทำการทดสอบโหลดโมดลเขาสลนกซคอรเนลดวยคำสง insmod และครวจสอบผลลพธดวยคำสง dmesg ดงขางลางน

# insmod chardev.ko# dmesg| tail -n6 [70707.121856] I was assigned major number 250. To talk to[70707.121858] the driver, create a dev file with[70707.121860] 'mknod /dev/chardev c 250 0'.[70707.121861] Try various minor numbers. Try to cat and echo to[70707.121862] the device file.[70707.121863] Remove the device file and module when done.

96


ทำการทดสอบตดตอไดรเวอรตวนอกครง โดยเรมตนใหสรางไฟลแทนไฟลเดม (/dev/chardev) เนองจากโปรแกรมไดรเวอร chardev.ko ไดสรางและลบออกไปเรยบรอยแลว ดวยการสรางไฟลอปกรณตวใหมชอ /dev/my_chardev แตยงคงใหใชหมายเลข major และ minor เดม (major:250 และ minor:0) ดวยคำสงขางลาง

# mknod /dev/my_chardev c 250 0# ls -al /dev/my_chardev crw-r--r-- 1 root root 250, 0 2013-09-23 22:22 /dev/my_chardev

ใชคำสง cat เพอแสดงขอมลทไดมาจาก /dev/my_chardev

# cat /dev/my_chardev I already told you 0 times . Data in device is NONE

จากผลลพธจะสงเกตเหนวายงไมมขอมลอยใน device เลย ดงนนใหลองทดสอบสงขอความไปยงไฟล /dev/my_chardev ดวยคำสง echo ดงตวอยางขางลาง

# echo "Hi...My device" > /dev/my_chardev # cat /dev/my_chardev I already told you 2 times . Data in device is Hi...My device

การเพม LINUX MODULE ใหมเขาไปยง LINUX SOURCE TREE

เมอนกพฒนาไดพฒนาโปรแกรมไดรเวอรหรอ LKM เสรจเรยบรอยแลว แตตองการรวมโคดโปรแกรมของตนเขาไปอยในโครงสรางหลกเดยวกบลนกซคอรเนลเพอใหผใชหรอนกพฒนาคนอนๆสามารถเขาถงการตงคาจากคำสง make menuconfig เพอเลอกใชโปรแกรมไดรเวอรของเราไดสะดวกขน

ทำไดโดยการนำโปรแกรม LKM ทไดพฒนาขนมานไปเกบไวภายใตไดเรกทอร drivers/misc ของซอรสลนกซคอรเนลในทนขอยกตวอยางไฟล hello-driver.c

$ cp ~/kernel_module/hello-driver.c /usr/src/linux-source-$(uname -r)

ขนตอนถดไป ใหเปดไฟล drivers/misc/Kconfig เพอเพมเมนเขาไปในลนกซคอรเนลดงตวอยางขางลางน

config HELLO_WORLD_MODULE tristate "hello world module" depends on X86 <----- สามารถระบสถาปตยกรรมทโมดลตวนทำงานไดเพม เชน ARM default m if X86 <----- สามารถระบใหเปน m หรอ y ได และเพมสถาปตยกรรมได help

97


hello world module.

แกไขไฟล drivers/misc/Makefile โดยการเพมบรรทดขางลางน เพอใหมการคอมไพล LKM เพมเตมobj-‐$(CONFIG_HELLO_WORLD_MODULE)+= hello-‐driver.o

และใหทำการเรมตนการคอมไพลเพอสรางลนกซคอรเนลตวใหมโดยการเขาสเมนการตงคาดวยคำสง make menuconfig แลวเขาไปในเมน Device Drivers เลอกโมดลทตองการดงตวอยางการตงคาขางลางน

98


ขนตอนสดทายทำการคอมไพลโมดลและตดตงโมดลเพมเขาไปใน root file system ตวใหม ดงคำสงขางลางน

$ make modules$ make modules_install INSTALL_MOD_PATH=$ROOTFS

99


บทท 3 EMBEDDED LINUX DEVELOPMENT

ความเปนมาของระบบสมองกลฝงตวยคเรมตนของคอมพวเตอรตงแตป ค.ศ. 1930 ซงเปนคอมพวเตอรขนาดใหญและสามารถทำการ

ประมวลผลไดเพยงทละงาน (single task) เทานนแตเมอเวลาผานไปการพฒนาและววฒนาการของเทคโนโลยสงมากขน ทำใหชฟและอปกรณอเลกทรอนกสภายในเลกลงอยางตอเนอง จนกระทงในป ค.ศ. 1940 ไดเรมมการนำระบบสมองกลฝงตวมาควบคมขปนาวธนำวถ (Missile) สำหรบกองทพทหาร ซงหนงในระบบสมองกลฝงตวททนสมยทสดในยคนนกคอเครอง "Apollo Guidance Computer" ถกสรางขนโดย Charles Stark Draper ณ แลป MIT Instrumentation แตโปรเจคตวนยงถกมองวามความเสยงในการใชงานเนองจากตองนำวงจรทเคยมขนาดใหญมากมายอใหเลกลงรวมทงนำหนกจะตองเบาลงเพอใหสามารถนำไปฝงไวภายในผลตภณฑทตองการได แตในทสดผลงานชนแรกจากแลป MIT กถกพฒนาปรบปรงขนมาไดจนสำเรจโดยตงชอวา Autonetics D-17 guidance computer และไดถกนำไปใชในการทหารของโครงการชอ Minute missile

ตงแตชวงป ค.ศ. 1961 จนถงป ค.ศ. 1966 ไดมการปรบปรงการออกแบบของวงจรจากเดมทใชตวทรานซสเตอรขนาดใหญและใชฮารดดสภายนอกในการเกบขอมล มาเปนการนำชฟประมวลผลแบบใหมเขามาใชงานแทนทตวทรานซสเตอรเดมจนทำใหไดวงจรมขนาดเลกลงและมประสทธภาพสงมากขน จนสามารถออกมาเปนผลตภณฑระบบสมองกลฝงตวรนใหมได โดยใชชอวา Minuteman II

เทคโนโลยดานระบบสมองกลฝงตวไดถกพฒนาอยางตอเนองเพอใหมขนาดและราคาทลดลงแตยงคงประสทธภาพสงขน มาจนกระทงในป ค.ศ. 1971 กไดเรมเขาสยคไมโครโปรเซสเซอรยคแรกอยางเตมตวดวยการเปดตวของหนวยประมวลผล Intel 4004 ทถกออกแบบขนมาสำหรบเปนหนวยประมวลผลกลางในเครองคดเลข แตกยงคงใชฮารดดสภายนอกในการเกบหนวยความจำตางอย จนมาถงในป ค.ศ. 1980 กไดมการผนวกหนวยความจำกบตวชปประมวลผลเขาดวยกนไดสำเรจซงถอไดวาเปนจดเรมตนทสำคญของวงการไมโครคอลโทรเลอรตงแตนนเปนตนมา โดยตวไมโครคอนโทรเลอรตวแรกของโลกคอ Intel 8048 และตอมาในป ค.ศ. 1980 กเปนจดเปลยนของวงการไมโครคอลโทรเลอรอกครงหนง เมอ Intel ไดเปดตว Intel 8051 ทมาพรอมกบเครองมอชวยในการพฒนาโปรแกรม (software develop-ments tools) จนไดรบการตอบรบการผใชอยางกวางขวางและเปนทนยมทงในระดบมหาวทยาลย บรษทพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตว

แตกยงมขอจำกดในการพฒนาโปรแกรมเพราะสามารถเขยนโปรแกรมลงไปในไมโครคอนโทรเลอรไดเพยงครงเดยว (PROMs) แตหลงจากนนไมนานกไดมการพฒนาเพมมาอกขนเพอทำใหสามารถลบโปรแกรมภายในแลวบนทกไดใหมโดยใชเทคโนโลย EPROM ทเปนการลบดวยแสงยว (UV) และตอมาภายหลงกไดมการสรางเครองลบโปรแกรมชนดกลองสรางแสง UV ทสามารถลบขอมลใน EPROM โดยใชเวลาประมาณ 5-10 นาทจนกระทงป ค.ศ. 1993 ไดมการพฒนาจาก EPROM มาเปน EEPROM ท

100


สามารถลบหรอแกไขโปรแกรมไดโดยทไมตองเอาออกจากคอมพวเตอรเหมอน EPROM แตอยางไรกตาม EEPROM จะตองลบขอมลทงหมดกอนทจะใสขอมลใกมเขาไปทกครง ซงยงมขอจำกดอยทจำนวนครงการลบหรอแกไข ตอมาตงแตป ค.ศ. 1992 ทง 12 บรษทยกษใหญทางดานคอมพวเตอรกไดรวมกนจดตงกลมสมาคม PC/104 Consortium เพอกำหนดแนวทางในการนำเทคโนโลยเครองคอมพวเตอรทวไปมาปรบใหเหมาะสมกบการประยกตใชในระบบสมองกลฝงตว โดยไดออกแบบเมนบอรดและปรบขนาดของกลองใหมขนาดเลกกระทดรดเพอใหสามารถวางซอนกนเปนชนไดดวยขนาดกวางยาวเพยง 4 นว และมความหนาเพยง 1 นว ดวยการนำเสนอของกลมสมาคม PC/104 ทำใหไดรบการตอบรบจากภาครฐและภาคเอกชนอยางคาดไมถง ดงนนกลมตลาดทางดานการทหารและการแพทยจงเปนกลมแรกทไดนำแนวคดและเทคโนโลยสมองกลฝงตวไปประยกตใชงานจรง

จนกระทงเทคโนโลยสมองกลฝงตวเรมไดรบความนยมอยางกวางขวาง และประสทธภาพของตวประมวลผลภายในเองกเพมขนอยางรวดเรวจงเรมนำไปสการพฒนาในอตสาหกรรมสอมลตมเดยโดยเรมตนจากการไดสรางต PC/104-based Kiosk ขนมาเปนตวแรก จนถงวนนไดมบรษทมากกวา 100 แหงทเขารวมกลมสมาคม PC/104 Embedded Consortium เพอรวมกำหนดมาตราฐานของผลตภณฑตวอยางเชน Ethernet card, FireWire, hard drives, RAM drives, video cards, audio cards, general I/O, flash cards, modems, GPS, cellular telephone, wireless Internet และอกมากมาย นอกจากนนกยงมอกปจจยหนงทกระตนกลมนกพฒนาและผสนใจเทคโนโลยสมองกลฝงตวคอการออกนตยสารทางดานระบบสมองกลฝงตว ซงเรมออกสสายตานกพฒนามาตงแตป ค.ศ. 1988 ในชอวา “Embedded Systems Programming” และเพงมาเปลยนชอเปน “Embedded Systems De-sign” เมอป ค.ศ. 2005 จนกระทงถงปจจบนน

รปท 3.1 นตยสาร Embedded System Design

ดงนนสามารถสรปนยามของระบบสมองกลฝงตวไดวา เปนระบบทถกออกแบบสำหรบใชงานในวตถประสงคเฉพาะดานทไมเหมอนกบคอมพวเตอรทใชงานทวไป เพราะระบบสมองกลฝงตวจะถกกำหนดการทำงานตามความตองการอยางชดเจนไวลวงหนาเรยบรอยแลวซงคณลกษณะของระบบสมองกลฝงตวทสำคญไดแก - เปนการออกแบบเพอทำงานอยางใดอยางหนง โดยจะทำงานตามโปรแกรมทตงไว - เปนการประมวลผลแบบครงละงาน (Single Task)

101


- สามารถเรยกใชไดหลายฟงกชนแตไดทละฟงกชนจนสำเรจเทานน - ราคาถก - ใชงานงาย - มจดเชอมตอนอย ใชงานงาย - มฟงกชนการทำงานทเพยงพอและรวดเรว - ใชพลงงานตำ - รองรบการสงงานจากภายนอก - สามารถคำนวณไดแมนยำและแสดงผลแบบ real-time

ซงในงานทไมซบซอนมากนกระบบสมองกลฝงตวกจะใชเพยงไมโครโปรเซสเซอรเดยวและโปรแกรมควบคมกจะถกเกบอยภายในหนวยความจำชนดอานไดอยางเดยวหรอเรยกสนๆวา ROM (Read-only Memory) แตในกรณทตองมการประมวลผลทซบซอนหลายสวนพรอมกนภายในตวระบบสมองกลฝงตวจำเปนตองมระบบปฏบตการ (Operating System) ฝงอยภายในเพอคอยจดการงานและหนวยความจำอยางมระบบและมประสทธภาพ ตวระบบปฏบตการลนกซจงเปนตวเลอกทนาสนใจทสดในกลมนกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตว ดวยเหตผลท เปนระบบปฏบตการท มความยดหย นและมประสทธภาพสง สามารถรองรบสถาปตยกรรมไดไมนอยกวา 30 สถาปตยกรรมและเปนทรกนดวาลนกซคอรเนลนนสวนใหญถกเขยนดวยภาษาซและแอสเซมบลบางสวน จงทำใหงายตอการปรบแตงและนำไปใชในสถาปตยกรรมไดหลากหลาย นอกจากนนในมมมองการเตบโตและความไดเปรยบของการแขงขนในตลาดกไมทำธรรมดาเพราะตงแตป ค.ศ. 2005 จำนวนนกพฒนาลนกซคอรเนลกเพมขนจากเดมเกอบสามเทาตวโดยทกๆวนจะมโคดใหมเพมโดยเฉลย 10,000 บรรทด และทกๆชวโมงจะมประมาณ 5.45 patch files ทถกอพโหลดเขาสเวปไซตลนกซคอรเนล (อางอง: Linux Foundation Analysis) รวมทงผผลตอปกรณรายใหญๆและผจำหนายซอฟแวรทไดรบการรองรบมาตราฐาน (ISV: Independent Software Vendors) จำนวนมากกยงหนมาสนบสนนระบบปฏบตการลนกซกนอยางจรงจง และทสำคญ GNU GPL (General Public License) ยงใหสทธแกผใชอสระในการใชโปรแกรมการแกไขภายในโปรแกรมและคดลอกแจกจายใหผอนอยางไมมจำนวนจำกดอกดวย

ระบบปฏบตการลนกซมการเตบโตในระดบสงตอปอยางตอเนองและเรมเขามามบทบาทสำคญในตลาดทางดานอตสาหกรรมเทคโนโลยระบบสมองกลฝงตวตงแตป ค.ศ. 2002 เปนตนมา โดยในชวงแรกตงแตป ค.ศ. 2001 ถง ค.ศ. 2002 ผลการสำรวจระบบปฏบตการทถกใชใน smart gadgets มากทสดคอระบบปฏบตการลนกซ (15.5%) ซงเอาชนะระบบปฏบตการ WinCE/WinCE.Net (6%) และ XPe (5%) จากคาย Microsoft และ VxWorks (10.3%) จากคาย Wind River ในชวงเวลาตอมาตงแตป ค.ศ. 2003 ถง ค.ศ.2005 ผลการสำรวจพบวาจำนวนผทใชระบบปฏบตการลนกซภายในบรษทเพอสรางผลตภณฑอยางตอเนองอยทประมาณ 49-52% และหลงจากป ค.ศ. 2006 เปนตนมาถอไดวาเปนชวงเรมตนของการขยายตวของระบบสมองกลฝงตวไมวาจะเปนการแขงขนของชพประมวลผลกลาง (CPU) เชน ARM, x86, PowerPC, MIPS, Coldfire, DSP เปนตน การแขงขนดานระบบปฏบตการเชน OpenZaurus,

102


Ångström distribution, Familiar Linux, webOS from Palm, Inc., Maemo based on Debian เปนตน นอกจากนนกยงมระบบปฏบตการทคนหกนดในวงการนกพฒนาไทย ทฝงอยในอปกรณเครอขาย อปกรณชนดพกพาไมวาจะเปน PDA, Pocket PC, Smart Phone, Netbook ตางๆ ตวอยางเชน AirOS (Ubiquiti Network), CatOS/Cisco IOS/IOS-XR (Cisco Systems), DD-WRT (NewMedia-NET), JunOS (Juniper Networks), OpenWRT (LinkSys), Palm OS (Palm Inc.), Symbian OS (Nokia), Windows CE/Mobile (Microsoft), iPhone (Apple), OpenZaurus (Sharp), Maemo (Nokia), Qtopia/Qt Embedded (TrollTech), Openmoko (based on Ångström), Mobilinux (Monta-vista), Android (Google), Moblin (Intel), Ubuntu Mobile และ Meego (Maemo+Moblin) เปนตน โดยผจดจำหนายทเนนขายระบบปฏบตการลนกซสำหรบระบบสมองกลฝงตวไดแก Monta-Vista, Koan, Sysgo, Denx, Metrowerks, FSMLabs, LynuxWorks, Wind River, และ TimeSys เปนตน จงทำใหเทคโนโลยสมองกลฝงตวกลายเปนองคประกอบสำคญในตลาดทางดานอปกรณอเลกทรอนกสและมการใชระบบปฏบตการลนกซเปนระบบปฏบตการหลกเชนเดยวกน โดยสามารถแบงกลมตลาดหลกๆไดดงน

• กลมอตสาหกรรมยานยนต (Automotive) ไดแก ระบบควบคมภายในยานพาหนะ (ECU-Electronic Control Unit) ระบบความปลอดภยภายใน

• เครองใชไฟฟารวมถงอปกรณ Set-top-Box อปกรณสำหรบการสอสารและใชงานผานระบบอนเทอรเนต

• ระบบควบคมอตสาหกรรม (Industrial Automation) ไดแก ระบบควบคมขบวนการผลตทงหมด ระบบควบคมหนยนตในสายการผลต รวมไปถงระบบควบคมไฟฟากำลงสง (HVAC System) เปนตน

• เครองมอแพทย ไดแก ระบบเฝาตดตามอาการผปวยอตโนมต ระบบบำบดอาการปวย ระบบตรวจสอบและวเคราะหผล ระบบชวยในการผาตด และระบบตรวจวเคราะหดวยเสยงและภาพ เปนตน

• โทรศพทเคลอนท และคอมพวเตอรชนดพกพา

• เครองมอทางทหารและอวกาศ ไดแก ระบบนำรองและควบคมการบน ระบบสอสารผานดาวเทยม

• อปกรณสำนกงาน ไดแก เครองถายเอกสาร แฟกซ เครองพมพ เครองแสกน โทรศพท VoIP เครองสำรองขอมลขนาดใหญ เปนตน

• ระบบสอสารแบบสายและไรสาย ไดแก อปกรณเครอขายตงแตระดบ LAN, MAN และ WAN

จากการขยายตวอยางสงของเทคโนโลยสมองกลฝงตวไปยงตลาดทไดกลาวมาขางตน เกดจากปจจยสำคญไดแก

• การเพมจำนวนของนกพฒนาทางดานฮารดแวรและซอฟแวรระบบสมองกลฝงตวมแนวโนมสงขน โดยเฉพาะนกพฒนาซอฟแวร

103


• การขยายตวของอปกรณสมองกลฝงตวทมอยเดมประมาณสองพนลานตวและมแนวโนมจะเพมไดถงสองแสนลานตวภายในป ค.ศ. 2013

• ระบบปฏบตการลนกซไดรบการตอบรบและสนบสนนเปนอยางดจากบรษทยกษใหญตางๆ ตวอยางเชน Sony, Motorola, Philips, Panasonic, Google, Samsung และ Siemens เปนตน

• ภาษาซยงคงถกใชเปนภาษาหลกในการเขยนโปรแกรมทางดานฮารดแวร (Device Programming) ตามมาดวยภาษา Assembly, C++ และ embedded C++

อางองสวนหนงมาจาก: http://www.ecti-thailand.org/emagazine/views/66

สถาปตยกรรมในระบบสมองกลฝงตว

รปท 3.2 แสดงตวอยางผลตภณฑทางดานสมองกลฝงตว

Photo from: http://free-electrons.com

สถาปตยกรรมไมโครโปรเซสเซอรและอปกรณฮารดแวรสำคญของระบบสมองกลฝงตวระบบปฏบตการลนกซไดถกพฒนาปรบปรงอยางตอเนองเพอใหสามารถรองรบการสถาปตยกรรม

ตางๆของหนวยประมวลผลกลางทออกมาในตลาดใหไดมากทสดซงรายละเอยดทางดานเทคนคภายในโคดของลนกซคอรเนลสำหรบแตละสถาปตยกรรมจะถกบรรจอยภายใตไดเรกทอร /arch ของลนกซคอรเนล โดยในปจจบนระบบปฏบตการลนกซสามารถรองรบสถาปตยกรรมตางๆไดไมตำกวา 30 สถาปตยกรรม เชน สถาปตยกรรม ARM, AVR32, Intel x86, Intel x86_64, MIPS, Motorola 68000 (M68K) , PowerPC, และ Super-H เปนตน โดยแตละสถาปตยกรรมจะมวตถประสงคในการนำไปทแตกตางกนตวอยางเชน

104


• สถาปตยกรรม x86 and x86-64 สำหรบเครองคอมพวเตอรทวไป • สถาปตยกรรม ARM จะถกนำไปใชในหลากหลายงานประยกตไมวาจะเปนอปกรณเครองใชไฟฟา อปกรณโทรศพท (Mobile Internet Device) อปกรณสำหรบงานมลตมเดย (Set-top-Box, DVD Player) หรอ อปกรณควบคมในอตสาหกรรมการผลต เปนตน

• สถาปตยกรรม PowerPC จะถกนำไปใชมากอยในอปกรณทางดานโทรคมนาคม ระบบเครอขาย โดยเฉพาะทตองทำงานแบบเวลาจรง (real-time)

• สถาปตยกรรม MIPS ยงคงมใชอยหลากหลายในอปกรณทางดานระบบเครอขาย • สถาปตยกรรม SuperH ถกพฒนาโดยบรษท Hitachi (1990s) ในสมยกอนจะพบเหนบอยในอปกรณทางดานมลตมเดย เชน อปกรณ Set-top-box จนกระทงในปจจบนนทางบรษท Renesus กยงคงนำมาใชในระบบนำทาง อปกรณทางดานเครอขาย เครองพมพ และกลองถายรป

• สถาปตยกรรม Blackfin ถกพฒนาและทำตลาดโดยบรษท Analog Devices ซงจะถกเนนไปในงานดานประมวลสญญาณดจตอล (Signal Processing) ทเนนทำใหตว Blackfin CPU เองมราคาถก

• สถาปตยกรรม Motorola 68000 จะไดรบความนยมในชวงป 1980s - 1990s ในอปกรณคอมพวเตอรสวนบคคล เชน Apple Macintosh, Commodore Amiga, Atari ST ซงจะเปนคแขงสำคญกบบรษท Intel

ตาราง 3.1 การรองรบมาตราฐานการเชอมตอของแตละสถาปตยกรรมO P T I O N X 8 6 A R M P P C M I P S S H M 6 8 K

Parallel Port support X X X

IEEE 1394 support X X X X

IrDA support X X X X

USB support X X X X

Bluetooth support X X X

หนวยความจำและตวเกบขอมล

สำหรบระบบปฏบตการลนกซพนฐานทมขนาดเลกทสดจะสามารถทำงานไดภายใตหนวยความจำขนาดเพยง 8 MB แตอยางไรกตามถาจะตองใหสามารถใชงานประยกตไดดในระดบหนงทไมชามากเกนไปกควรจะตองมขนาดหนวยความจำใหอยทประมาณ 32 MB สวนขนาดของตวเกบขอมล (Storage) นนสามารถใชขนาดเลกสดอยทขนาด 4 MB ในกรณทตองการเกบหรอสำรองขอมลเพมขน กอาจจะเพมตวเกบขอมลประเภทแฟลช (Flash storage) เชน NAND/NOR Flash หรอ ตวเกบขอมลประเภทบลอค (Block storage) เชน SD/MMC card และ eMMC เปนตน

105


การตดตอสอสารกบอปกรณรอบขาง

สวนของเคอรเนลในระบบปฏบตการลนกซสามารถรองรบระบบการสอสารในมาตราฐานตางๆได ไมวาจะเปนระบบบสพนฐานในการสอสารภายในอปกรณระหวางกนเองเชน I2C, SPI, CAN, 1-wire, SDIO, UART และ USB ระบบการสอสารระดบสงเชน Ethernet, Wifi, Bluetooth, และ CAN รวมถงโปรโตคอลมาตราฐานในระดบระบบเครอขาย (TCP/IP) กมโปรแกรมไดรเวอรพรอมอยภายในตวระบบปฏบตการลนกซเอง

กอนจะเปนบอรดสมองกลฝงตว

ในปจจบนนบอรดสมองกลฝงตวมออกมาหลากหลายรนหลายยหอ ทงในราคาทนกพฒนาหรอผใชทวไปสามารถหาซอไดไมวาจะเปน BeagleBoard, PandaBoard, BeagleBone, ODROID, Raspberry Pi, Freescale i.MX53, AM335x Sitara, Friendly ARM เปนตน โดยใชหนวยประมวลผลกลาง (CPU) จากผผลตตางๆ เชน Texas Instrument, Samsung, Qualcomm, Nvidia ซงสวนใหญแลวจะใชสถาปตยกรรม ARM อยภายใน

รปท 3.3 แสดงตวอยางบอรดพฒนาระบบสมองกลฝงตว

ซงกวาจะกลายมาเปนบอรดสมองกลฝงตวไดนนไมเพยงแตตองหาชฟตางๆมาเพอประกอบเปนบอรดเพอนำไปใชในงานประยกตแตนกพฒนาควรจะตองเขาใจฟงกชนการทำงานและความสามารถพเศษทบอรดสมองกลนนมอย

สถาปตยกรรม ARMชด Instruction set,

กาหนดการตดตอกบ MMU, อนเตอรรพท

เนนการกาหนดคณลกษณะ (specification)

ARM Coreการออกแบบการทางานภายใน

หนวยประมวลผลเพอใหเขากบ

สถาปตยกรรมทกาหนดไว

อยในรปแบบของ netlist หรอ โคด Verilog เพอสงตอใหผซอลขสทธ

System-on-Chip

การรวมอปกรณ/ชพตางๆเขาไป เพอเชอมตอภายใน ARM Core รนนนๆ

ขายออกมาในรปแบบของชพรนท

บรษทจดจาหนาย (SoC Brand)

บอรดสมองกลฝงตวบอรดประยกตทมการรวม SoC และพอรตสาหรบเชอมตออปกรณ

ภายนอก

ขายออกมาในรปแบบบอรดสมอง

กลฝงตวสาเรจรป

รปท 3.4 แสดงลำดบตงแตสถาปตยกรรมจนมาเปนบอรดสมองกล

106


หวใจสำคญของสวนนจะเรมตนจากตว System-on-Chip (SoC) ซพยซงม ARM Core อยภายในทถกเชอมโยงดวยชพเซทตางๆ (Chipset) ททำใหบอรดสมองกลตวนนสามารถรองรบการสอสารไดหลากหลายรปแบบ ตวอยางเชน Ethernet, AUX, USB, SATA, LCD, HDMI จากรปขางลางแสดงขบวนการตงแตสถาปตยกรรม ARM จนกลายมาเปน System-on-Chip ทบรษทและเหลานกพฒนาสามารถนำมาออกแบบเปนบอรดสมองกลฝงตวเพอนำไปใชในงานประยกตตางๆไดในทสด

ARMv6

ARMv7

ARM1176JZF-S

ARM Cortex-A8

ARM Cortex-A15

Marvell PJ48

BCM2835

TI AM335x

Samsung Exynos 5

MarvellArmada XP

Raspberry Pi

BeagleBone

Arndale

PlatHomeOpenBlocks AX3-4

สถาปตยกรรม ARM ARM Core System-on-Chip บอรดสมองกลฝงตว

รปท 3.5 แสดงตวอยาง SoC ทนยมอยในปจจบน และตวอยางองคประกอบภายใน SoC

บรษท ARM ไมไดทำตวเองเปนผผลตไมโครโปรเซสเซอร แตจะเปนผทออกแบบและกำหนดการทำงานภายในสถาปตยกรรม เชนชดคำสง Instruction Set, การเชอมตอกบตวจดการหนวยความจำ (MMU) หรอการควบคมสญญาณอนเตอรรพตางๆ (Interrupts) เปนตน เพอตองการขายลขสทธ (Li-cense fee) การใชสถาปตยกรรมแกบรษทรวมทางธรกจ (Business Partner) ทจะรวมออกแบบกบทางบรษท ARM จนมาเปน ARM Core แตละรน และจะทำการออกแบบการเชอมตอกบ Chipset ภายใน

107


ตางๆ จนในทสดกลายมาเปน System-on-Chip ตวอยางเชน TI OMAP, TI AM335x, Samsung Exy-nos, Rockchip, FreeScale i.Mx53 โดยบรษทรวมธรกจนจะตองจายคา Royalty fee ใหกบบรษท ARM เมอใดทมการนำไปสรางเปนบอรดสมองกลฝงตวสำหรบสนคาทางดานอเลกทรอนกสและสนคาเทคโนโลยตางๆ เชน โทรศพทมอถอ (Smart Phone), แทปเลต (Tablet), อปกรณเครองใชไฟฟาหรอระบบอเลกทรอนกสภายในยานพาหนะ เปนตน ซงจากรปขางลางแสดงโมเดลทางธรกจของบรษท ARM และระยะเวลาในการออกแบบวจยพฒนาจนกวาจะมาเปนผลตภณฑในตลาดในทสด

20+ ปสรางบอรดสมองกลฝงตวสาหรบงานประยกตตางๆ

และดาเนนธรกจ

3-4 ปบรษทหนสวนนาไปพฒนาเปน SoC

2-3 ปออกแบบพฒนา ARM Core

เงนลงทน

รปแบบธรกจของ ARM

จายคาลขสทธ (Royalty Fee)

จายคาใบอนญาต (Upfront License Fee)

SoC

รปท 3.6 รปแบบการดำเนนการธรกจของ ARM

108


เรมตนสการพฒนาบนระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว

ระบบปฏบตการลนกซทถกฝงเขาไปอยในบอรดสมองกลจะถกเรยกวา ระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว (Embedding Linux) ซงเปนระบบทถกปรบแตงเคอรเนลและโปรแกรมระบบใหสามารถทำงานไดบนสถาปตยกรรมของหนวยประมวลผลกลางของบอรดนนๆ ซงเรยกวธการนเปนทบศพทภาษาองกฤษวาการ “Porting” นอกจากนนในปจจบนกมบรษทจำนวนมากทขายผลตภณฑทมระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวอยภายใน และกยงมอกหลายกลมบรษทททำธรกจเกยวกบการใหบรการแบบองครวมทางดานการพฒนาระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว ไมวาจะเปนลนกซคอรเนลทถกปรบแตงพเศษ เครองมอการคอมไพลสำหรบสถาปตยกรรมตางๆ (Cross-development tools) และ ไลบรารทางดานการทำงานแบบเวลาจรง (Real time extensions) เปนตน ถอไดวาระบบปฎบตการลนกซนนเปนระบบปฏบตการทเหมาะสำหรบการทำงานทางดานระบบสมองกลฝงตวมากทสด เนองจากมโปรแกรมไลบรารตางๆ มชดเครองมอในการพฒนาทครบถวนเพยงพอสำหรบระบบสมองกลฝงตว

องคประกอบการเตรยมสภาพแวดลอมสำหรบ EMBEDDED LINUX

องคประกอบทนกพฒนาหรอผสนใจดานเทคโนโลยระบบสมองกลฝงตวควรทำความเขาใจดงแสดงในตารางขางลาง

ตาราง 3.2 องคประกอบสำคญพนฐานในการเตรยมสำหรบบอรดสมองกลฝงตว

องคประกอบ รายละเอยด

BSP (Board Support Package)ภายในบรรจตว bootloader และ Kernel ทรองรบและเขากนไดกบรน

ของฮารดแวรทใชในบอรดสมองกลฝงตวทเลอกใช

Cross Toolchains เครองมอพฒนาทสามารถแปลงรหสเพอใหทำงานขามแพลตฟอรมได

Third-party componentsไลบรารตางๆ และโปรแกรมพเศษจากนกพฒนาภายนอก ซงอาจจะม

ลขสทธการใชงาน เชน GPLv3, Apache, MIT เปนตน

109


องคประกอบ รายละเอยด

Hardware และ Accessories

- เครอง Host คอ เครองคอมพวเตอรทตดตงระบบปฏบตการลนกซ

สำหรบปรบแตงลนกซคอรเนลและคอมไพลโปรแกรมตางๆสำหรบบอรด target

- เครอง Target คอ บอรดสมองกลฝงตว เชน Beagleboard, Versatile Express, Pandaboard, ODROID, FriendlyARM เปนตน

- สาย Cable ตางๆ เชน LAN Cable, Serial Cable, USB-to-Serial เปนตน

- MMC/SD Card

สำหรบขนตอนสำคญของการพฒนาระบบสมองกลฝงตวนน สามารถแบงออกไดเปน 4 สวนหลกคอ

การเรมทำงานของบอรดสมองกลฝงตว: เนองจาก

บอรดสมองกลฝงตวจำเปนตองม bootloader ทมการตงคาเกยวกบตำแหนงของ Kernel Image, root file

system และคาพารามเตอรทจำเปน เพอใหบอรดสามารถบทเขาส ระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวได

สมบรณแบบ ซงถาบอรดเชอมตออยกบ Ethernet LAN กสามารถเขาสระบบผาน telnet หรอ ssh เขาไปได แต

อยางไรกตามในระหวางการพฒนาควรใช serial con-sole เพอใชสำรองการเชอมตอในกรณไมสามารถตอ

LAN ได

การตงคาและสราง Linux kernel: เนองจาก

บอร ดสมองกลฝ งต วส วน ใหญ ถ งแม จะม ประส ทธ ภาพส งแต ก ไม สามารถใช คอมไพล

Kernel ไดดวยขอจำกดของทรพยากรภายใน เชน หนวยความจำ พลงงานทจำกด ดงนนงานเหลาน

ทงหมดจะทำอยบนเครอง Host กอนจะ Porting เขาบอรดสมองกลฝงตว

การตงคาและสราง Root File System: ภายใน root

file system จะบรรจโปรแกรมของระบบและโปรแกรมสำหร บผ ใช ท สามารถทำงานก บ เคอร เนลและ

สถาปตยกรรมนนๆได ถาปราศจาก root file system แลวจะเกดเหตการณแสดงขอความดงน “Kernel

panic” และหยดทำงานในทสด ซงตำแหนงการวาง root file system นนมอยอยางนอย 2 แบบคอเกบไว

ใน Flash Storage เชน MMC, SDCard และเกบไวในระบบเครอขายเชน NFS

การคอมไพลและดบกโปรแกรม: เนองจากบอรด

สมองกลฝงตวไมสามารถคอมไพล Kernel ดวยตวเองได จงจำเปนตองทำอยบนเครอง Host ไมวาจะ

เปนการคอมไพลโปรแกรมดวยเคร องมอในการคอมไพลทเรยกกนวา Cross Toolchain หรอการ

ดบกโปรแกรมทกำลงทำงานบนบอรดสมองกลฝงตวดวย gdb เปนตน

โครงสรางสถาปตยกรรมของระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว จะไมแตกตางมากเมอเทยบกบระบบปฏบตการลนกซทวไป ดงแสดงในรปขางลาง

110


System call interface

โปรแกรม #1 โปรแกรม #2 โปรแกรม #3 โปรแกรม #N

C library

จดการโปรเซส จดการหนวยความจา

ควบคมอปกรณ ระบบไฟลตางๆ การสอสารระบบเครอขาย

ชนดระบบไฟล

Block device drivers

Networkdevice drivers

Characterdevice drivers

CPU/MMU support code

CPUsupport code

User-space

Kernel-space

Hardware

รปท 3.7 สถาปตยกรรมภายในระบบปฏบตการลนกซ

จากโครงสรางขางตน แตละชนมรายละเอยดดงน1. Hardware Layer - อปกรณฮารดแวรภายในบอรด ตวอยางเชน หนวยประมวลผลขนาด 32 บตขนไป หนวยจดการหนวยความจำ (MMU - Memory Management Unit) หนวยความจำขนาดเลก (RAM) หนวยความจำแบบอานไดอยางเดยว (ROM) ตวบนทกขอมลประเภทแฟลช เชน MMC/SD Card เปนตน

2. Linux Kernel Layer (Kernel-space) - ทำหนาทควบคมจดการอปกรณฮารดแวรทงหมด จดการการจดควของโปรเซสตางๆ จดเตรยมฟงกชนสำคญ (System Calls) ใหกบโปรแกรมประยกต เปนตน ซงจะมองคประกอบภายในทมหนาทสำคญๆ ไดแก

•Low-level interfaces:- จดเตรยมชด APIs (Application Programming Interface) สำหรบการตดตอกบฮารดแวร แบบทไมขนอยกบรนของฮารดแวร

- เปนสวนดแลและจดการฮารดแวรตางๆเชน การทำงานของหนวยประมวลผลกลาง การทำงานของหนวยความจำ ตดตอกบพอรตสอสาร และ I/O Devices เปนตน

• High-level abstractions:- จะจดเตรยมฟงกชนใหโปรแกรมประยกตสามารถสอสารระหวางกนได และทำงานแบบ

multi-tasking ได เชน IPC, Threading, Socket, Signalling เปนตน - โคดโปรแกรมสวนใหญสามารถนำไปใชตอไดเกอบทกสถาปตยกรรม

• Filesystems:- สามารถรองรบระบบ filesystems ตางๆทมอยในปจจบนไดไมนอยกวา 40 ชนด

111


- จะม Virtual Filesystem layer ททำใหการเรยกใช filesystems ทแตกตางเหลานนงายและสะดวกขนโดยทไมตองเขยนโคดใหม

• Networking protocols- รองรบโปรโตคอลมาตราฐานตางๆทใชกนอยในปจจบนไดไมนอยกวา 50 ชนด- มฟงกชน Socket APIs ทใชในการจดการและกำหนดการเชอมตอในแตละแบบของระบบเครอขายนนๆ

3. Libraries (User-space) - ไลบรารทอยในระดบของ user space ทมความหลากหลายมากกวาทมอยในเคอรเนล ไมวาจะเปนไลบรารทางดานการคำนวณ การแสดงผลกราฟฟก การประมวลผลขอมลดจตอล การสอสารขอมลผานระบบเครอขาย การเขารหส/ถอดรหส และ การตดตอกบอปกรณฮารดแวรทมาเชอมตอกบบอรด เปนตน ดงนนถาโปรแกรมประยกตตองการจะตดตอกบเคอรเนลจะเรยกผานไลบรารชอวา glibc (ซงประกอบไปดวยตวยอยคอ uClibc และ eglibc)

การเตรยมระบบและการเชอมตอระหวางเครอง HOST และ บอรด TARGET

การเตรยมระบบสำหรบการพฒนาโปรแกรมหรอระบบปฏบตการสำหรบระบบสมองกลฝงตวนน จะตองมการเตรยมระบบฮารดแวร ซงประกอบไปดวยฮารดแวร 2 สวนหลกๆไดแก

1. เครองคอมพวเตอรสำหรบพฒนาหรอเรยกวาเครอง “Host” (ซงกเปนเครองคอมพวเตอรสวนบคคลทวไป)

2. บอรดสมองกลฝงตวหรอเรยกวาบอรด “Target”รปแบบการเชอมตอกนระหวางเครอง Host และบอรด Target นนมอยางนอย 3 แบบคอ

• สายอนกรม RS-232 (RS-232 Serial Cable) เพอใหนกพฒนาสามารถดรายละเอยดการบทของบอรด ในขณะทเรมตรวจสอบคาในระดบ low level การโหลดตว Kernel และการโหลดตว root file system เรยกหนาจอแสดงผลนวา “Console”

• สาย LAN (Ethernet LAN Cable) เพอใหนกพฒนาสามารถวาง Kernel Image และ Root file system ไวบนเครองภายในระบบเครอขาย ผานโปรโตคอล bootp, tftp หรอ NFS เปนตน ในกรณทบทเขาสระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว (Embedded Linux) ภายในบอรดไดแลว ถาไมตองการดผานหนาจอ Console กสามารถเขาสระบบแบบระยะไกล (Remote Login) ผานโปรแกรม telnet หรอ ssh ไดเชนกน

• สาย JTAG (JTAG Cable) ใชในกรณทนกพฒนาตองการดบกการทำงานของโปรแกรม คารจสเตอร และรายละเอยดภายในหนวยความจำของบอรดสมองกล เปนตน

112


เครอง Host

Ethernet Hub

บอรดสมองกลฝงตว (Target)

สาย RS-232

สาย LAN

ARM, PowerPC, MIPS(Linux OS)

x86, x86_64 (Desktp OS)

สาย LAN

รปท 3.8 แสดงการตอสำหรบการพฒนาระหวางเครอง Host และบอรด Target

จากรปดานบนแสดงการเชอมตอระหวางเครอง Host และบอรด Target โดยภายในเครอง Host จะมระบบปฏบตการลนกซ (เชน Ubuntu, Red Hat, Fedora, SuSE หรอ Debian เปนตน) และเครองมอหรอโปร แกรมอตถประโยชน (เชน Serial Console Software, Cross Toolchain, Network shar-ing Software) สำหรบการพฒนาระบบสมองกลฝงตวอยภายในโดยถกเชอมตอผานสายอนกรม (RS-232 Cable) เรยบรอยแลว ซงในปจจบนเครองคอมพวเตอรหรอโนตบคสวนใหญจะไมมพอรตอนกรมใหอกแลว แตจะมการเตรยมพอรต USB มาใหแทน ดงนนนกพฒนาจะตองจดหาสาย USB-to-Serial มาเพมเตมเพอใหสามารถตอเขากบบอรด Target รวมทงจะตองเชอมตอระบบเครอขายภายในเขากบอปกรณเครอขายเชน Ethernet Hub หรอ Switch Hub

กอนเรมบทบอรดสมองกลฝงตวและเหนการแสดงผลตางๆผานหนา Serial Console บนเครอง Host ไดนนนกพฒนาจะตองมโปรแกรม Serial Console ตวอยางเชนโปรแกรม Minicom, Picocom, Gtkterm, Putty, Cutecom ทสามารถตดตอกบพอรตอนกรม (Serial Port) หรอพอรต USB โดยระบบปฏบตการลนกซจะมองเหนเปน /dev/ttySx หรอ /dev/ttyUSBx ยกตวอยางการใชโปรแกรม mini-com และ Gtkterm ดงขางลางน

$ minicom -b 115200 /dev/ttyS0 หรอ $ minicom -b 115200 /dev/ttyUSB0

113


หรอใชโปรแกรม Gtkterm เพอเปด Serial Console ดงแสดงในรปขางลาง

114


115


เครองมอ Cross Toolchains

ระบบปฏบตการลนกซไดจดเตรยมเครองมอพนฐานสำหรบการพฒนาไวเบองตนอยแลวซงเรยกวา “Native Toolchain” ซงตว native toolchain จะเปนเครองมอหลกในการสรางรหสโปรแกรมทใหสามารถทำงานได บนแพลตฟอรมของเครองคอมพวเตอรนนๆ (เชน x86 Platform) แตในกรณการพฒนาโปรแกรมสำหรบระบบสมองกลฝงตวนน ไมสามารถใช native toolchain ทมากบระบบปฏบตการได เนองจากระบบสมองกลฝงตวมขอจำกดในเรองของขนาดหนวยความจำและการเกบขอมล การทำงานชากวาเครองคอมพวเตอรสวนบคคลและทสำคญไมสามารถจะตดตงเครองมอพฒนาทงหมดใหอยบนระบบสมองกลฝงตวได

ดงนนตองใชเครองมอพฒนาทสามารถแปลงรหสเพอใหสามารถใชขามแพลตฟอรมไดซงจะถกเรยกวา “Cross-compiling Toolchain” หรอ “Cross Toolchains” ดงรปขางลางแสดงใหเหนวา cross-compiling toolchain จะคอมไพลโปรแกรมทเขยนขนมาใหสามารถทำงานไดบนสถาปตยกรรมนนๆ (เชน สถาปตยกรรม ARM) ตามทถกตงคาไวกอนเรมทำการคอมไพล ดงตวอยางขางลาง

$ export ARCH=ARM$ export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-$ make

โคดโปรแกรม

Native toolchain Cross-compilingtoolchain

ARM binaryx86 binary

เครอง Host (x86)

บอรด Target (ARM)เครอง Host (x86)

รปท 3.9 แสดงการคอมไพลโคดโปรแกรมสำหรบแพลตฟอรมทง 2 แบบ

116


ประเภทของ CROSS TOOLCHAINS

ในปจจบนนมเครองมอ cross toochains ทชวยในการพฒนางานดานสมองกลฝงตวอยหลายตว โดยอาจแบงออกไดเปน 2 กลมใหญๆ ไดแก

1. Toolchains สำเรจรป

•CodeSourcery (http://www.codesourcery.com/)

CodeSourcery เปนตวทออกแบบเพอใหสามารถใชกบ Sourcery G++ และ Eclipse IDE ททำงานรวมกนกบ GNU Toolchain (gcc, gdb เปนตน) ทรองรบสถาปตยกรรม ARM, Coldfire, MIPS, SuperH และ PowerPC

• Linaro (http://linaro.org/)

Linaro เปนองคกรทไมแสวงหากำไร ซงเปนการรวมตวกนของเหลาวศวกรมอด เพอรวมกนสรางและปรบแตง open source และเครองมอตางๆ ใหกบสถาปตยกรรม ARM ทาง Linaro เองกไดจางคนทพฒนา CodeSourcery เพอเนนใหเปนเครองมอทเหมาะกบสถาปตยกรรม ARM ใหมากทสด

•DENX ELDK (http://www.denx.de/)

DENX Embedded Linux Development Kit (ELDK) จะเปนชดเครองมอทเหมาะกบระบบสมองกลฝงตวททำงานแบบเวลาจรง (real-time) บนสถาปตยกรรม ARM, PowerPC และ MIPS ชดเครองมอทสามารถใชไดฟรตามเงอนไข GPL และ Free Software Licenses ประกอบไปดวย Cross Development Tools (Compiler, Assembler, Linker เปนตน), Native Tools (Shell, commands และ libraries), U-Boot, Linux kernel ทมโคดโปรแกรม ไลบรารสำหรบบอรดสมองกล, Xenomai (RTOS Emulation framework) และ SELF (Simple Embedded Linux Framework)

• Scratchbox (http://www.scratchbox.org/)

Scratchbox เปนเครองมอทใชในการพฒนา Maemo (Nokia 770, N800, N810 Internet Tab-lets และ Nokia N900) ซงเนนสนบสนนสถาปตยกรรม ARM และ x86

2. Toolchain ทตองสรางเอง

•Buildroot (http://buildroot.uclibc.org/)

Buildroot เปนเครองมอทสมบรณทนยมตวหนงสำหรบการพฒนาในระบบสมองกลฝงตว และรองรบสถาปตยกรรมหลากหลาย นกพฒนาสามารถสราง RFS image (Root File System Image) ทพรอมจะสามารถเขยนลงแฟลช (flash) ไดทนท นอกจากนนยงสามารถปรบแตงหรอเพมเตม open

117


http://www.codesourcery.com

http://www.codesourcery.com

http://linaro.org

http://linaro.org

http://www.denx.de

http://www.denx.de

http://www.scratchbox.org

http://www.scratchbox.org

http://en.wikipedia.org/wiki/Nokia_770_Internet_Tablet

http://en.wikipedia.org/wiki/Nokia_770_Internet_Tablet

http://en.wikipedia.org/wiki/N800




http://en.wikipedia.org/wiki/Nokia_N900

http://en.wikipedia.org/wiki/Nokia_N900

http://buildroot.uclibc.org

http://buildroot.uclibc.org

source อนเขาไปใน RFS Image ได โดยตว buildroot นจะสนบสนนไลบรารเพยง uClibc แตไมสนบสนนไลบราร glibc

•Crosstool-NG (http://crosstool-ng.org/)

Crosstool-NG เปนเครองมอพฒนาทไดรบความนยมไมแพตว buildroot โดยมรปแบบในการปรบแตงเคอรเนลผาน make menuconfig เชนเดยวกบตว buildroot สามารถรองรบไดทง uClibc และ glibc และมาพรอมกบเครองมอในการดบกโปรแกรม เชน gdb, strace, dmalloc

• Bitbake

Bitbake คอเครองมออยางงายทใชในการสรางชดแพกเกต ซงถกนำมาใชในโครงการ OpenEm-bedded เชน บอรด Ångström เปนตน

อางองมาจาก: http://www.wikipedia.com

องคประกอบหลกภายใน CROSS TOOLCHAINS

รายละเอยดภายในเครองมอ cross toolchains ทจะตองนำมาใชในการตงคาการคอมไพลตวซอรสของลนกซคอรเนล โปรแกรมทจำเปนสำหรบระบบสมองกลฝงตว (เชน BusyBox, Openssh, Di-rectFB เปนตน) และไลบรารทเกยวของตางๆ ประกอบไปดวย

• Binutils - เปนชดเครองมอทเอาไวใชในการสรางและจดการไบนารภายในโปรแกรมเพอใหเหมาะกบสภาพแวดลอมบนสถาปตยกรรมนนๆตวอยางคำสงไดแก as (Assembler), ld (Linker), ar, ranlib (สำหรบสรางไลบรารแบบ static), objdump, readelf, size, nm, strings, strip เปนตน

• GCC Compiler - ชด GNU C Compiler ซงเปนชดทแจกฟรสำหรบใชในการคอมไพลภาษาโปรแกรมตางๆ เชน C, C++, Ada, Fortran, Java, Objective-C, Objective-C++ เปนตน เพอใหสามารถทำงานไดบนสถาปตยกรรมทหลากหลายเชน ARM, AVR, Blackfin, CRIS, FRV, M32, MIPS, MN10300, PowerPC, SH, v850, i386, x86_64, IA64, Xtensa เปนตน

• C/C++ Libraries - เปนชดไลบรารทมความสำคญตอระบบปฏบตการลนกซเปนอยางมากซงทำหนาทเปนตวกลางในการเชอมตอระหวางโปรแกรมและลนกซคอรเนลสำหรบการพฒนาในระบบสมองกลฝงตว C Libraries มอยหลายแบบเชน glibc, uClibc, eglibc, dietlibc, newlib เปนตน

• GDB Debugger - GDB เรมพฒนาโดยนายรชารด สตอลแมน เมอ พ.ศ. 2529 เพอใหเปนสวนหนงของระบบ GNU หลงจากทเขาพฒนา GNU Emacs จนมความเสถยรในระดบทนาพอใจ ซงแนวความคดของ GDB นนไดมาจาก Dbx ซงเปนโปรแกรมดบกเกอรทมากบระบบปฏบตการ Unix BSD และในปจจบน GDB กไดถกดแลโดย GDB Steering Committee ซงเปนคณะกรรมการทถกตงโดยมลนธซอฟตแวรเสร (FSF) โดย GDB จะทำงานในแบบการพมพคำสง (command line)

118


http://crosstool-ng.org

http://crosstool-ng.org

ผานหนาจอ Console แตถาหากตองการดบกผานโปรแกรมในลกษณะกราฟฟก (GUI) กสามารถใชโปรแกรมชอวา DDD แทนได ซงโปรแกรมนจะทำการเรยกใชคำสงของ GDB อกตอหนง

รปขางลางเปนตวอยางการนำชดเครองมอ Buildroot มาใชในการสรางและประกอบลนกซเคอรเนล ไลบรารและโปรแกรมประยกต เพอนำไปฝงเขาไปในบอรดสมองกลทมสถาปตยกรรม ARM ตอไปได

บอรด Target (ARM)

Pre-compiled ToolchainOpensshsource

BusyBoxsource

DirectFBsource

specific Librarysource

Kernelsource

gcc binutils

gdb Libc

Target File System

Openssh BusyBox

SpecificLibrary DirectFB

Application

Kernel Image

เครอง Host (x86)Toolchain

Opensshheaders & lib

DirectFBheaders & lib

Specific Library headers & lib

gcc

gdb

binutils

Libc

Host's utilities เชน pkg-config..

Buildroot

Input

Output

รปท 3.10 แสดงรายละเอยดโปรแกรมตางๆ และผลลพธจากการสรางระบบไฟลดวย Buildroot

119


http://th.wikipedia.org/w/index.php?title=DDD&action=edit&redlink=1

http://th.wikipedia.org/w/index.php?title=DDD&action=edit&redlink=1

ขนตอนการเตรยมระบบสำหรบพฒนาบน Embedded Linux

ในการเตรยมระบบนนจะมองคประกอบสำคญทตองเตรยมไวสำหรบตดตงลงไปในเครอง Host และบอรด Target ภายใต Embedded Linux ซงประกอบไปดวย

เครองคอมพวเตอร (Host)

Tools


Compiler

Debugger

IDE


ระบบไฟล

Kernel


Bootloader

ไลบราร ไลบราร

รปท 3.11 องคประกอบสำคญภายในเครอง Host และบอรด Target

1) การเตรยมและตดตงชดเครองมอ Cross-compiling toolchains เพอไวสำหรบตดตงไลบรารทเกยวของ สำหรบการคอมไพลโคดตางๆทจะถกใชบนบอรดสมองกลฝงตว

2) การเตรยมและตดตง Bootloader เขาไปในบอรดสมองกลฝงตวเพอใหถกเรยกใชงานในครงแรก ตงแตเรมจายไฟเลยงใหบอรด โดยตว bootloader จะโหลดคาพนฐานตางๆทตองเรมตนสถานะการทำงานใหกบฮารดแวรภายในบอรดแลวจงจะโหลดเคอรเนลเพอเรมเขาสระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว เปนลำดบตอไป

3) ลนกซเคอรเนลซงเปนเคอรเนลทถกตงคาและปรบแตงใหเหมาะสมและสามารถทำงานเขากนไดกบสถาปตยกรรมภายในบอรดสมองกลฝงตวโดยไดบรรจตวจดการโปรเซส ตวจดการหนวยความจำ ตวจดการการเชอมตอระบบเครอขาย device drivers และบรการตางๆสำหรบโปรแกรมประยกตทตองการเรยกใชงาน

4) Filesystem หรออาจใชคำวา Root file system ซงภายในไฟลนจะบรรจโปรแกรมระบบ โปรแกรมประยกตทสำคญตางๆและโปรแกรมทถกพฒนาขนมาเอง นอกจากนนกยงมไลบรารและคำสงสครปททเตรยมไวสำหรบการเรยกใชงานจากโปรแกรมประยกตภายในระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวบนบอรดสมองกล

120


การเตรยมสภาพแวดลอมใหกบเครอง HOST

ระบบปฏบตการลนกซเชนตว Ubuntu ทอยในเครอง Host ในเบองตนถงแมวา Ubuntu จะมการ

จดเตรยมสภาพแวดลอมสำหรบการใชงานแกผใชในแตละระดบอยบางแลวกตามท แตสำหรบงานพฒนา

บนระบบสมองกลฝงตวนนกยงตองมโปรแกรมและไลบรารสำหรบการพฒนาภาษาโปรแกรมใหทำงานได

บนสถาปตยกรรมอนๆ รวมทงอาจจะตองมเครองมอพเศษเพมเตมทตองตดตงเขาไป อยางเชน auto-conf automake libtool libncurses5-dev ncurses-dev bison flex patch curl cvs texinfo build-essential subversion python-dev

texi2html nfs-kernel-server tftp minicom gtkcom เปนตน การพฒนาอยบน

เครอง Host นนบางครงนกพฒนาอาจจะไมจำเปนจะตองใสสทธ super user (หรอ root) ในการตงคา

(Configuration) การคอมไพล (Make) แตในบางกรณกจำเปนตองใชสทธในฐานะ root เชน การสราง

device node สำหรบใชใน root file systems (คำสง mknode) การตดตงโปรแกรมหรอไลบรารเพม

เตมดวยชดคำสง APT การตงคาบรการระบบเครอขาย (/etc/init.d/nfs-kernel-server,

/etc/init.d/networking)หรอการตดตงไลบราร/เครองมอจากโปรเจคภายนอก (make in-

stall)

แตอยางไรกตามสทธ root นนกเรมมความจำเปนนอยลงเรอยๆ เนองจากเรมมชดโปรแกรมทชวย

อำนวยความสะดวกในการพฒนาระบบสมองกลฝงตวแบบกงสำเรจรปใหใชมากขน ตวอยางเชน Buil-

droot, CodeSourcery (Sourcery G++ Lite), Linaro, crossTool NG เปนตน

ตวอยางขางลางนแสดงขนตอนการตดตงชดโปรแกรมเครองมอและชดโปรแกรมสำเรจรปพนฐานเพมเตม

ใหกบ Ubuntu

$ sudo apt-get install autoconf automake libtool libncurses5-dev ncurses-dev bison flex patch curl cvs texinfo build-essential subver-sion python-dev g++ gcc texi2html nfs-kernel-server tftp minicom gtkterm

ตวอยางการตดตงเครองมอทจะชวยในการพฒนาระบบสมองกลฝงตวดวย Buildroot ดงรปขางลาง

$ wget http://buildroot.uclibc.org/downloads/buildroot-2013.05.tar.gz$ tar -xzvf buildroot-2013.05.tar.gz $ cd buildroot-2013.05/ $ make menuconfig

121


ตวอยางการตดตงเครองมอชอวา Sourcery G++ Lite ดงรปขางลาง$ wget http://www.codesourcery.com/sgpp/lite/arm/portal/package6490/public/arm-none-linux-gnueabi/arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin$ chmod 755 arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin$ ./arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin

ตวอยางการตดตงเครองมอชวยในการพฒนาระบบสมองกลฝงตวดวย Croostool-NG ดงรปขางลาง$ mkdir -p ctool-ng$ cd ctool-ng/

122


$ wget http://crosstool-ng.org/download/crosstool-ng/crosstool-ng-1.18.0.tar.bz2$ tar -xjvf crosstool-ng-1.18.0.tar.bz2 $ cd crosstool-ng-1.18.0/$ ./configure$ make$ sudo make install$ ct-ng list-samples$ ct-ng arm-unknown-linux-gnueabi$ ct-ng menuconfig

TOOLCHAIN OPTIONS ทสำคญในระหวางการใชชดโปรแกรม toolchain นนนกพฒนาอาจจะตองมการกำหนดคาสำคญคาหนงท

เรยกวา ABI (Application Binary Interface) ซงเปนมาตรฐานหนงทถกพฒนาโดยบรษท ARM รวมกบบรษทพนธมตร โดยท ABI นนจะเปนการระบวธการเชอมตอและเรยกใชในระดบลางระหวางโปรแกรมและระบบปฏบตการหรอระหวางโปรแกรมดวยกนเองตวอยางเชน รปแบบขอมลไฟล การผานคาอารกวเมนต/การสงคากลบระหวางฟงกชน การจดเรยงคาภายในโครงสรางแสตกขอมล การเรยกใชรจสเตอร เปนตน

ดงนนจำเปนอยางยงทจะตองระบชนด ABI ทจะใชภายในเคอรเนลและโปรแกรมททำงานอยภายใตระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวเดยวกน ซงในปจจบนสถาปตยกรรม ARM จะนยมใช ABI ทเรยกวา EABI (Embedded Application Binary Interface) เปนตวหลกในการเชอมตอและเรยกใชในระดบลาง

นอกจากนนนกพฒนาควรจะทำความเขาใจในการตงคา Floating Point เน องจากบางสถาปตยกรรมรองรบการคำนวณแบบ floating point ไดในระดบฮารดแวรแตบางสถาปตยกรรมอาจจะ

123


http://crosstool-ng.org/download/crosstool-ng/crosstool-ng-1.18.0.tar.bz2

http://crosstool-ng.org/download/crosstool-ng/crosstool-ng-1.18.0.tar.bz2

ไมไดรองรบ (ไมม Floating Point Unit - FPU) แตจะถกตงคาใหใชการจำลองการคำนวณ floating point ในระดบซอฟทแวรแทน เชน สถาปตยกรรม ARMv4 และ สถาปตยกรรม ARMv5 ซงถาถกตงคาใหรองรบการคำนวณแบบ floating point ตว toolchain เองจะทำการสราง hard float code เพอเรยกใชชดคำสง floating point ใหโดยตรงดวยพารามเตอร -mfloat-abi=hard ในกรณทไมม FPU กจะถกตงคาเปน -mfloat-abi=softfp แทนและสดทายเพอไมใหเกดปญหาในระดบลางกจะตองตงคาใหถกตองกบรนสถาปตยกรรมนนๆ โดยสามารถระบพารามเตอรตามสถาปตยกรรมและรน ARM Core เพมเตมโดยการตงคาดงน -march=armv7 -mcpu=cortex-a8

Bootloadersbootloader เปนสวนสำคญอกสวนหนงของระบบสมองกลฝงตวทมหนาทในการเตรยมการให

ระบบฮารดแวรพนฐาน (Hardware Initialization) เชน หนวยประมวลผลกลาง (CPU) หนวยความจำ (DRAM) และ MMC Controller ใหพรอมทจะทำงานได ในขนตอนตอมากจะทำการโหลด Kernel image (bzImage, zImage) ทถกบบอดและเกบอยในอปกรณจดเกบขอมล (เชน MMC/SD card, NAND Flash, USB Storage หรอผานระบบเครอขายดวยโปรโตคอล tftp NFS เปนตน) หลงจากนนกจะทำการแตกโปรแกรมไบนารทถกบรรจอยภายใน Kernel image ทถกบบอดนนอย เพอนำไปโหลดขนสหนวยความจำภายใน (RAM) เพอตดตอกบอปกรณอนๆ เชน พอรต Ethernet หรอ พอรต USB เปนตน ในระหวางการทำงานของ Bootloader นนสามารถทจะเขาสหนาตางคอนโซล (console) เพอเรยกใชชดคำสงทเตรยมไวให เชนการดาวนโหลดขอมลผานระบบเครอขายหรอจากอปกรณจดเกบขอมลทางดานตรวจสอบสถานะของหนวยความจำ ตรวจสอบสถานะการทำงานของฮารดแวรภายใน เปนตน

เพอใหนกพฒนาไดเหนภาพมากขนจงขอสรปขนตอนการทำงานของ bootloader ตงแตเรมบทเขาระบบของบอรดสมองกลฝงตวไดดงน (ดงแสดงในรปท 3.12 และ 3.13)

1.หนวยประมวลผลกลางจะเรมอานทตำแหนงของหนวยความจำ ROM ทไดถกกำหนดไว และดำเนนการทำตามชดคำสงภายในโคดทถกเกบอยภายใน

2.เรมตนเตรยมระบบฮารดแวรพนฐานสำคญ เชน หนวยประมวลผลกลาง สวนควบคมหนวยความจำ (SDRAM Controller) สวนควบคมตวบนทกขอมล (MMC Controller) สวนควบคมอนพท/เอาทพท (I/O Controllers) และ สวนควบคมการแสดงผล (Graphics Controllers) เปนตน

3.เรมตนเตรยมระบบหนวยความจำ SDRAM โดยการจดสรรพนทภายในหนวยความจำใหกบฟงกชนทจะใชควบคมฮารดแวรของแตละสวน และจดสรรพนทใหกบตวเคอรเนลทถกเกบอยภายในอปกรณบนทกขอมล

124


4.เมอเคอรเนลไดถกโหลดขนหนวยความจำ SDRAM แลว จะทำการตดตอและตรวจสอบสถานะการทำงานของฮารดแวรสวนทเหลอทงหมดเพอเตรยมทำการโหลดระบบปฏบตการในสวนทเหลอทเรยกวา root file system ซงบรรจสครปท ไลบราร และโปรแกรมตางๆเอาไว

5.เมอ root file system ถกโหลดไดสำเรจ ระบบปฏบตการกจะเรยกโปรแกรมระบบพนฐานทงหมดทเกยวกบการจดการระบบไฟล (file system) โปรแกรมจดการโปรเซส (process) โปรแกรมจดการลำดบการทำงานของโปรเซส (process scheduling) และเตรยมระบบสำหรบผใชเพอสามารถใชโปรแกรมประยกตภายในระบบปฏบตการสมองกลฝงตว

หนวยความจา Flash SDRAM

หนวยประมวลผลกลางROM

อปกรณรอบขาง

1st Boot: (ROM boot)- อานการตงคาระบบพนฐานตางๆ เชน ความเรวหนวยประมวลผลกลาง, ตาแหนงหนวยความ-จาตางๆ เปนตน- อานขอมลจากหนวยความจา Flash ไปยง SDRAM- เรยกขอมลจาก SDRAM

2nd Boot: (Boot loader)- ทาการตงคาการทางานระบบพนฐานตางๆ เชน ความเรวหนวยประมวลผลกลาง, ความเรวบส, ขนาดบส เปนตน - คนหาเพอตงคา และทดสอบการทางานของอปกรณรอบขาง- รนสครปทการบต (boot script) และรนคอนโซล

รปท 3.12 ขนตอนการบทระบบ

ขนตอนการทำงานเรมตนของลนกซคอรเนล (Kernel Initialisation)

Bootloader

เรมตนการทางานในระดบลาง (ฮารดแวร) แลว

ทาการโหลด Kernel ขนหนวยความจา

เรมการทางานของ Kernel

init process

เรมตนการทางานของโปร เซสระบบ และโปรเซสในระดบ user-space

รปท 3.13 ขนตอนการเรมตนของ Linux Kernel

ตวอยางขนตอนการทำงานจรงของ bootloader บนบอรดสมองกลฝงตวทใช OMAP3 SoC ของบรษท TI ดงแสดงในรปขางลาง

125


ROM Codeถกเกบอยใน ROM (ภายใน CPU)

X-Loaderถกเกบอยใน NAND หรอ MMC และถกโหลด

เขาเพอรนจาก SDRAM

U-Bootถกเกบอยใน NAND หรอ MMC และถกโหลด

เขาเพอรนจาก SDRAM

Linux Kernelถกเกบอยใน NAND, MMC หรอ ระบบเครอขาย และถกโหลดเขาเพอรนจาก SDRAM

ROM Code:เกบการตงคาระบบพนฐานทสำคญ และคนหา bootstrap image จากตวเกบขอมลตางๆ เพอโหลดเขาไปในหนวยความจำ SDRAM โดยขนาดโคดจะไมเกน 64 KB

X-Loader: ไฟลชอ MLOอานการตงคาจากหนวยความจำ SDRAM แลวทำการโหลด bootloader เขามาใน SDRAM เพอทำการตงคาระบบพนฐานตางๆ

U-boot: ไฟลชอ u-boot.binทำการตงคาอปกรณตางๆ เชน USB, Ethernet เปนตน หลงจากนนจะโหลด Kernel image จากตวอปกรณเกบขอมลหรอจากตวเกบขอมลผานระบบเครอขาย ขนหนวยความจำ SDRAM แลวเขาส shell ของ bootloader

Linux Kernel: ไฟลชอ zImageถกรนจากหนวยความจำ เพอเขาสระบบปฏบตการลนกซ ซงไมจำเปนตองใช bootloader อกตอไป

รปท 3.14 แสดงขนตอนการทำงานของ bootloader บน OMAP3 SoC

รายละเอยดภายใน KERNEL IMAGE ทใชในบอรดสมองกลฝงตวไฟลสำคญตางๆทถกสรางหลงจากการคอมไพลลนกซเคอรเนลไดแก Kernel image (เชน

bzImage, zImage) และ root file system (RFS) ซงไฟล Kernel image จะถกนำมาบรรจลงอยในบอรดสมองกลเพอทำหนาทตามขนตอนทไดอธบายไปกอนหนาน แตกอนทจะกลายมาเปนไฟล Kernel image ไดนนจะถกประกอบมาจากไฟลไบนารตางๆ ทถกเกบอยในไดเรกทอร <linux version>/arch/arm/boot/compressed/ ดงตวอยางผลจากการคอมไพลดวยเครองมอ buildroot สำหรบสถาปตยกรรม ARM ทใช SoC รน Versatile

$ ls ~/buildroot/output/build/linux-3.9.4/arch/arm/boot/compressedashldi3.o head-shark.S misc.c piggy.xzkern.Sashldi3.S head-sharpsl.S misc.o sdhi-sh7372.catags_to_fdt.c head-shmobile.S mmcif-sh7372.c sdhi-shmobile.cbig-endian.S head-xscale.S ofw-shark.c sdhi-shmobile.hdecompress.c lib1funcs.o piggy.gzip string.cdecompress.o lib1funcs.S piggy.gzip.o string.ohead.o libfdt_env.h piggy.gzip.S vmlinuxhead.S ll_char_wr.S piggy.lzma.S vmlinux.ldshead-sa1100.S Makefile piggy.lzo.S vmlinux.lds.in

126


จากรปขางลางแสดงรายละเอยดของการประกอบไฟลไบนารทมหนาทแตกตางกนไป โดยนำคำสงของชดเครองมอ Binutils มาใชประกอบในแตละขนตอนจนไดมาเปนไฟล Kernel image ทถกบบอดในชอวา zImage ในทสด

vmlinux Imagepiggy.gz

piggy.gzip.S

piggy.gzip.o

head.o

misc.o

head-cpu.o

decompress.o

libfuncs.o

vmlinuxzImage

objcopy gzip as ld objcopy

Raw kernel executable

(ELF object)

Stripped kernel binary

(binary object)Compressed kernel binary

asm wrapper + bootstrap code

compositekernel image(ELF object)

kernel imagefor bootloader(binary object)

รปท 3.15 ขนตอนการสรางไฟล Kernel Image

Linux File Systems

VIRTUAL FILESYSTEMS

ระบบไฟลเสมอนหรอเรยกอกชอวา Virtual Filesystem Switch (VFS) ไดเตรยมชดการเชอมตอหรอฟงกชนสำหรบการเขาถงทรพยากรระบบ (System Call Interface) ระหวางโปรแกรมในสวนผใช (user-space) และระบบไฟลทแตกตางกนของอปกรณเกบขอมล เพอไมตองใหนกพฒนาตองพยายามทำความเขาใจในรายละเอยดทางดานเทคนคเชงลกภายในระบบไฟลของอปกรณเกบขอมลชนดนนๆ (ระบบไฟล Ext3 ในฮารดสก หรอ ระบบไฟล ISO 9660 ในซดรอม เปนตน) ซงสถาปตยกรรมของระบบไฟลภายในระบบปฏบตการลนกซนนถอไดวาเปนตวอยางทนาสนใจอยางยงทสามารถจดการความซบซอนในการเขาถงระบบไฟลทมหลายหลากในปจจบนใหกลายเปนเรองงายในการเรยกใชงาน (abstrac-tion layer) ซงจะจดเตรยม uniform interface สำหรบระบบไฟลของอปกรณเกบขอมลชนดตางๆ เชน ext3 NTFS (ฮารดดสก) CDFS (ซดรอม) NFS/CIFS (Network Interface Card) และ USBFS (USB Storage) เปนตน ดงแสดงในรปขางลาง

127


ผใช

Block layer / Device drivers

Abstraction layer

ext3 NTFS CDFS NFS/CIFS USBFS

รปท 3.16 แสดงโครงสรางของชน Virtual Filesystem

ฟงกชนพนฐาน (system call functions) ทระบบปฏบตการลนกซไดเตรยมไวใหตวอยางเชน ฟงกชน read() ทสามารถอานขอมลออกมาเปนไบตจากไฟลทถกเกบอยในอปกรณเกบขอมลโดยไมตองสนใจวาอปกรณเกบขอมลนนใชระบบไฟลชนดใด แตจะเปนหนาทของลนกซคอรเนลซงอยในโปรแกรมระดบ kernel-space เองทจะเขาถงระบบไฟลวาจะตองใชเทคนคในการอาน/เขยนอยางไร ตามรปแบบมาตราฐานโปรโตคอลของเทคโนโลยนนๆ ดงแสดงในรปขางลาง

Linux Kernel

Virtual File System (VFS)

Filesystem drivers

Block device drivers

โปรแกรม GNU C Library

User-space

Kernel-space

read()

syscall(SYS_read)

รปท 3.17 ตวอยางการเรยกใชฟงกชน (system call) ของ Virtual Filesystem

พารทชน (partition) คอสวนของพนท ทอาจจะถกแบงเปนตวบนทกขอมลเสมอน (logical disk) อยบนพนทของอปกรณจดเกบขอมล (physical disk) เชน ฮารดดสหรออปกรณชนด flash memory ซงพนทของพารทชนจะเปนสวนเกบขอมลของระบบไฟลทเรยกกนวา file system ดงแสดงในรปขางลาง

128


PartitionFile System Metadata

File System Data

Flash MemoryโครงสรางPartition

รปท 3.18 โครงสรางภายในพารทชนของหนวยความจำแฟลช

หากตองการทราบรายละเอยดตางๆภายในเครองวามการแบงพนทเปนกพารทช นและเปนชนดใด สามารถใช คำสง fdisk ซงคำสงนสามารถตรวจสอบชนดของพารทชนทมอยในปจจบนไดไมนอยกวา 90 ชนด ดงตวอยางการใชงานขางลาง

$ sudo fdisk -lDisk /dev/sda: 107.4 GB, 107374182400 bytes255 heads, 63 sectors/track, 13054 cylindersUnits = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytesSector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytesI/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytesDisk identifier: 0x00000c74

Device Boot Start End Blocks Id System/dev/sda1 * 1 13055 104855552 83 Linux

Disk /dev/sdb: 17.2 GB, 17179869184 bytes255 heads, 63 sectors/track, 2088 cylindersUnits = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytesSector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytesI/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytesDisk identifier: 0x0001e836

Device Boot Start End Blocks Id System/dev/sdb1 1 2089 16775168 82 Linux swap / Solaris

จากผลลพธขางตน คาจำนวน heads ท 255 บงถงจำนวนของจาน platters หรอ disks ซงจะถกตงชอของแตละ disk เปน D1, D2, ... D255 โดยแตละแผนจะม track ในลกษณะวงกลมและจะเรมนบจากวงนอกเขาสวงในสดซงมจำนวนทงสน 13,054 tracks/disk โดยจะตงชอแตละ track วาเปน T1, T2, ...T13054

ซงแตละ track ของแตละชนของ disk จะถกแบงออกเปนสวนๆเรยกวา cylinder ใหอยในตำแหนงเดยวกน ยกตวอยางเชน tracks ท T2 ของแผน ตงแต D1, D2, ถง D255 จะรวมกนเปน

129


cylinder C2 จากผลลพพธคำสง fdisk ขางตน แตละ track จะม logical sectors เหมอนกนคอมคาเทากบ 63 sectors ซงจะถกตงชอเปน S1, S2, ... S63 ตามลำดบโดยแตละ sector จะมขนาดความจเทากบ 512 bytes

รปท 3.19 รายละเอยดของการเกบขอมลภายในจานแมเหลก

ดงนนเมอคำนวณพนทของฮารดดสทสามารถใชไดดวยสตรขางลางน จะมพนทเทากบ

ขนาดพนทฮารดดสทสามารถใชงานได (Byte) = (จำนวน heads หรอ disks) * (จำนวน tracks ตอ disk) * (จำนวน sectors ตอ track) * (จำนวน bytes ตอ sector หรอ sector size)

ตวอยางการคำนวณจากคาทไดจากคำสง fdisk ขางตน ดงน ขนาดพนทฮารดดสทสามารถใชงานได = 255 * 13054 * 63 * 512 = 107,372,805,120 bytes

หมายเหต:

คาทคำนวณจากสตรขางตนจะแตกตางเลกนอยจากขนาดพนทความจของฮารดดสกจรง (107,374,182,400 bytes) เนองจากสตรไมไดสนใจจำนวนไบตในสวนทายสดของ cylinder หรอความไมสมบรณของสวน cylinder

ตวอยางโปรแกรม partition_info.c ทใชในการอานรายละเอยดของพารทชน

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>

130


#define SECTOR_SIZE 512#define MBR_SIZE SECTOR_SIZE#define MBR_DISK_SIGNATURE_OFFSET 440#define MBR_DISK_SIGNATURE_SIZE 4#define PARTITION_TABLE_OFFSET 446#define PARTITION_ENTRY_SIZE 16 // sizeof(PartEntry)#define PARTITION_TABLE_SIZE 64 // sizeof(PartTable)#define MBR_SIGNATURE_OFFSET 510#define MBR_SIGNATURE_SIZE 2#define MBR_SIGNATURE 0xAA55#define BR_SIZE SECTOR_SIZE#define BR_SIGNATURE_OFFSET 510#define BR_SIGNATURE_SIZE 2#define BR_SIGNATURE 0xAA55 typedef struct { unsigned char boot_type; // 0x00 - Inactive; 0x80 - Active (Bootable) unsigned char start_head; unsigned char start_sec:6; unsigned char start_cyl_hi:2; unsigned char start_cyl; unsigned char part_type; unsigned char end_head; unsigned char end_sec:6; unsigned char end_cyl_hi:2; unsigned char end_cyl; unsigned long abs_start_sec; unsigned long sec_in_part;} PartEntry; typedef struct { unsigned char boot_code[MBR_DISK_SIGNATURE_OFFSET]; unsigned long disk_signature; unsigned short pad; unsigned char pt[PARTITION_TABLE_SIZE]; unsigned short signature;} MBR; void print_computed(unsigned long sector) { unsigned long heads, cyls, tracks, sectors; sectors = sector % 63 + 1 /* As indexed from 1 */; tracks = sector / 63; cyls = tracks / 255 + 1 /* As indexed from 1 */; heads = tracks % 255; printf("(%3d/%5d/%1d)", heads, cyls, sectors);} int main(int argc, char *argv[]) { char *dev_file = "/dev/sda"; int fd, i, rd_val; MBR m;

131


PartEntry *p = (PartEntry *)(m.pt); if (argc == 2) { dev_file = argv[1]; } if ((fd = open(dev_file, O_RDONLY)) == -1) { fprintf(stderr, "Failed opening %s: ", dev_file); perror(""); return 1; } if ((rd_val = read(fd, &m, sizeof(m))) != sizeof(m)) { fprintf(stderr, "Failed reading %s: ", dev_file); perror(""); close(fd); return 2; } close(fd); printf("\nDOS type Partition Table of %s:\n", dev_file); printf(" B Start (H/C/S) End (H/C/S) Type StartSec TotSec\n"); for (i = 0; i < 4; i++) { printf("%d:%d (%3d/%4d/%2d) (%3d/%4d/%2d) %02X %10d %9d\n", i + 1, !!(p[i].boot_type & 0x80), p[i].start_head, 1 + ((p[i].start_cyl_hi << 8) | p[i].start_cyl), p[i].start_sec, p[i].end_head, 1 + ((p[i].end_cyl_hi << 8) | p[i].end_cyl), p[i].end_sec, p[i].part_type, p[i].abs_start_sec, p[i].sec_in_part); } printf("\nRe-computed Partition Table of %s:\n", dev_file); printf(" B Start (H/C/S) End (H/C/S) Type StartSec TotSec\n"); for (i = 0; i < 4; i++) { printf("%d:%d ", i + 1, !!(p[i].boot_type & 0x80)); print_computed(p[i].abs_start_sec); printf(" "); print_computed(p[i].abs_start_sec + p[i].sec_in_part - 1); printf(" %02X %10d %9d\n", p[i].part_type, p[i].abs_start_sec, p[i].sec_in_part); } printf("\n"); return 0;}

นอกจากนนคำสง fdisk ทใชดรายละเอยดของพารทชนแลว ยงสามารถใชคำสงอนๆเชน คำสง parted ทสามารถแบงหรอปรบขนาดของพารทชนและสามารถตรวจสอบระบบไฟลนนวาเปนชนดใด ดงตวอยางการใชงานขางลาง

$ parted -lModel: VMware, VMware Virtual S (scsi)

132


Disk /dev/sda: 107GBSector size (logical/physical): 512B/512BPartition Table: msdos

Number Start End Size Type File system Flags 1 1049kB 107GB 107GB primary ext4 bootModel: VMware, VMware Virtual S (scsi)Disk /dev/sdb: 17.2GBSector size (logical/physical): 512B/512BPartition Table: msdos

Number Start End Size Type File system Flags 1 1049kB 17.2GB 17.2GB primary linux-swap(v1)

$ cat /etc/fstab # /etc/fstab: static file system information.## Use 'blkid -o value -s UUID' to print the universally unique identifier# for a device; this may be used with UUID= as a more robust way to name# devices that works even if disks are added and removed. See fstab(5).## <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>proc /proc proc nodev,noexec,nosuid 0 0/dev/sda1 / ext4 errors=remount-ro 0 1/dev/sdb1 none swap sw 0 0/dev/fd0 /media/floppy0 auto rw,user,noauto,exec,utf8 0 0

สำหรบระบบสมองกลฝงตวนนไมเพยงแตเคอรเนลจะเปนสวนสำคญสวนหนงของระบบปฏบตการ

ลนกซแลว ยงมอกสวนหนงทเปนสวนสำคญไมนอยกวากนคอ Root file system (RFS) ซงบรรจชดโปรแกรมพนฐานไลบรารและโปรแกรมประยกตตางๆทจะทำใหบอรดสมองกลฝงตวสามารถทำงานไดอยางมระบบและตามเงอนไขการทำงานทไดถกกำหนดไว โดย RFS นนจะถกบนทกเกบไวในอปกรณจดเกบขอมล ซงเมอบอรดสมองกลถกจายไฟและเรมบทตวเองขนตว bootloader ทอยภายใน ROM กจะเรมทำงานและโหลดไฟล Kernel image ขนสหนวยความจำ (RAM) หลงจากนน Kernel จะทำการโหลด RFS ทถกเกบอยบนพารทชนของตวอปกรณบนทกขอมลหรอภายในพารทชนทอยบนเครองคอมพวเตอรภายในระบบเครอขาย เพอเรมขนตอนเขาสระบบปฏบตการลนกซอยางเตมรปแบบ ซงตวอปกรณบนทกขอมลจะมรปแบบระบบไฟลอยหลกๆ 2 แบบคอ แบบ Block และ แบบ Flash

แบบ Block จะสามารถอานและเขยนเพมเตมลงไปไดโดยไมจำเปนตองทำการลบกอนทจะทำการเขยนซำ ตวอยางของอปกรณทเปนแบบ Block ไดแก ฮารดดส แผนดสกแบบออน (floppy disk) และ ดสกหนวยความจำ (RAM disk) เปนตน แตอยางไรกตามกยงมอปกรณบนทกขอมลแบบ Flash ทใชวธการบนทกขอมลแบบ Block ตวอยางเชน Compact Flash, Smart Media, Memory Stick, Multimedia Card , Flash Drive, MMC/SD card แตสำหรบอปกรณบนทกขอมลแบบ Flash เชน NOR flash หรอ NAND flash จะตองทำการลบขอมลเดมกอนทจะเขยนขอมลตวใหมเพมเขาไป โดยตว NOR flash นนจะทนตอการลบและเขยนขอมลไดประมาณ 10,000 ครง ซงความเรวในการอานขอมล

133


จะเรว แตความเรวในการเขยนและลบขอมลจะคอนขางชา ดงนนจงเหมาะทจะนำมาใชแทนหนวยความจำ ROM ทไมตองเขยนหรอลบขอมลบอยๆ เชน BIOS (Basic Input/Output System) ของเครองคอมพวเตอร, เกบเฟรมแวร (firmware) บนบอรดไมโครคอลโทรเลอร และเกบ bootloader ภายในระบบสมองกลฝงตว เปนตน

สำหรบอปกรณ NAND flash นนไดถกสรางโดยบรษทโตชบา ในป ค.ศ. 1989 ซงสามารถลบและเขยนขอมลไดรวดเรวกวา ชพมขนาดเลกกวา ความจสงกวาและมราคาตำกวาตว NOR flash นอกจากนนกยงมความทนทานกวาถงสบเทา แตกยงทำงานไดชากวาในกรณการเขาถงขอมลแตละไบตในรปแบบไมเรยงตามลำดบ (random access) และอาจมโอกาสเกดความผดพลาดในระดบบตสงกวาอปกรณ NOR Flash อกดวย

การปองกนขอมลภายในระบบไฟลระบบไฟลแตละชนดจะมวธการปองกนการสญหายของขอมลทแตกตางกน ซงระบบไฟลสมยกอน

(Traditional BLock Filesystems) ในกรณทเกดการผดพลาดของระบบหรอมการปดตวระบบแบบกระทนหน ระบบจะไมสามารถเกบสถานะการทำงาน (State) ขณะกอนปดระบบได จำเปนจะตองมการตรวจสอบและซอมแซมทงหมดอกครงเมอเปดเครองเพอเขาสระบบใหม ตวอยางเชน ext2 (Linux filesystem), vfat (Windows filesystem) ตางๆ จะตองมคำสงทสามารถทำการซอมแซมในกรณทระบบไฟลเกดความผดพลาดไดแกคำสง fsck.ext2 หรอ fsck.vat เปนตน

แตในปจจบนระบบไฟลกไดมการพฒนาท ฉลาดข น โดยมพ นฐานของระบบไฟลเปนชนด Journaled Filesystems ซงไดถกออกแบบมาใหสามารถเกบสถานะการทำงานทอยในตำแหนงทถกตองกอนทจะเกดเหตการณผดพลาดหรอมการปดตวระบบแบบกระทนหน โดยใชวธการบนทกสถานะทงหมดลงใน Journal ดงแสดงขนตอนในรปขางลาง

บนทกขอมล entry ลงใน journal

เขยนขอมลลงไฟล

ลางขอมล entry ภายใน journal

โปรแกรมUser-space

Kernel-space

รปท 3.20 ขนตอนการบนทกขอมลลง journal

134


เมอระบบกลบมาทำงานอกครงระบบไฟลแบบ Journal นจะทำการตรวจสอบ journal ทอยในไฟลกอนทระ บบปดทำงานกอนหนานวามหรอไม ถามกจะทำการกระบบไฟลทเสยหายเหลานนกลบคนมาดวยขนตอนดง แสดงในรปขางลาง

รสตารทเครอง

Journalวางหรอไม?

ละทงสวน journal entries

ทไมสมบรณ

เรยกใช journal

Filesystem OK

No

Yes

รปท 3.21 ขนตอนการอานขอมลจาก journal ในขณะบทเครอง

ซงระบบปฏบตการลนกซในปจจบนไดเปลยนมาใชระบบไฟลแบบ ext3 และ ext4 ซงเปนแบบ journal ทงหมดแลว ซงพฒนาตอยอดมากจาก ext2 โดยเพมความสามารถของระบบไฟลแบบ journal และปรบปรงใหรองรบขนาดความจขอมลทสงขนของอปกรณจดเกบขอมล เมอผใชตองการตรวจสอบและซอมแซมระบบไฟลดวยตวเองกสามารถใชคำสง e2fsck ดงตวอยางขางลาง$ sudo e2fsck /dev/sda1e2fsck 1.41.11 (14-Mar-2010)/dev/sda1 is mounted.

WARNING!!! The filesystem is mounted. If you continue you ***WILL*** cause ***SEVERE*** filesystem damage.

Do you really want to continue (y/n)?

หลงจากเปดตวระบบไฟล ext3 และ ext4 ของระบบปฏบตการลนกซตงแตป ค.ศ. 2008 นาย Theodore Ts'o ซงเปนนกพฒนาหลกของระบบไฟล ext2 ext3 และ ext4 ไดใหความเหนวาในอนาคตอนใกลนอาจจะมระบบไฟลตวใหมเขามาทดแทนชอวา Btrfs (B-tree filesystem) ทถกพฒนาโดยบรษท Oracle เนองจากทง ext3 และ ext4 เกดขนจากพนฐานเทคโนโลยเกาซงอาจจะไมเหมาะกบการเปลยนแปลงของเทคโนโลยการจดเกบขอมลในอนาคตทตองการความเสถยรภาพ (reliability) ความสามารถในการขยายตว (scalability) และงายตอการดแลจดการ

135


ตวอยางการสรางระบบไฟลชนด ext2, ext3, ext4 โดยการใชคำสง mkfs.ext<หมายเลข> เพอสราง empty filesystem

$ mkfs.ext2 /dev/hda3$ mkfs.ext3 /dev/sda2$ mkfs.ext4 /dev/sda3

ในกรณทตองการสรางระบบไฟลสำหรบไฟล image เดมทมอยแลว

$ mkfs.ext2 disk.img

ในกรณทตองการกำหนดขนาดระบบไฟลในรปแบบไฟล image สามารถทำตามคำสงขางลางน

# dd if=/dev/zero of=rootfs.image bs=1MB count=10241024+0 records in1024+0 records out1024000000 bytes (1.0 GB) copied, 15.3415 s, 66.7 MB/s

# mkfs.ext3 rootfs.imagemke2fs 1.41.11 (14-Mar-2010)rootfs.image is not a block special device.Proceed anyway? (y,n) yFilesystem label=OS type: LinuxBlock size=4096 (log=2)Fragment size=4096 (log=2)Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks62592 inodes, 250000 blocks12500 blocks (5.00%) reserved for the super userFirst data block=0Maximum filesystem blocks=2600468488 block groups32768 blocks per group, 32768 fragments per group7824 inodes per groupSuperblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376

Writing inode tables: done Creating journal (4096 blocks): doneWriting superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 25 mounts or180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.

# mkdir /mnt/rootfs# mount rootfs.image /mnt/rootfs/ -o loop# rsync -a ~/busybox/_install/ /mnt/rootfs/# chown -R root:root /mnt/rootfs/# sync# umount /mnt/rootfs

136


ขอมลทเพมเขาไปใน /mnt/rootfs/ กจะถกเกบอยใน rootfs.image เชนเดยวกน

สำหรบนกพฒนาทอยากจะสรางไดเรกทอรตางๆเพอประกอบเปน rootfs ขนมาเอง นอกจากจะตองมความเขาใจในโครงสรางไดเรกทอรของ rootfs เปนอยางดแลวจะตองเขาใจการสรางไฟลชนด device พนฐานสำคญได ดงตวอยางการสราง rootfs ขางลางน

$ mkdir ~/rootfs$ cd ~/rootfs

$ mkdir bin dev etc lib proc sbin tmp usr var$ chmod 1777 tmp$ mkdir usr/{bin,lib,sbin}$ mkdir var/{lib,lock,log,run,tmp}$ chmod 1777 var/tmp# cd dev/# mknod -m 600 mem c 1 1 // Physical memory access# mknod -m 666 null c 1 3 // Null device# mknod -m 666 zero c 1 5 // Null byte source# mknod -m 644 random c 1 8 // Nondeterministic rnd nbr # mknod -m 600 tty0 c 4 0 // Current virtual console# mknod -m 600 tty1 c 4 1 // First virtual console# mknod -m 600 ttyS0 c 4 64 // First UART serial port# mknod -m 666 tty c 5 0 // Current TTY device# mknod -m 600 console c 5 1 // System console

$ ln -s /proc/self/fd fd$ ln -s /proc/self/fd/0 stdin$ ln -s /proc/self/fd/1 stdout$ ln -s /proc/self/fd/2 stderr

Embedded Linux File System

เทคโนโลยจำนวนไมนอยทมการพฒนาระบบ file system เพอรองรบระบบปฏบตการลนกซโดยเฉพาะอยางยงทมการใชระบบไฟลแบบ Flash ซงเหมาะกบการนำไปใชในเทคโนโลยระบบสมองกลฝงตว จากรปขางลางแสดงถงการใชอปกรณจดเกบขอมลชนด NOR Flash ในขณะทในสวนของ device driver จะถกดแลจดการผานตว MTD Drivers

137


Root File System

JFFS2 CRAMFS RAMFS

MTDDrivers

NOR Flash RAM

User-space

Kernel-space

Hardware

รปท 3.22 การจดการอปกรณจดเกบขอมลผาน MTD driver

นกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวตงแตระดบพนฐานจะเจอกบไฟลทชอวา initrd (initial RAM disk) ซงเปนระบบไฟลทถกบบอด (compressed filesystem) โดยในชวงเรมตนของตวระบบไฟล initrd นไดถกพฒนาขนดวยวตถประสงคเพอเปนตวการในการนำระบบปฏบตการลนกซแบบยอใหสามารถถกนำไปบรรจลงในแผนดสกแบบออน (floppy disk) ไดและยงสามารถทำการบทและตดตงระบบปฏบตการลนกซตวเตมลงในฮารดดสกไดอกดวย ซงหลงจากลนกซเคอรเนลรน 2.6 ไดถกปลอยออกมา ตวระบบไฟล initrd กไดถกเรยกในชอใหมวา “initramfs” (Initial RAM FileSystem)

ซงในปจจบนจะพบเหนในลกษณะแผน Live CD (เชน Knoppix เปนตน) จนถงการทำ Live USB กนมากขน ซง Live CD หรอ Live USB นนโดยมระบบปฏบตการลนกซแบบยอทสามารถถกโหลดขนมาอยบนหนวยความจำของเครองคอมพวเตอร (DDRAM) ไดทนท โดยไมจำเปนตองมฮารดดสกอยภายในเครองแตอยางใดดงตวอยางในรปขางลาง แตอยางไรกตามผใชกยงสามารถตดตงระบบปฏบตการลนกซลงในฮารดดสกผานเมนในระหวางบทเขาสระบบไดเชนกน

138


รปท 3.23 แสดงหนาตางการบทเขาสระบบปฏบตการลนกซ

การใช Live CD นนยงมขอจำกดหลายอยางกลาวคอขนาดไฟลของ initramfs จะตองมขนาดไมเกนความจของแผน CD-ROM ทวไปซงมขนาด 700 MB เทานน แตถาตองการระบบปฏบตการทมขนาดใหญขน Live USB จงกลายเปนทางเลอกทนาสนใจทสดไมวาจะเปนระบบปฏบตการลนกซหรอระบบปฏบตการวนโดส เปนตน

ระบบไฟลในระบบสมองกลฝงตวตวอยางระบบไฟลทนยมใชในระบบสมองกลฝงตวไดแก

ระบบไฟลชนด cramfs

cramfs เปนระบบไฟลถกบบอดเอาไว และอานไดอยางเดยว ซงถกพฒนาขนโดย Linus Torvalds และตอมากไดถกบรรจอยในลนกซคอรเนลเปนทเรยบรอยแลว ระบบไฟลนจะถกบบอดขอมลในลกษณะแยกเปน เพจ (page) และสามารถเขาถงขอมลไดในลกษณะไมเรยงตามลำดบ (random access) ขอดของการทำใหพารทชนเปนแบบอานไดอยางเดยวของ cramfs นนคอการสรางความนาเชอถอของระบบเพราะจะไมมเหตการณไฟลระบบเสยหายหรอสญหายอยางแนนอน

139


ระบบไฟลชนด ramfs

ramfs ไดถกพฒนาขนโดย Linus Torvalds เชนเดยวกน ซงจะทำการโหลดไฟลทงหมดขนไวในหนวยความจำเครอง (RAM) แตจะเปนระบบไฟลทถกใชอยบนอปกรณชนด flash เปนหลก จงทำใหสามารถเกบขอมลทมการเปลยนแปลงหรอเพมเตมไดแตจะไมเหมอนกบระบบไฟลชนด initrd หรอ initramfs ทถกกำหนดขนาดตายตวและไมสามารถเปลยนแปลงไดระบบไฟลชนด jffs2

jffs2 เปนระบบไฟลยอดนยมตวหนงซงสามารถเขยน/อาน และถกบบอดในรปแบบ journalling flash filesystem โดยตว jffs2 นไดถกนำไปใชในอปกรณชนด Flash memory มากกวาจะเปนชนด RAM เพราะสามารถเกบขอมลทเปลยนแปลงไดเชนเดยวกบระบบไฟลชนด ramfs แตจะมขอดทสำคญอกอยางคอระบบไฟล jffs2 นนสามารถตรวจสอบและกคนขอมลในขณะเกดความผดพลาดภายในระบบไฟลไดเหมอน ext2/ext3

ตาราง 3.3 แสดงรายละเอยดคณสมบตของแตละระบบไฟล

FILE SYSTEM WRITE PERSISTENT POWER DOWN RE-LIABILITY

COMPRES-SION

LIVES IN RAM

CRAMFS No No N/A Yes No

JFFS2 Yes Yes Yes Yes No

RAMFS Yes Yes Yes No Yes

YAFFS2 Yes Yes Yes No No

Ext2 over NFTL Yes Yes No No No

Ext3 over NFTS Yes Yes Yes No No

Ext2 over RAM disk Yes No No No Yes

MEMORY TECHNOLOGY DEVICES (MTD)MTD เปนชฟหนวยความจำแบบ flash ทมพนฐานจาก NAND/NOR flash ทถกนำไปใชในการเกบ

ขอมลทไมคอยถกเปลยนแปลงบอย (non-volatile data) ตวอยางเชนไฟล boot image และเกบคา config ตางๆภายใน bootloader

ถงแมวาอปกรณ MTD เปนชนด flash แตระบบไฟลจะไมเหมอนกบอปกรณชนด flash เชน USB sticks, MMC/SD cards เพราะอปกรณ MTD จะเปนตวเกบขอมลทสามารถถกแบงเปนพารทชนไดเหมอนฮารดดสก แตกมการทำงานทแตกตางจากฮารดดสกและหนวยความจำ (RAM) ในหลายๆดานซงจดทแตกตางชดเจนทสดคอเซกเตอรของฮารดดสจะสามารถถกเขยนขอมลไดทนท แตในขณะทเซกเตอรของอปกรณ MTD นนจะตองถกลบกอนทจะถกเขยนลงไป (ทนยมเรยกกนวา erase-block)

140


นอกจากนนจำนวนการเขยนของอปกรณ MTD กจำกดจำนวนครงเพยง 1,000 ถง 10,000 ครงเทานน แตในปจจบนอปกรณ MTD กยงถกนำมาใชหลกๆสำหรบบอรดสมองกลฝงตวเพอเกบ bootloaders และ Kernel image

ตวอยางการอานรายละเอยดของพารทชนของอปกรณ MTD โดยอานผานไฟล /proc/mtd

$ cat /proc/mtd dev: size erasesize name mtd0: 000a0000 00020000 "misc" mtd1: 00420000 00020000 "recovery" mtd2: 002c0000 00020000 "boot" mtd3: 0fa00000 00020000 "system" mtd4: 02800000 00020000 "cache" mtd5: 0af20000 00020000 "userdata"

รปแสดงการแบงเซกเตอรของแตละพารทชนภายในอปกรณ MTD

Partition

Partition

Partition

Partition

sectorsectorsectorsector

รปท 3.24 แสดงรายละเอยดของ sector ภายในพารทชน

จากทไดอธบายขบวนการเขยนขอมลลงในอปกรณ MTD ขางตนวาจะตองมการลบกอนจะเขยนขอมลใหมลงไป สามารถดขนตอนการทำงานไดจากรปขางลางน

old data

new data 1 new data 2

old data

new data 1erased sector

old data

new data 2

temp buf

รปท 3.25 แสดงขบวนการเขยนขอมลลงอปกรณ MTD

141


จากรปดานบนแสดงขบวนการเขยนขอมลลงไปในอปกรณ MTD สงเกตจากดานซายจะพบวาหลงจากการลบครงลาสดกเรมการเขยนขอมลใหมตวแรก (new data 1) ลงในตำแหนง offset ทศนย เมอผใชตองการจะเขยนขอมลใหมตวถดมา (new data 2) ลงในตำแหนงเดมของขอมลตวแรก ตวอปกรณ MTD จะตองคดลอกขอมลเกาทอยดานลางสดไปพกไวในบฟเฟอรชวคราวกอน (temp buf) แลวจงสามารถดำเนนการลบเซกเตอรนนทงหมดได แลวจงคอยนำขอมลเกา (temp buf) และขอมลตวใหม (new data 2) มาเกบตามลำดบ ซงขนตอนเหลานจะถกดำเนนการในชนของ flash translation layer (FTL) เพอลดความยงยากในการเขยนโปรแกรมสำหรบผใช ซงเทคนคนไดถกนำไปใชในอปกรณ MTD เชน JFFS2 และ YAFFS โดยทง JFFS2 และ YAFFS file systems นนจะไมสามารถสรางเปน loopback device และไมสามารถถกทำการ mount ตวระบบไฟลได (ดวยคำสง -o loop) เหมอนกบ linux filesystem ทวไป เนองจากไมไดเปนอปกรณทเปนแบบ block ดงทอธบายไปขางตน ดงนนวธการทจะใหสามารถอปกรณ MTF สามารถถก mount ตวระบบไฟลของทงสองตวได จะตองทำการโหลด MTD Driver ชอวา mtdram module เสยกอน โดยโปรแกรมไดรเวอรนจะทำการจำลองอปกรณ MTD ขนมาดงตวอยางคำสงขางลางน

# modprobe mtdram total_size=65536 erase_size=128

สามารถตรวจสอบอปกรณ MTD ทถกจำลองขนดวยคำสง

# cat /proc/mtddev: size erasesize namemtd0: 04000000 00020000 "mtdram test device"

ใชคำสง dd เพอสราง jffs2 file system และตงชออปกรณใหมชอ mtdblock0

# dd if=rootfs.jffs2 of=/dev/mtdblock0

mount ตว jffs2 filesystem ดวยคำสง

# mount -t jffs2 /dev/mtd0 ~/rootfs

ตวอยางการเขยนโปรแกรมเพอเขาถงอปกรณ MTD

ตวอยางโปรแกรมแสดงรายละเอยดพนฐานของอปกรณ MTD #include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>

142


#include <mtd/mtd-user.h> int main(){ mtd_info_t mtd_info; int fd = open("/dev/mtd5", O_RDWR);ioctl(fd, MEMGETINFO, &mtd_info); printf("MTD type: %u\n", mtd_info.type); printf("MTD total size : %u bytes\n", mtd_info.size); printf("MTD erase size : %u bytes\n", mtd_info.erasesize); return 0;}

ตวอยางชดคำสงเพอใชในการอานและเขยนขอมลลงในอปกรณ MTD

unsigned char buf[64];unsigned char data[7] = { ‘B’, ‘U’, ‘R’, ‘A’ , ‘P’ , ‘H’ , ‘A’ };/* read something from last sector */lseek(fd, -mtd_info.erasesize, SEEK_END);read(fd, buf, sizeof(buf));/* write something to last sector */lseek(fd, -mtd_info.erasesize, SEEK_END);write(fd, data, sizeof(data));

ตวอยางโปรแกรมประยกตเพอใหตดตอกบอปกรณ MTD ผานไฟล device ชอ /dev/mtd0#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <mtd/mtd-user.h>

int main() { mtd_info_t mtd_info; // the MTD structure erase_info_t ei; // the erase block structure int i;

unsigned char data[20] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, // our data to write 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF }; unsigned char read_buf[20] = { 0x00 }; // empty array for reading

int fd = open("/dev/mtd0", O_RDWR); // open the mtd device for reading and // writing. Note you want mtd0 not mtdblock0 // also you probably need to open permissions // to the dev (sudo chmod 777 /dev/mtd0)

ioctl(fd, MEMGETINFO, &mtd_info); // get the device info

143


// dump it for a sanity check, should match what's in /proc/mtd printf("MTD Type: %x\nMTD total size: %x bytes\nMTD erase size: %x bytes\n", mtd_info.type, mtd_info.size, mtd_info.erasesize);

ei.length = mtd_info.erasesize; //set the erase block size for (ei.start = 0; ei.start < mtd_info.size; ei.start += ei.length) { ioctl(fd, MEMUNLOCK, &ei); // printf("Eraseing Block %#x\n", ei.start); // show the blocks erasing // warning, this prints a lot! ioctl(fd, MEMERASE, &ei); }

lseek(fd, 0, SEEK_SET); // go to the first block read(fd, read_buf, sizeof(read_buf)); // read 20 bytes

// sanity check, should be all 0xFF if erase worked for (i = 0; i < 20; i++) printf("buf[%d] = 0x%02x\n", i, (unsigned int) read_buf[i]);

lseek(fd, 0, SEEK_SET); // go back to first block's start write(fd, data, sizeof(data)); // write our message

lseek(fd, 0, SEEK_SET); // go back to first block's start read(fd, read_buf, sizeof(read_buf)); // read the data

// sanity check, now you see the message we wrote! for (i = 0; i < 20; i++) printf("buf[%d] = 0x%02x\n", i, (unsigned int) read_buf[i]);

close(fd); return 0;}

ขนตอนการโหลดระบบไฟลเพอเขาสระบบฏบตการ EMBEDDED LINUX

เพอทำใหระบบสมองกลฝงตวทำงานขนมาไดนน จะตองมการเตรยมไฟลหลกๆไดแกไฟล Kernel Image (initrd, vmlinux, bzImage, zImage เปนตน) และไฟล Root file system (ext2/3/4, cramfs, jffs2, hfffs เปนตน) แลวนำไปวางไวในพารทชนของอปกรณจดเกบขอมลทบอรดสมองกลฝงตวสามารถเขาถงได ดงตำแหนงพารทชนเหลาน•พารทชนบนฮารดดสก หรอ USB Storage‣ root=/dev/sdXY ทซง X แทนดวยชออปกรณ และ Y แทนดวยหมายเลขพารทชน เชน root=/dev/sdb2 (พารทชนท 2 ของดสกท 2)

•พารทชนบน MMC/SD Card‣ root=/dev/mmcblkXpY ทซง X แทนดวยหมายเลขอปกรณ และ Y แทนดวยหมายเลขพารทชน เชน root=/dev/mmcblk0p2 (พารทชนท 2 ของดสกแรก)

144


•พารทชนบน NAND flash‣ root=/dev/mtdblockX ทซง X แทนหมายเลขพารทชน เชน root=/dev/mtdblock3

(พารทชนท 4)•พารทชนบน NFS ของเครองภายในระบบเครอขาย•หนวยความจำภายใน (ROM)รปขางลางแสดงการใชพนทของหนวยความจำหลกของระบบ (RAM) ในขณะทอยในสภาวะกอนทำงานและสภาวะกำลงทำงาน และแสดงขนตอนการโหลด Kernel image และ root filesystem ทถกเกบอยภายใน ROM ของเครอง

CompressedKernel

RootFS image

Bootloaderหนวยความจาระบบ

RootFS image

Bootloader

Kernel

RootFS

UserMemory

ROM

RAM RAM

ROM

หนวยความจาระบบ (ระบบเรมทางาน)

CompressedKernel

รปท 3.26 แสดงการโหลดเคอรเนล และ RootFS ภายในบอรด

รปขางลางแสดงขนตอนการโหลด Kernel image และ root filesystem ทถกเกบอยในเครองอน ทอยภายในระบบเครอขาย

145


ระบบเครอขาย

Bootloader

RAM

ROM

เครอง Host/เครอง Server

DHCP Server

/tftproot/- Compressed Kernel

(zImage)

TFTP Server

/nfsroot/- Root Filesystem directory

NFS Server

Kernel

ระบบ

เครอ

ขาย

(Eth

erne

t/Int

erne

t)

Target IP: 192.168.0.5Server IP: 192.168.0.1Kernel: zImageNFS mount: /nfsroot/

รปท 3.27 แสดงการโหลดเคอรเนลและ RootFS จากเครอง server

ตารางแสดงการรองรบการเขาถง filesystem ทนยมสงสดในการเกบขอมล 5 อนดบแรกของระบบปฏบตการยอดนยมในปจจบน

ตาราง 3.4 แสดงการรองรบการเขาถงระบบไฟลชนดตางๆของแตละระบบปฏบตการ

FS WINDOWS MAC LINUX ANDROID CHROME OS IPAD XBOX360 PS3

FAT32 Yes Yes Yes Yes Yes (1) Yes Yes

EXFAT Yes(2) No(3) (3) Yes No No No No

EXt3 (4) Yes Yes No(6) Yes No No No

NTFS Yes Yes Yes (8) Yes No No[9] No

HFS+ No[10] Yes (11) (8) (12) (1) No No

โดยท:(1) iPads (ไมรวม iPhones) สามารถอานอปกรณจดเกบขอมล ทใชระบบไฟล FAT และ HFS ได แตจะอานไฟลทเปนชนดรปภาพ และวดโอไดเทานน

(2) exFAT ทปรบปรงมาจาก FAT ซงทำงานไดดบนระบบปฏบตการ Vista / Windows 7 / Windows 8, และ XP

(3) ตองตดตงโปรแกรม FUSE เพมเขาไป เพอใหสามารถอานและเขยนขอมลได(4) ระบบปฏบตการ Windows จะตองตดตงโปรแกรม explore2fs, Ext2Fsd หรอ Ext2IFS เพอใหสามารถอานระบบไฟลประเภท ext2/ext3/ext4 ได

(5) จะตองตดตงโปรแกรม OSXFUSE fuse-ext2, หรอ Paragon(6) เฉพาะบาง ROMs ทถกปรบแตงใหสนบสนนระบบไฟล ext3 เทานน

146


http://maketecheasier.com/access-exfat-file-system-in-ubuntu/2012/07/23

http://maketecheasier.com/access-exfat-file-system-in-ubuntu/2012/07/23

http://www.chrysocome.net/explore2fs

http://www.chrysocome.net/explore2fs

http://www.ext2fsd.com/?page_id=2

http://www.ext2fsd.com/?page_id=2

http://www.fs-driver.org/

http://www.fs-driver.org/

http://osxfuse.github.com/

http://osxfuse.github.com/

http://sourceforge.net/projects/fuse-ext2/

http://sourceforge.net/projects/fuse-ext2/

http://www.paragon-software.com/home/extfs-mac/

http://www.paragon-software.com/home/extfs-mac/

(7) ระบบปฏบตการ MacOS โดยพนฐานสามารถอานระบบไฟล NTFS ไดอยางเดยว ถาตองการเขยนได จะตองตดตง OSXFUSE with NTFS-3G, Paragon หรอ Tuxera

(8) บนระบบปฏบตการ Android ตองตดตงโปรแกรม Paragon app เพอใหสามารถเขาถง ระบบไฟล NTFS และ HFS ได

(9) Xbox 360 ของบรษท Microsoft เอง ไมสนบสนนระบบไฟล NTFS(10)จะตองตดตงโปรแกรม Paragon เพมเตม(11)ระบบปฏบตการลนกซ สามารถอานระบบไฟล HFS+ ไดอยางเดยว ถาตองการเขยนได กจะตองปดความสามารถของ journalling ไป

(12)สามารถอานระบบไฟล journaled HFS+ ไดอยางเดยว

BusyBox มดพกพาสารพดประโยชนBusyBox ไดถกพฒนาขนโดยนาย Bruce Perens ในป ค.ศ. 1996 ซงเดมทถกนำมาใชเปน

โปรแกรมชวยในการตดตงและกคนในแผนดสกเกตแบบบทตวเองไดของระบบปฏบตการ Debian (bootable Debian Linux system) โดยมเงอนไขวาลนกซคอรเนลและโปรแกรมพนฐานทงหมดจะมขนาดรวมกนแลวไมเกน 1.4 MB ถง 1.7 MB เนองจากขอจำกดในการเกบขอมลภายในแผนดสกเกตในยคนน ดงนนหลกการสำคญทจะตองทำให BusyBox มขนาดเลกแตยงคงเตมไปดวยชดคำสงมากมายคอการใชสวนฟงกชนพนฐานทเหมอนกนรวมกนตวอยางเชน ตว Busy-

Box จะทำการรวมโปรแกรม grep และ find เปนโปรแกรมเดยวกนเนองจากใชหลกการคนหาไฟลโดยจะเขาไปถงภายในไดเรกทอรทกไดเรกทอร (recursive) เชนเดยวกน เปนผลใหขนาดไฟลทเกดจากการรวมโปรแกรมทงสองลดลงอยางมาก ดงนน BusyBox กสามารถใชหลกการนกบโปรแกรมอนๆทมฟงกชนพนฐานเดยวกนจากเดมทมขนาดทงสน 3.5 MB กสามารถลดลงเหลอเพยง 200 KB เทานนได

ดงนน BusyBox จงกลายมาเปนเครองมอสำคญทถกนำมาใชภายในระบบปฏบตการของระบบสมองกลฝงตวอนๆจนถกตงฉายาวาเปน “มดพกพาสารพดประโยชน” (Swiss Army Knife) ซงไดรวมชดโปรแกรมและชดคำสงอรรถประโยชนของคำสงพนฐานตางๆทจำเปนในระบบปฏบตการลนกซ ตวอยางเชน ชดโปรแกรมทใชจดการบรการตางๆของระบบในขณะเครองกำลงเรมทำงาน (Init program), ชดคำสงจดการระบบและตงคาระบบ (System & Configuration) เปนตน ตวอยางคำสงใน BusyBox ver-sion 1.13 ไดแก

[, [[ , addgroup, adduser, adjtimex, ar, arp, arping, ash, awk, base-name, bbconfig, bbsh, brctl, bunzip2, busybox, bzcat, bzip2, cal, cat, catv, chat, chattr, chcon, chgrp, chmod, chown, chpasswd, chpst, chroot, chrt, chvt, cksum, clear, cmp, comm, cp, cpio, crond, crontab,

147


รปท 3.28 มด Swiss Army Knife

https://github.com/osxfuse/osxfuse/wiki/NTFS-3G

https://github.com/osxfuse/osxfuse/wiki/NTFS-3G

http://www.paragon-software.com/home/ntfs-mac/

http://www.paragon-software.com/home/ntfs-mac/

http://www.tuxera.com/products/tuxera-ntfs-for-mac/

http://www.tuxera.com/products/tuxera-ntfs-for-mac/

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.paragon.mounter&hl=en

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.paragon.mounter&hl=en

http://www.paragon-software.com/home/hfs-windows/

http://www.paragon-software.com/home/hfs-windows/

cryptpw, cttyhack, cut, date, dc, dd, deallocvt, delgroup, deluser, depmod, devfsd, df, dhcprelay, diff, dirname, dmesg, dnsd, dos2unix, dpkg, dpkg_deb, du, dumpkmap, dumpleases, e2fsck, echo, ed, egrep, eject, env, envdir, envuidgid, ether_wake, expand, expr, fakeidentd, false, fbset, fbsplash, fdflush, fdformat, fdisk, fetchmail, fgrep, find, findfs, fold, free, freeramdisk, fsck, fsck_minix, ftpget, ftpput, fuser, getenforce, getopt, getsebool, getty, grep, gunzip, gzip, halt, hd, hdparm, head, hexdump, hostid, hostname, httpd, hush, hwclock, id, ifconfig, ifdown, ifenslave, ifup, inetd, init, inotifyd, insmod, install, ip, ipaddr, ipcalc, ipcrm, ipcs, iplink, iproute, iprule, iptunnel, kbd_mode, kill, killall, killall5, klogd, lash, last, length, less, linux32, linux64, linuxrc, ln, load_policy, load-font, loadkmap, logger, login, logname, logread, losetup, lpd, lpq, lpr, ls, lsattr, lsmod, lzmacat, makedevs, man, matchpathcon, md5sum, mdev, mesg, microcom, mkdir, mke2fs, mkfifo, mkfs_minix, mknod, mkswap, mktemp, modprobe, more, mount, mountpoint, msh, mt, mv, nameif, nc, netstat, nice, nmeter, nohup, nslookup, od, openvt, parse, passwd, patch, pgrep, pidof, ping, ping6, pipe_progress, pivot_root, pkill, poweroff, printenv, printf, ps, pscan, pwd, raidautorun, rdate, rdev, readahead, readlink, readprofile, realpath, reboot, renice, re-set, resize, restorecon, rm, rmdir, rmmod, route, rpm, rpm2cpio, rtcwake, run_parts, runcon, runlevel, runsv, runsvdir, rx, script,

sed, selinuxenabled, sendmail, seq, sestatus, setarch, setconsole, se-tenforce, setfiles, setfont, setkeycodes, setlogcons, setsebool, set-sid, setuidgid, sh, sha1sum, showkey, slattach, sleep, softlimit, sort, split, start_stop_daemon, stat, strings, stty, su, sulogin, sum, sv, svlogd, swapoff, swapon, switch_root, sync, sysctl, syslogd, tac, tail, tar, taskset, tcpsvd, tee, telnet, telnetd, test, tftp, tftpd, time, top, touch, tr, traceroute, true, tty, ttysize, tune2fs, udhcpc, udhcpd, udpsvd, umount, uname, uncompress, unexpand, uniq, unix2dos, unlzma, unzip, uptime, usleep, uudecode, uuencode, vconfig, vi, vlock, watch, watchdog, wc, wget, which, who, whoami, xargs, yes, zcat, zcip

ตวอยางขางลางแสดงแนวคดการสรางโปรแกรมเพอทจะทำใหกลายเปนการรนมาจากเพยงโปรแกรมเดยวใหผใชรสกวามหลายคำสงโปรแกรมใหเรยกใชงานได แตจรงๆแลวเปนชดคำสงทอยภายในโปรแกรมเพยงตวเดยวเทานน เชนเดยวกนโปรแกรม BusyBox ทจะใชหลกการการสงผานคาอารกวเมนต (argu-ment passing) ไปยงฟงกชนภาษาซ// myBusyBox.c#include <stdio.h>int main( int argc, char *argv[] ){ int i;

for (i = 0 ; i < argc ; i++) { printf("argv[%d] = %s\n", i, argv[i]); }

return 0;

148


}

จากขางบนตว argc เปนตวแปรเกบจำนวนของอารกวเมนต และ argv เปนตวแปรชนดอะเรยทเกบขอความแตละอารกวเมนต

หลงจากนนทำการคอมไพลโปรแกรม และทดสอบการเรยกโปรแกรมพรอมการสงผานคาอารกวเมนตดงน

$ gcc -o myBusyBox myBusyBox.c $ ./myBusyBox arg1 arg2argv[0] = ./myBusyBoxargv[1] = arg1argv[2] = arg2

สรางไฟลชนด symbolic link ชอวา my_grep และ my_find แลวใหชไปยงชอโปรแกรม myBusyBox เดม

$ ln -s myBusyBox my_grep$ ln -s myBusyBox my_find$ ls -al my*-rwxr-xr-x 1 student student 8503 2013-08-13 08:21 myBusyBox-rw-r--r-- 1 student student 162 2013-08-13 08:21 myBusyBox.clrwxrwxrwx 1 student student 9 2013-08-13 08:27 my_find -> myBusyBoxlrwxrwxrwx 1 student student 9 2013-08-13 08:22 my_grep -> myBusyBox

$ ./my_grep -R 'declare' /usr/include/argv[0] = ./my_grepargv[1] = -Rargv[2] = declareargv[3] = /usr/include/

$ ./my_find /usr/include/ -name 'declare' -printargv[0] = ./my_findargv[1] = /usr/include/argv[2] = -nameargv[3] = declareargv[4] = -print

จากโปรแกรมขางตนเปนการแสดงใหเหนแนวคดและวธการทำงานของโปรแกรม BusyBox ซงโปรแกรม myBusyBox ทไดสรางขนนนจะมฟงกชนพนฐานเกยวกบการคนหาขอมล (grep) และคนหาไฟล (find) อยภายใน ดงนนเมอผใชตองการเรยกใชคำสงใดกตามจะสงเกตเหนไดวาคาใน argv[0] จะบรรจชอคำสงทผใชพมพ ดงนนนกพฒนากสามารถทำการพฒนาฟงกชนตางๆเพอแทนคำสงนนๆตอไปได แลวตวโปรแกรม myBusyBox กจะนำคาภายใน argv[0] ไปตรวจเชคตอไปวาเปนตวฟงกชนใด

149


ดวยแนวคดการรวมฟงกชนพนฐานทใชรวมกนของชดคำสงตางๆในระบบปฏบตการลนกซใหกลายมาเปน BusyBox เพยงโปรแกรมเดยวนน จะสามารถลดขนาดโปรแกรมลงไดถง 3 ถง 4 เทาเมอเทยบกบการใชโปรแกรมพนฐานทงหมด ซงจะสงเกตจากการใชคำสง ls -al ดงรปขางลางวาทกคำสงจะถกช (symbolic link) ไปยงโปรแกรม busybox ทงสน

Busybox Inittab

เมอตองมการปรบแตงหรอสราง BSP (Board Support Package) ของตวเองขนมาเพอใชสำหรบระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตว การตงคาการโหลดเรมตน (Initialization) เพอใชในการกำหนดลำดบการโหลดโปรแกรมสำหรบตงคาบรการของระบบ (System services) ตางๆ หรอใชในการโหลดโปรแกรมระบบ โปรแกรมประยกตทพฒนาขนเองในระหวางทบอรดสมองกลฝงตวกำลงเรมตนการทำงาน ดงนนนกพฒนาควรจะทำความเขาใจวธการสรางไฟล Inittab ทอยภายในไดเรกทอร /etc/ ซงภายในไฟล inittab นนมรปแบบการเขยนดงน

< id >:< runlevels >:< action >:< process >

150


โดยท:• < id > จะถกใชโดย BusyBox init เพอระบ console ทเปดขนมา (controlling tty) สำหรบโปรเซสทไดระบไวแตอยางไรกตามถา BusyBox ตรวจพบวามการใช serial console อยแลวคานกจะถกเพกเฉยไป

• < runlevels > คานจะไมมการใชใน BusyBox โดยเฉพาะในระบบสมองกลฝงตวเนองจากไมการแยกระดบของผใช แตจะใชเฉพาะในเครองคอมพวเตอรเทานน

• < action > ประกอบดวย sysinit, respawn, askfirst, wait, once, restart, ctrlaltdel, และ shutdown โดยมรายละเอยดดงน‣ sysinit กำหนดใหเรยกโปรเซสในระหวางทระบบกำลงจะเรมถกบทขน‣ respawn กำหนดใหเรยกโปรเซสใหมอกครงอตโนมต เมอใดกตามทโปรเซสนนถกปดลง ‣ askfirst มการทำงานคลายกบ respawn แตกอนจะเรมเรยกโปรเซสทกำหนดไว จะมการแสดงขอความดงน "Please press Enter to activate this console." เพอรอใหผใชกดปม Enter แลวจงทำการเรยกโปรเซสลำดบถดไป‣ ctrlaltdel กำหนดใหเรยกโปรเซส เมอ init ไดรบสญญาณ SIGINT ทมการกดปม CTRL-ALT-DEL พรอมกน

ตวอยางไฟล inittab

# Boot-time system configuration/initialization script.# This is run first except when booting in single-user mode.#::sysinit:/etc/init.d/rcS

# Put a getty on the serial line (for a terminal)::respawn:/sbin/getty -L ttyS 115200 vt100

# Stuff to do when restarting the init process::restart:/sbin/init

# Stuff to do before rebooting::ctrlaltdel:/sbin/reboot

151


การพฒนาระบบสมองกลฝงตวภายใตระบบจำลองเสมอนจรง

สมยกอนนกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวคอนขางจะมทางเลอกนอยในการหาซอบอรดสมองกลฝงตวทใชสถาปตยกรรมทตองการนำมาศกษาเพอทดลองพฒนาโปรแกรมหรอปรบแตงระบบตามโจทยในงานประยกตนนๆ แตไมกปทผานมาระบบสมองกลฝงตวกเรมเขามามบทบาทอยในชวตประจำวนมากยงขน ทำใหเกดการสรางสรรนวตกรรมใหมๆ ผลตภณฑใหมๆในวงกวาง สงผลดตอนกพฒนาในปจจบนทสามารถหาซอบอรด Evaluation Kit ทมวางจำหนายจากบรษทตางๆ ตวอยางเชนบอรด Mi-croBlaze, Sitara, Beagleboard, Beaglebone, Pandaboard, FriendlyARM, Raspberry Pi, ODROID, Versatile Express, Gumstix เปนตน โดยจะมราคาตงแตหลกพนกวาบาทถงหลายหมนบาททำใหมตวเลอกมากยงขน ทำใหนกพฒนาอสระ นกเรยนนกศกษา หรอนกพฒนาในบรษทตางๆสามารถเรมเรยนรเทคโนโลยทางดานระบบสมองกลฝงตวไดอยางลกซงมากขน ซงคาดวาในอกไมกปขางหนามลคาทางดานการออกแบบและพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวนจะสงมากกวามลคาจากการผลตอยางเหนไดชด

ตาราง 3.5 บอรดสมองกลฝงตวแตละยหอทไดรบความนยม

บอรด SOC ความเรว RAM I/O ราคา

BeagleBone Sitara AM3358

500MHz(on

USB)/720MHz(on DC)

256MBUSB OTG, USB Host, Ethernet, onboard Serial, onboard JTAG, expansion head-ers, microSD

$89

BeagleBoard xM Davinci DM3730 1GHz 512MB

USB OTG, USB Host, Ethernet, expan-sion headers, microSD, DVI-D, LCD header, S-Video, Camera header, Stereo IN/OUT

$149

iMX53 QSB i.MX53 1GHz 1GBUSB OTG, USB Host, Ethernet, Serial, expansion headers, SD, microSD, SATA, VGA, LCD header, Stereo IN/OUT

$149

PandaBoard ES OMAP4 dual-core 1.2GHz 1GB

USB OTG, USB Host, Ethernet, WLAN, Bluetooth, Serial, expansion headers, SD, HDMI, DVI, LCD header, Camera header, Stereo IN/OUT

$182

AM335x Starter Kit Sitara AM3358 720MHz 256MB

USB OTG, USB Host, Ethernet, WLAN, Bluetooth, onboard Serial, onboard JTAG, expansion headers, microSD, capacity-touch LCD, Accelerometer, Ste-reo OUT

$199

OrigenBoard Exynos 4210 dual-core

1.2GHz 1GBUSB OTG, USB Host, Ethernet, WLAN, Bluetooth, Serial, JTAG, SD, HDMI, LCD header, Camera header, Stereo IN/OUT

$199

Origen 4 Quad Exynos 4 quad-core

1.4GHz 1GBUSB OTG, USB Host, Ethernet, SD, JTAG, Serial, HDMI, onboard LCD header, audio

$199

152


บอรด SOC ความเรว RAM I/O ราคา

ODROID-X2Quad core ARM Cortex-A9 MPCore

1.7GHz 2GBUSB OTG, USB Host, Ethernet, onboard Serial, expansion headers, SD, Stereo IN/OUT

$135

DragonBoard APQ8060A

Snapdragon dual-core

1.2GHz 1GB

USB OTG, USB Host, Ethernet, WLAN, Bluetooth, GPS, onboard Serial, onboard JTAG, expansion headers, microSD, capacity-touch LCD, Accelerometer, Ste-reo OUT

$499

Snapdragon MDPSnapdragon S4 dual-core 1.5GHz 1GB

USB OTG, WLAN, Bluetooth, GPS, Accel-erometer, Gyroscope, Compass, Proxim-ity sensor, Temperature sensor, SD, HDMI, LCD Panel , Camera, Stereo OUT

$999

RaspBerry Pi Broadcom ARM11 BCM2835

700MHz 512MBUSB OTG, USB Host, onboard Ethernet, onboard Serial, expansion headers, MMC, SD, VGA, HDMI, Stereo OUT

$35

SABRE i.MX53 1GHz 1GB

USB OTG, USB Host, Ethernet, WLAN, Bluetooth, GPS, ZigBee, Accelerometer, Light sensor, Serial, JTAG, eMMC, SD, SATA, NOR Flash, VGA, HDMI, LCD Panel, Camera, Stereo IN/OUT

$999

สำหรบอกทางเลอกหนงทเหมาะสำหรบนกพฒนามอใหม หรอนกพฒนาทยงไมไดตดสนใจซอบอรดสมองกลฝงตวคอการใชโปรแกรมจำลองเสมอนจรง (Virtualization) เพอจำลองสภาพแวดลอมและการทำงานใหเปนไปตามสถาปตยกรรมของหนวยประมวลผลกลางนนเชน ARM, MIPS, PowerPC, x86 เปนตน ซงโปรแกรมจำลองเสมอนจรงทนยมกนมานานและใชกนในระบบปฏบตการลนกซกคอโปรแกรม QEMU (Quick EMUlator) นกพฒนาสามารถพฒนาโปรแกรม และทดสอบการทำงานของโปรแกรมใหเปนไปตามเงอนไขทกำหนดบนสถาปตยกรรมนนๆ นอกจากนนกยงสามารถปรบแตงลนกซคอรเนล หรอทดสอบโปรแกรมทพฒนาในระดบเคอรเนลวาสามารถทำงานไดดบนสถาปตยกรรมนนหรอไม โปรแกรม QEMU สามารถรองรบโหมดการทำงานได 2 แบบไดแก

A.user-mode emulation คอการอนญาตใหโปรเซสทถกออกแบบมาใหทำงานบนหนวยประมวลผล กลางตวเดยว (เชนบนบอรด target) ใหสามารถทำงานไดบนหนวยประมวลผลกลางตวอนๆได (เชนบนเครอง Host) ดวยตว Dynamic Translator ตวอยางเชน การเรยกตวจำลองเลยนแบบ Wine Windows API (http://www.winehq.org) หรอเพอชวยใหการ cross-compile และ cross-debugging ขามสถาปตยกรรมสะดวกขน นอกจากนนกเปนการทำใหโปรเซสสามารถเขาถงทรพยากรของเครอง Host ซงสถาปตยกรรมทรองรบสำหรบโหมดนไดแก x86, PowerPC, ARM, 32-bit MIPS, Sparc32/64, ColdFire(m68k), CRISv32 and MicroBlaze CPUs

B.System-mode emulation คอการจำลองระบบสถาปตยกรรมทงระบบ ไมวาจะเปนหนวยประมวลผลกลาง อปกรณฮารดแวรรอบขางตางๆ เปรยบเสมอนเปนเครองเสมอนจรง (Virtual Machine) ตวอยางเชนการสรางเครองเสมอนจรงทใชสถาปตยกรรม PowerPC ทกำลงใชระบบ

153


http://www.winehq.org/

http://www.winehq.org/

ปฏบตการ Debian แตจรงๆแลวตวระบบจำลองนทำงานอยบนเคร องคอมพวเตอรท ใชสถาปตยกรรม x86-64 บต ภายใตระบบปฏบตการ Ubuntu เปนตน ตารางขางลางแสดงรายการสถาปตยกรรมท QEMU รองรบ ไดแก

ตาราง 3.6 สถาปตยกรรมตางๆทถกสนบสนนในโปรแกรม QEMU

สถาปตยกรรมสถาปตยกรรม

PC (x86 or x86_64 processor) Luminary Micro LM3S6965EVB (ARM Cortex-M3)

ISA PC (old style PC without PCI bus) Freescale MCF5208EVB (ColdFire V2)

PREP (PowerPC processor) Arnewsh MCF5206 evaluation board (ColdFire V2)

G3 Beige PowerMac (PowerPC processor) Palm Tungsten|E PDA (OMAP310 processor)

Mac99 PowerMac (PowerPC processor, in progress) N800 and N810 tablets (OMAP2420 processor)

Sun4m/Sun4c/Sun4d (32-bit Sparc processor) MusicPal (MV88W8618 ARM processor)

Sun4u/Sun4v (64-bit Sparc processor, in progress) Gumstix "Connex" and "Verdex" motherboards (PXA255/270)

Malta board (32-bit and 64-bit MIPS processors) Siemens SX1 smartphone (OMAP310 processor)

MIPS Magnum (64-bit MIPS processor) Syborg SVP base model (ARM Cortex-A8)

ARM Integrator/CP (ARM) AXIS-Devboard88 (CRISv32 ETRAX-FS)

ARM Versatile baseboard (ARM) Petalogix Spartan 3aDSP1800 MMU ref design (MicroBlaze)

ARM RealView Emulation/Platform baseboard (ARM) Luminary Micro LM3S811EVB (ARM Cortex-M3)

Spitz, Akita, Borzoi, Terrier and Tosa PDAs (PXA270 proc-essor)

ตวอยางการตดตงโปรแกรม QEMU ทถกปรบแตงโดย Linaro ซงเนนรองรบสถาปตยกรรม ARM เปนพเศษ

$ sudo add-apt-repository ppa:linaro-maintainers/tools$ sudo apt-get update$ sudo apt-get install qemu-user-static qemu-system$ qemu --versionQEMU PC emulator version 0.12.3 (qemu-kvm-0.12.3), Copyright (c) 2003-2008 Fabrice Bellard

ตวอยางชดคำสง QEMU สำหรบแตละสถาปตยกรรม

qemu-alpha qemu-ppc qemu-system-mips64elqemu-arm qemu-ppc64 qemu-system-mipselqemu-armeb qemu-ppc64abi32 qemu-system-moxieqemu-cris qemu-s390x qemu-system-or32qemu-ga qemu-sh4 qemu-system-ppcqemu-i386 qemu-sh4eb qemu-system-ppc64qemu-img qemu-sparc qemu-system-ppcemb

154


qemu-io qemu-sparc32plus qemu-system-s390xqemu-m68k qemu-sparc64 qemu-system-sh4qemu-microblaze qemu-system-alpha qemu-system-sh4ebqemu-microblazeel qemu-system-arm qemu-system-sparcqemu-mips qemu-system-cris qemu-system-sparc64qemu-mips64 qemu-system-i386 qemu-system-unicore32qemu-mips64el qemu-system-lm32 qemu-system-x86_64qemu-mipsel qemu-system-m68k qemu-system-xtensaqemu-mipsn32 qemu-system-microblaze qemu-system-xtensaebqemu-mipsn32el qemu-system-microblazeel qemu-unicore32qemu-nbd qemu-system-mips qemu-x86_64

qemu-or32 qemu-system-mips64

ขนตอนการทดสอบการรนโปรแกรมภาษาซ บน QEMU

ทำการตดตง Sourcery CodeBench ซงเปน cross-compiling toolchain ทพรอมสำหรบการพฒนาโปรแกรมภาษา C/C++ บนระบบสมองกลฝงตว โดยโหลดจากรนลาสดจากลงคของบรษท Men-tor Graphics

$ chmod +x arm-2013.05-24-arm-none-linux-gnueabi.bin $ ./arm-2013.05-24-arm-none-linux-gnueabi.bin Checking for required programs: awk grep sed bzip2 gunzipPreparing to install...Extracting the JRE from the installer archive...Unpacking the JRE...Extracting the installation resources from the installer archive...Configuring the installer for this system's environment...Launching installer...

155


http://www.mentor.com/embedded-software/sourcery-tools/sourcery-codebench/editions/lite-edition/




ทำการสรางไดเรกทอรสำหรบทดสอบโปรแกรมโดยสรางโปรแกรมชอ init.c เพอใหแสดงขอความ “Hello World”

$ mkdir ~/qemu$ cd ~/qemu

$ vim init.c#include <stdio.h>void main() { printf("Hello World!\n"); while(1);}

คอมไพลโปรแกรมดวย cross-compiler และวางเขาไปในไฟล ramdisk

$ arm-none-linux-gnueabi-gcc -static init.c -o init$ echo init|cpio -o --format=newc > initramfs

ดาวนโหลดลนกซคอรเนลเวอรชน 3.9 $ wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.tar.xz$ tar -xJvf linux-3.9.tar.xz$ cd linux-3.9$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- vexpress_defconfig$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- all$ cp arch/arm/boot/zImage ~/qemu$ cd ~/qemu$ ls -altotal 74488drwxr-xr-x 3 student student 4096 2013-08-16 11:05 .drwxr-xr-x 46 student student 4096 2013-08-16 11:16 ..-rwxr-xr-x 1 student student 648380 2013-08-16 03:50 init-rw-r--r-- 1 student student 76 2013-08-16 03:20 init.c-rw-r--r-- 1 student student 648704 2013-08-16 03:54 initramfsdrwxr-xr-x 24 student student 4096 2013-08-16 04:10 linux-3.9-rw-r--r-- 1 student student 72104164 2013-04-28 17:40 linux-3.9.tar.xz-rw-r--r-- 1 student student 699 2013-08-16 09:33 README-rwxr-xr-x 1 student student 2844736 2013-08-16 04:16 zImage

ทดสอบโปรแกรม init โดยการเรยกโปรแกรม qemu-system-arm ดงคำสงขางลาง

$ qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel zImage -initrd initramfs -serial stdio -append "console=tty1"

156


https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.tar.xz

https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.tar.xz

ขนตอนการทดสอบ BUSYBOX ภายใน ROOT FILESYSTEM บน QEMU

ทำการคอมไพลลนกซคอรเนลรน 3.9 ทไดอธบายขางตน เพอรองรบสถาปตยกรรมของ ARM SoC ทชอวา versatile ดวยคำสงขางลางน

$ make mrproper$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- versatile_defconfig$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- menuconfig

ปรบแตงคาเคอรเนล โดยการไมเลอก “Enable loadable module support” feature แตใหเลอก “Use the ARM EABI to compile the kernel” แทน ทอยในเมน Kernel Features

157


ทำการคอมไฟลเคอรเนลหลงจากตงคาตางๆเรยบรอยแลว

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- all

ดาวนโหลดโปรแกรม BusyBox รน 1.21.0 ลงในไดเรกทอร ~/qemu กอนหนานแลวทำการตงคาตามลำดบขนตอนดงน

$ wget http://busybox.net/downloads/busybox-1.21.0.tar.bz2$ tar -xjvf busybox-1.21.0.tar.bz2$ cd busybox-1.21.0$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- defconfig$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- menuconfig

ตงคาใหสราง BusyBox เปนแบบ static binary โดยการเขาไปในเมน Busybox Setting -> Build Op-tions -> ทำการ check Build BusyBox as a static binary

158


http://busybox.net/downloads/busybox-1.21.0.tar.bz2

http://busybox.net/downloads/busybox-1.21.0.tar.bz2

ในกรณทตองการใหระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวสามารถเชอมตอหรอ mount ไดเรกทอรภายในพารทชนของ NFS (Network File System) ของเครองอนๆภายในระบบเครอขายไดจะตองตงคาใน BusyBox ซงอยภายในเมน “Linux System Utilities” ชอวา Support mounting NFS file systems on Linux ดงแสดงการตงคาในรปขางลาง

159


ทำการรนคำสง install เพอตดตง BusyBox ลงในไดเรกทอร _install

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- install..../_install//usr/sbin/ubimkvol -> ../../bin/busybox./_install//usr/sbin/ubirmvol -> ../../bin/busybox./_install//usr/sbin/ubirsvol -> ../../bin/busybox./_install//usr/sbin/ubiupdatevol -> ../../bin/busybox./_install//usr/sbin/udhcpd -> ../../bin/busybox--------------------------------------------------You will probably need to make your busybox binarysetuid root to ensure all configured applets willwork properly.--------------------------------------------------

สรางไดเรกทอรจำเปนพนฐาน สำหรบ root filesystem

$ cd _install$ mkdir proc sys dev etc etc/init.d$ ls -altotal 36drwxr-xr-x 9 student student 4096 2013-08-16 12:14 .drwxr-xr-x 34 student student 4096 2013-08-16 11:58 ..drwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-08-16 11:58 bindrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-08-16 12:14 devdrwxr-xr-x 3 student student 4096 2013-08-16 12:14 etclrwxrwxrwx 1 student student 11 2013-08-16 11:58 linuxrc -> bin/busyboxdrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-08-16 12:14 procdrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-08-16 11:58 sbindrwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-08-16 12:14 sysdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2013-08-16 11:58 usr

สรางไฟล rcS เขาไปไดเรกทอร etc/init.d/ เพอทำการ mount ไดเรกทอร /proc และ /sysfs ซงเปน virtual filesystem

$ vim etc/init.d/rcS

เพม shell script เขาไปในไฟล rcS ดงน

#!/bin/shmount -t proc none /procmount -t sysfs none /sys/sbin/mdev -s

แปลงสทธไฟล rcS ใหสามารถรนได และเรมดำเนนการสราง root filesystem ชอ rootfs.img จากไดเรกทอร _install

$ chmod +x etc/init.d/rcS$ find . | cpio -o --format=newc > ../rootfs.img11984 blocks

160


$ cd ..$ gzip -c rootfs.img > rootfs.img.gz$ cp rootfs.img.gz ~/qemu

เรยกโปรแกรม qemu-system-arm เพอทดสอบคำสงพนฐานของ BusyBox

$ cd ~/qemu$ qemu-system-arm -M versatilepb -m 128M -kernel zImage -initrd rootfs.img.gz -append "root=/dev/ram rdinit=/bin/sh"

การสรางระบบจำลองสำหรบสถาปตยกรรม ARM ดวยชดเครองมอ BUILDROOT บนโปรแกรม QEMU

ทำการตดตงโปรแกรมและไลบรารทเกยวของ

$ sudo apt-get install autoconf automake libtool libexpat1-dev libncurses5-dev bison flex patch curl cvs texinfo build-essential sub-version gawk python-dev gperf ncurses-dev g++ gcc texi2html nfs-kernel-server

สรางไดเรกทอรสำหรบเกบ root filesystem ของระบบปฏบตการ Embedded Linux ดวยโปรโตคอลประยกต NFS (Network File System) ผานระบบเครอขาย LAN

$ mkdir ~/nfsroot

แลวทำการตงคาไดเรกทอรทตองการแชรผาน NFS ภายในไฟล /etc/exports ดวยคำสงขางลางน

161


$ sudo vim /etc/exports /home/student/nfsroot *(rw,sync,no_root_squash,no_subtree_check)

เรมเรยกบรการ NFS Server ใหมอกครง

$ sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

ตดตงเครองมอ buildroot ซงเปน cross-compiling toolchain

$ wget http://buildroot.uclibc.org/downloads/buildroot-2013.05.tar.gz$ tar -xzvf buildroot-2013.05.tar.gz $ cd buildroot-2013.05/

ตงคาระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวเพอใหรองรบรายละเอยดของสถาปตยกรรมและรายละเอยดอนๆดงน

$ make menuconfig

โดยใหตงคาดงน:Target Architecture ==> ARM (little endian)

Target Architecture Variant ==> arm926t

Target ABI ==> EABI

System Configuration ==> serial port to run getty on (ttyAMA0)

Package Selection ==> Busybox

FileSystem Images ==> cpio the root filesystem และ tar the root filesystem

Kernel ==>ระบชอ defconfig เปน “versatile”

Kernel ==> Kernel binary format to zImage

162


http://buildroot.uclibc.org/downloads/buildroot-2013.05.tar.gz

http://buildroot.uclibc.org/downloads/buildroot-2013.05.tar.gz

163


164


$ make$ ls -al output/images/total 6712drwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-07-22 11:45 .drwxr-xr-x 8 student student 4096 2013-07-22 21:03 ..-rw-r--r-- 1 student student 1922560 2013-07-22 21:03 rootfs.cpio-rw-r--r-- 1 student student 858843 2013-07-22 21:03 rootfs.cpio.gz-rw-r--r-- 1 student student 2181120 2013-07-22 21:03 rootfs.tar-rw-r--r-- 1 student student 1895000 2013-07-22 11:44 uImage

$ cp output/images/uImage ~/qemu/

วาง root filesystem ไปยง ไดเรกทอร NFS ชอวา ~/nfsroot ทเครอง Host ไดเปดแชรไว

$ sudo tar -xvf rootfs.tar ~/nfsroot/$ sudo chown -R student:student ~/nfsroot

ขนตอนการสราง tun/tap device เพอกำหนดวงของระบบเครอขายทองถนภายในระหวาง QEMU และเครอง Host เพอใหระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวภายใน QEMU สามารถ mount ไดเรกทอร NFS ทเปดแชรไวบนเครอง Host ได โดยตงคา IP Address ใหกบเครอง Host เปน 192.168.1.1 และตงคา IP Address สำหรบอปกรณ target ซงในทนกคอ 192.168.1.101 ขนตอนตอไปทำการตดตงโปรแกรม uml-utilities (ทมคำสง tunctl) เพอใหสามารถจำลองสญญาณระบบเครอขาย (network traffic)

165


$ sudo apt-get install uml-utilities$ sudo tunctl -u $(whoami) -t tap1$ sudo ifconfig tap1 192.168.1.1$ sudo route add -net 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 dev tap1$ sudo sh -c "echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward"

ขนตอนสดทายทำการรนโปรแกรม QEMU เพอจำลองการทำงานบอรดสมองกลฝงตว (Versatile Board) และทำการโหลด root filesystem จากเครอง Host

$ qemu-system-arm -M versatilepb -m 128M -kernel ~/uImage -append "console=ttyAMA0 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.1:~/nfsroot ip=192.168.1.101" -net nic -net tap,ifname=tap1,script=no -nographicSet 'tap1' persistent and owned by uid 1000SIOCADDRT: File existsUncompressing Linux... done, booting the kernel.Booting Linux on physical CPU 0x0Linux version 3.9.4 (student@marabuntu) (gcc version 4.7.3 (Buildroot 2013.05) ) #1 Mon Jul 22 11:44:32 PDT 2013CPU: ARM926EJ-S [41069265] revision 5 (ARMv5TEJ), cr=00093177CPU: VIVT data cache, VIVT instruction cacheMachine: ARM-Versatile PBMemory policy: ECC disabled, Data cache writebacksched_clock: 32 bits at 24MHz, resolution 41ns, wraps every 178956msBuilt 1 zonelists in Zone order, mobility grouping on. Total pages: 32512Kernel command line: console=ttyAMA0 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.1:/home/student/nfsroot ip=192.168.1.101PID hash table entries: 512 (order: -1, 2048 bytes)Dentry cache hash table entries: 16384 (order: 4, 65536 bytes)Inode-cache hash table entries: 8192 (order: 3, 32768 bytes)__ex_table already sorted, skipping sortMemory: 128MB = 128MB totalMemory: 126192k/126192k available, 4880k reserved, 0K highmemVirtual kernel memory layout: vector : 0xffff0000 - 0xffff1000 ( 4 kB) fixmap : 0xfff00000 - 0xfffe0000 ( 896 kB) vmalloc : 0xc8800000 - 0xff000000 ( 872 MB) lowmem : 0xc0000000 - 0xc8000000 ( 128 MB) modules : 0xbf000000 - 0xc0000000 ( 16 MB) .text : 0xc0008000 - 0xc0342850 (3307 kB) .init : 0xc0343000 - 0xc035f87c ( 115 kB) .data : 0xc0360000 - 0xc0385440 ( 150 kB) .bss : 0xc0385440 - 0xc039f78c ( 105 kB)NR_IRQS:224VIC @f1140000: id 0x00041190, vendor 0x41FPGA IRQ chip 0 "SIC" @ f1003000, 13 irqsConsole: colour dummy device 80x30Calibrating delay loop... 300.44 BogoMIPS (lpj=1502208)pid_max: default: 32768 minimum: 301Mount-cache hash table entries: 512CPU: Testing write buffer coherency: okSetting up static identity map for 0xc027e748 - 0xc027e7a0NET: Registered protocol family 16DMA: preallocated 256 KiB pool for atomic coherent allocationsSerial: AMBA PL011 UART driverdev:f1: ttyAMA0 at MMIO 0x101f1000 (irq = 44) is a PL011 rev1console [ttyAMA0] enableddev:f2: ttyAMA1 at MMIO 0x101f2000 (irq = 45) is a PL011 rev1

166


dev:f3: ttyAMA2 at MMIO 0x101f3000 (irq = 46) is a PL011 rev1...Console: switching to colour frame buffer device 80x60brd: module loadedphysmap platform flash device: 04000000 at 34000000physmap-flash physmap-flash.0: map_probe failedsmc91x.c: v1.1, sep 22 2004 by Nicolas Pitre <[email protected]>eth0: SMC91C11xFD (rev 1) at c8800000 IRQ 57 [nowait]eth0: Ethernet addr: 52:54:00:12:34:56mousedev: PS/2 mouse device common for all miceTCP: cubic registeredNET: Registered protocol family 17VFP support v0.3: implementor 41 architecture 1 part 10 variant 9 rev 0eth0: link upIP-Config: Guessing netmask 255.255.255.0IP-Config: Complete: device=eth0, hwaddr=52:54:00:12:34:56, ipaddr=192.168.1.101, mask=255.255.255.0, gw=255.255.255.255 host=192.168.1.101, domain=, nis-domain=(none) bootserver=255.255.255.255, rootserver=192.168.1.1, rootpath=input: AT Raw Set 2 keyboard as /devices/fpga:06/serio0/input/input0input: ImExPS/2 Generic Explorer Mouse as /devices/fpga:07/serio1/input/input1VFS: Mounted root (nfs filesystem) on device 0:9.Freeing init memory: 112KStarting logging: OKInitializing random number generator... done.Starting network...ip: RTNETLINK answers: File exists

Welcome to Burapha Embedded System LabBurapha login: # ls# ls -altotal 20drwxr-xr-x 2 default default 4096 Jul 23 2013 .drwxr-xr-x 17 default default 4096 Jul 23 2013 ..-rw------- 1 root root 10 Jul 23 2013 .ash_history-rw-r--r-- 1 default default 0 May 31 2013 .bash_history-rw-r--r-- 1 default default 175 May 31 2013 .bash_logout-rw-r--r-- 1 default default 161 May 31 2013 .bash_profile#

167


mailto:[email protected]


ตวอยางการสรางระบบจำลองเสมอนของบอรด RASPBERRY PI บน QEMU

ดาวนโหลดไฟล image ของบอรด Raspberry PI จาก http://www.raspberrypi.org/downloads และใหทำการเปลยนชอไฟลเปน wheezy-raspbian.img ดงขนตอนขางลางน

$ unzip 2013-07-26-wheezy-raspbian.zip$ mv 2013-07-26-wheezy-raspbian.img ~/qemu/wheezy-raspbian.img

ใชคำสง file เพอดรายละเอยดพารทชนภายในไฟล wheezy-raspbian.img

$ file wheezy-raspbian.imgwheezy-rasbian.img: x86 boot sector; partition 1: ID=0xc, starthead 130, startsector 8192, 114688 sectors; partition 2: ID=0x83, starthead 165, startsector 122880, 3665920 sectors, code offset 0xb8

นำคา startsector (122880) จาก partition 2 มาคณกบคา 512 จะไดคา offset เทากบ 62914560 แลวใหนำคา offset การใชในการ mount ไฟลชอ wheezy-raspbian.img เพอใหชไปยงไดเรกทอร /mnt ดงคำสงขางลางน

$ sudo mount wheezy-raspbian.img -o offset=62914560 /mnt

แกไขไฟล /mnt/etc/ld.so.preload แลวปดบรรทดคำสงดวยเครองหมาย # เพอไมใหโหลดไลบราร ดงขางลางน

...# /usr/lib/arm-linux-gnueabihf/libcofi_rpi.so...

$ sudo umount /mnt

กอนรนโปรแกรม QEMU จำเปนตองดาวนโหลดลนกซคอรเนลเฉพาะสำหรบบอรด Raspberry Pi

168


http://www.raspberrypi.org/downloads




$ cd ~/qemu/$ wget http://xecdesign.com/downloads/linux-qemu/kernel-qemu$ qemu-system-arm -kernel ~/qemu/kernel-qemu -cpu arm1176 -m 256 -M versatilepb -no-reboot -serial stdio -append "root=/dev/sda2 panic=1" -hda ~/qemu/wheezy-raspbian.img

จากหนาตางขางบนจะสงเกตเหนวามการแสดงขอความลมเหลวจากการอานระบบไฟล (filesystem) เนองจากไมใชสทธ root ดงนนจะตองทำการซอมระบบไฟลดวยคำสงในฐานะ root อกครง

$ sudo fsck /dev/sda2

คำสง fsck กจะทำการตรวจสอบและซอมระบบไฟลดงแสดงในรปขางลาง

ในกรณตองการตงคาสำหรบบอรด Raspberry Pi โดยเฉพาะ สามารถรนคำสงดงน

root@raspberrypi# raspi-config

169


จากเมนดานบนสามารถตงคาอนตามทตองการไดเชน ตองการใหบทเขาส GUI Mode ดงนนใหเลอกขอท 3 (Enable Boot to Desktop) และเรมบทเขาระบบใหมอกครงกจะเขาส GUI Mode ดงแสดงขางลาง

รปท 3.29 แสดงการเขาสระบบปฏบตการภายใน Raspberry Pi บน QEMU

170


ตวอยางการสรางระบบจำลองเสมอนของบอรด Friendly ARM (Mini2440) บน QEMU

บอรด FriendlyARM Mini2440 หรอนยมเรยกสนๆวาบอรด Mini2440 ไดถกออกแบบในลกษณะเปนบอรดชนด SBC (Single-Board Computer) ทใชหนวยประมวลผลกลาง ARM9 ซงเปน System-on-Chip รน Samsung S3C2440

รปท 3.30 บอรด Friendly ARM Mini2440

นกพฒนาสามารถเรยนรการทำงานของระบบปฏบตการภายในบอรด Mini2440 โดยเลนอยบนโปรแกรม QEMU ทจำลองการทำงานของบอรด โดยทำการตดตงโปรแกรมและแพกเกตทเกยวของดงตอไปน (อางองมาจาก http://project4fun.com/node/33)

$ sudo apt-get -y update$ sudo apt-get -y install build-essential$ sudo apt-get -y install git-core$ sudo apt-get -y install zlib1g-dev$ sudo apt-get -y install libsdl-console-dev$ sudo apt-get -y install ia32-libs$ sudo apt-get -y install bridge-utils$ sudo apt-get -y install uml-utilities$ sudo apt-get -y install qemu-utils$ sudo apt-get -y install nbd-client$ sudo apt-get -y install kpartx

ตดตง cross-compiling toolchains

# cd /opt# wget http://dl-12.one2up.com/onetwo/content/2012/12/24/614ca76f9a53c060bd8cfa7effd541f6.tgz# mv 614ca76f9a53c060bd8cfa7effd541f6.tgz arm920t-eabi.tgz

171


http://dl-12.one2up.com/onetwo/content/2012/12/24/614ca76f9a53c060bd8cfa7effd541f6.tgz




# tar xzvf arm920t-eabi.tgz -C /# export PATH=\$PATH:/opt/toolchains/arm920t-eabi/bin# export CROSS_COMPILE=arm-angstrom-linux-gnueabi-

คดลอกขอมลจาก git://repo.or.cz/qemu/mini2440.git ดงน

$ mkdir ~/eeburapha/qemu$ cd ~/eeburapha/qemu$ git clone git://repo.or.cz/qemu/mini2440.git...Receiving objects: 100% (xxxxx/xxxxx), xx.xx MiB | xxxx KiB/s, done.Resolving deltas: 100% (xxxxx/xxxxx), done.

คอมไพลไบนาร qemu ทซพพอรต Mini2440

$ cd mini2440$ wget http://dl-10.one2up.com/onetwo/content/2013/9/10/fde6b403a54066a6aa13838f7588b91e.patch$ mv fde6b403a54066a6aa13838f7588b91e.patch bug_SIGFPE.patch$ patch –p0 < bug_SIGFPE.patch$ ./configure --target-list=arm-softmmu$ make

แกไขไฟล mini2440_start.sh ใหมรายละเอยดดงขางลางน

$ vim ~/eeburapha/qemu/mini2440/mini2440/mini2440_start.shecho Starting in $basename_nand="$base/mini2440_nand.bin"name_sd="$base/sd.img"if [ ! -f "$name_nand" ]; thenecho $0 : creating NAND empty image : "$name_nand"dd if=/dev/zero of="$name_nand" bs=528 count=131072ficmd="$base/../arm-softmmu/qemu-system-arm \-M mini2440 $* \-serial stdio \-mtdblock "$name_nand" \-sd $name_sd \-show-cursor \-usb -usbdevice keyboard -usbdevice mouse \-net nic,vlan=0 \-net tap,vlan=0,ifname=tap1,script=/etc/qemu-ifup \-monitor telnet::5555,server,nowait"echo $cmd$cmd

สรางไฟล network.sh

$ vim network.sh

172


http://dl-10.one2up.com/onetwo/content/2013/9/10/fde6b403a54066a6aa13838f7588b91e.patch




#!/bin/shsudo chown root.users /dev/net/tunsudo chmod g+rw /dev/net/tunsudo brctl addbr br0sudo ifconfig eth0 0.0.0.0 promiscsudo brctl addif br0 eth0sudo dhclient br0sudo tunctl -t tap1 -u `whoami`

$ chmod 755 network.sh

สรางไฟล qemu-ifup ไวในไดเรกทอร /etc/

$ vim qemu-ifup#!/bin/shecho "Executing /etc/qemu-ifup"echo "Bringing up $1 for bridged mode..."sudo /sbin/ifconfig $1 0.0.0.0 promisc upecho "Adding $1 to br0..."sudo /sbin/brctl addif br0 $1sleep 2

$ chmod 755 qemu-ifup

สรางไฟล u-boot.bin

$ cd ~/eeburapha/qemu/mini2440/mini2440$ mkdir uboot$ cd uboot$ git clone git://repo.or.cz/u-boot-openmoko/mini2440.git$ cd mini2440$ make mini2440_config$ make alldd if=u-boot.bin of=u-boot-nand2k.bin bs=2K conv=sync119+1 records in120+0 records out245760 bytes (246 kB) copied, 0.000734641 s, 335 MB/sdd if=u-boot.bin of=u-boot-nand16k.bin bs=16K conv=sync14+1 records in15+0 records out245760 bytes (246 kB) copied, 0.000435712 s, 564 MB/s

แลวใหทำการคดลอกไฟล u-boot.bin กลบไปยงไดเรกทอร ~/eeburapha/qemu/mini2440/mini2440

สรางไฟล sd image

$ cd eeburapha/qemu/mini2440/

173


$ qemu-img create sd.img 256MFormatting 'sd.img', fmt=raw size=268435456$ sudo modprobe nbd$ sudo modprobe dm-mod$ qemu-nbd -p 24561 sd.img &$ sudo nbd-client localhost 24561 /dev/nbd0Negotiation: ..size = 256MBbs=1024, sz=268435456 bytes$ sudo fdisk -u=cylinders /dev/nbd0Device contains neither a valid DOS partition table, nor Sun, SGI or OSF disklabelBuilding a new DOS disklabel with disk identifier 0xe5f5bdf3.Changes will remain in memory only, until you decide to write them.After that, of course, the previous content won't be recoverable.

Warning: invalid flag 0x0000 of partition table 4 will be corrected by w(rite)

WARNING: cylinders as display units are deprecated. Use command 'u' to change units to sectors.

Command (m for help): oBuilding a new DOS disklabel with disk identifier 0x1999a406.Changes will remain in memory only, until you decide to write them.After that, of course, the previous content won't be recoverable.

Warning: invalid flag 0x0000 of partition table 4 will be corrected by w(rite)

WARNING: cylinders as display units are deprecated. Use command 'u' to change units to sectors.

Command (m for help): nPartition type: p primary (0 primary, 0 extended, 4 free) e extendedSelect (default p): pPartition number (1-4, default 1): 1First cylinder (1-32, default 1):Using default value 1Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1-32, default 32): +50MB

Command (m for help): tSelected partition 1Hex code (type L to list codes): bChanged system type of partition 1 to b (W95 FAT32)

Command (m for help): nPartition type: p primary (1 primary, 0 extended, 3 free) e extendedSelect (default p): pPartition number (1-4, default 2): 2First cylinder (7-32, default 7):Using default value 7

174


Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (7-32, default 32):Using default value 32

Command (m for help): p

Disk /dev/nbd0: 268 MB, 268435456 bytes255 heads, 63 sectors/track, 32 cylindersUnits = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytesSector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytesI/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytesDisk identifier: 0x1999a406

Device Boot Start End Blocks Id System/dev/nbd0p1 1 7 55203 b W95 FAT32/dev/nbd0p2 7 32 200813 83 Linux

Command (m for help): wThe partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.

WARNING: If you have created or modified any DOS 6.xpartitions, please see the fdisk manual page for additionalinformation.Syncing disks.

$ sudo kpartx -a /dev/nbd0$ sudo mkfs.vfat /dev/mapper/nbd0p1$ sudo mkfs.ext3 /dev/mapper/nbd0p2$ mkdir disk$ sudo mount /dev/mapper/nbd0p2 ./disk$ mkdir -p disk/boot$ sudo mount /dev/mapper/nbd0p1 ./disk/boot$ wget http://mini2440.googlecode.com/files/emdebian-grip-090306-armel-lenny-installed.tar.bz2$ (cd disk; sudo tar jxf ../emdebian-grip-090306-armel-lenny-installed.tar.bz2)$ sudo umount disk/boot disk$ sudo nbd-client -d /deb/nbd0

แลวใหทำการคดลอกไฟล sd.img ไปวางไวท ~/eeburapha/qemu/mini2440/mini2440 และเรมการรน mini2440 ดวยคำสง

$ cd ~/eeburapha/qemu/mini2440/mini2440$ ./network.shSet 'tap1' persistent and owned by uid 1000$ ./ mini2440_start.sh

*** Warning - bad CRC or NAND, using default environment

175


http://mini2440.googlecode.com/files/emdebian-grip-090306-armel-lenny-installed.tar.bz2




USB: S3C2410 USB DevicedERROR: usbd_device_event_irq(), 613: (3401ea64,1) NULL device or device->busERROR: usbd_device_event_irq(), 613: (3401ea64,2) NULL device or device->busERROR: usbd_device_event_irq(), 613: (3401ea64,3) NULL device or device->busIn: serialOut: serialErr: serialMAC: 08:08:11:18:12:27Hit any key to stop autoboot: 0 MINI2440 #

ทำการฟอรแมท nand

# nand scrub"NAND scrub: device 0 whole chipWarning: scrub option will erase all factory set bad blocks! There is no reliable way to recover them. Use this command only for testing purposes if you are sure of what you are doing!

Really scrub this NAND flash? <y/N>Erasing at 0x3ffc000 -- 100% complete.Bad block table not found for chip 0Bad block table not found for chip 0OK

สราง bad block table

# nand createbbtCreate BBT and erase everything ? <y/N>Skipping bad block at 0x03ff0000 Skipping bad block at 0x03ff4000 Skipping bad block at 0x03ff8000 Skipping bad block at 0x03ffc000

Creating BBT. Please wait ...Bad block table not found for chip 0Bad block table not found for chip 0Bad block table written to 0x03ffc000, version 0x01Bad block table written to 0x03ff8000, version 0x01

สรางทเกบขอมลตวแปรระบบ (env)

# dynenv set 40000device 0 offset 0x40000, size 0x3fc000045 4e 56 30 - 00 00 04 00

ขนตอนสดทายทำการ reset จะได emulator ทพรอมใชงานโดยสามารถคดลอกขอมลใส sd.img ได

# resetS3C: CLK=240 HCLK=240 PCLK=240 UCLK=57QEMU mini2440_reset: loaded default u-boot from NAND

176


QEMU mini2440_reset: loaded override u-boot (size 3c000)S3C: CLK=240 HCLK=240 PCLK=240 UCLK=48S3C: CLK=304 HCLK=304 PCLK=304 UCLK=48S3C: CLK=304 HCLK=101 PCLK=50 UCLK=48S3C: CLK=304 HCLK=76 PCLK=38 UCLK=48S3C: CLK=304 HCLK=76 PCLK=38 UCLK=48S3C: CLK=405 HCLK=101 PCLK=50 UCLK=48

U-Boot 1.3.2-moko12 (Jun 26 2009 - 18:16:16)

I2C: readyDRAM: 64 MBFlash: 2 MBNAND: 64 MiBFound Environment offset in OOB..USB: S3C2410 USB DevicedIn: serialOut: serialErr: serialMAC: 08:08:11:18:12:27Hit any key to stop autoboot: 0MINI2440 #

177


บทท 4 พนฐานการเขยนโปรแกรมภาษา C/C++ และ QT สำหรบนกพฒนา

พนฐานการเขยนโปรแกรมภาษา C/C++ สำหรบการพฒนาบนระบบสมองกลฝงตว

ในมมมองการพฒนาโปรแกรมภายใตระบบปฏบตการลนกซทอยบนระบบสมองกลฝงตวนนจะไมแตกตางจากการพฒนาโปรแกรมภายใตระบบปฏบตการลนกซบนเครองคอมพวเตอรทวไป ดงนนนกพฒนาทคนเคยกบการเขยนโปรแกรมพนฐานไมวาจะเปนโปรแกรมภาษาซ/ซพลสพลส ไมจำเปนตองเพมเตมทกษะอะไรมากมายเปนพเศษ เนองจากไลบรารหรอโปรแกรมทพฒนาจากนกพฒนาคนอนๆเกอบทงหมดนน จะยงคงสามารถนำมาคอมไพลและทำงานไดเชนเดม แตอยางไรกตามสงทนกพฒนาโปรแกรมภายใตระบบสมองกลฝงตวตองพงระวงคอขอจำกดทางดานทรพยากรภายในระบบสมองกลฝงตวไมวาจะเปนความเรวในการประมวลผลกลาง พนทหนวยความจำ พนทตวเกบขอมลแบบชวคราวหรอถาวร รวมทงการใชพลงงานไฟฟาจากแบตเตอร เปนตน

ภาษาโปรแกรมทเหมาะสมสำหรบระบบสมองกลฝงตวคงปฏเสธไมไดทจะเรมตนดวยภาษาซ (C Language) เนองจากเปนภาษาพนฐานทใชในการพฒนาโปรแกรมระบบภายในระบบปฏบตการลนกซและเปนไลบรารมากกวารอยละ 80 ดงนนเมอนกพฒนาตดตงระบบปฏบตการลนกซพนฐานลงไปในเครองคอมพวเตอรแลวกสามารถเรมตนเขยนโปรแกรมไดทนท รวมทงยงสามารถเรยกใชไลบรารพนฐานตางๆไดเชน การจดการระบบไฟล การจดการอปกรณ I/O การจดการระบบเครอขาย ระบบจดการโปรเซส เปนตน นอกจากนนภาษาซพลสพลส (C++) ซงมพนฐานของการเขยนโปรแกรมเชงวตถ (Object oriented Programming - OOP) เหมาะกบนกพฒนาทตองการพฒนาโปรแกรมประยกตทมความซบซอนและมขนาดใหญรวมถงการใชแนวคดในการพฒนาโปรแกรมแนวใหมดวยวธการแบบ OOP นกพฒนาจะตองตดตงตวคอมไพล (Compiler) เครองมอ (C++ Tools) และไลบราร (C++ library) เพมเตมเพอใหสามารถรองรบการเขยนโปรแกรมภาษาซพลสพลสไดอยางสมบรณ

178


พนฐานการสราง MAKEFILE

Makefile (GNU automake system) คอภาษาโปรแกรมประเภทหนงทเปนการรวมเอาคำสงหรอสครปททชวยใหการคอมไพลโคดโปรแกรมเพอใหสะดวกขน โดยขนตอนการคอมไพลนนจะใชคำสง make ซงเปนคำสงทสามารถถกเรยกใชงานไดอยบนเชลล โดยจะทำการอานรายละเอยดทอยภายในไฟลชอ “Makefile” ซงบรรจการตงคาการคอมไพลตางๆไว เชน การอางองไลบรารทเกยวของ โคดไฟลเสรมทเกยวของ เปนตน องคประกอบภายใน Makefile ประกอบไปดวย

(Macros)! VARIABLE DECLARATIONS

(Targets)! TARGET:! DEPENDENCIES! ! RULES TO BUILD TARGET

โดยท (Macros) จะถกเขยนอยในรปแบบการกำหนดคาตวแปร ตวอยางเชน

CC=gccOPT=-g

เมอถกเรยกภายใน (Targets) จะเขยนตามรปแบบขางลางน

$(CC) a_source_file.c

นอกจากนนยงสามารถระบไดมากกวาหนงตวแปรเพอใหกลายเปนตวแปรใหม ดงตวอยางขางลาง

COMP = $(CC) $(OPT)

รายการ (Targets) คอรายการทระบไววาใหทำการคอมไพลไฟลทระบไว (dependencies) ซงวธการเขยนนนคอนขางมรายละเอยดในการจดรปแบบโดยเฉพาะการใช whitespace (spacebar และ tab) ถาไมไดจดตามรปแบบดงแสดงขางลางคำสง make กอาจจะไมสามารถอานสครปทเพอใชคอมไพลได ดงแสดงขางลาง tab space space | | |target:" dependency1 dependency2 dependency3" rule1" rule2" rule3^^^^^|tab

179


ตวอยางไฟล Makefile อยางงายแบบท 1all: hello

hello: main.o factorial.o hello.o! g++ main.o factorial.o hello.o -o hellomain.o: main.cpp! g++ -c main.cppfactorial.o: factorial.cpp! g++ -c factorial.cpphello.o: hello.cpp! g++ -c hello.cppclean:! rm -rf *o hello

ตวอยางไฟล Makefile อยางงายแบบท 2ใช macro เพอสรางตวแปร CC และ CFLAGS

# the compiler to useCC=g++# options passed to the compilerCFLAGS=-c -Wall

all: hello

hello: main.o factorial.o hello.o! $(CC) main.o factorial.o hello.o -o hellomain.o: main.cpp! $(CC) $(CFLAGS) main.cppfactorial.o: factorial.cpp! $(CC) $(CFLAGS) factorial.cpphello.o: hello.cpp! $(CC) $(CFLAGS) hello.cppclean:! rm -rf *o hello

ตวอยางไฟล Makefile อยางงายแบบท 3สรางตวแปร SOURCES, OBJECTS และ EXECUTABLE เพอรวมไฟลโปรแกรมเขาดวยกน

CC=g++CFLAGS=-c -WallLDFLAGS=SOURCES=main.cpp hello.cpp factorial.cppOBJECTS=$(SOURCES:.cpp=.o)EXECUTABLE=hello

all: $(SOURCES) $(EXECUTABLE)!

180


$(EXECUTABLE): $(OBJECTS) ! $(CC) $(LDFLAGS) $(OBJECTS) -o [email protected]:! $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@clean:! rm -rf $(OBJECTS) $(EXECUTABLE)

ตวอยางไฟล Makefile อยางงายแบบท 4ในกรณทมการอางอง (include) ไฟล header (.h) เพมหรอไลบรารภายนอกเพมเตม จะตองใส option -I และ -l เพมเขาไป

CC=g++CFLAGS=-c -WallLDFLAGS=SOURCES=main.cpp hello.cpp factorial.cppOBJECTS=$(SOURCES:.cpp=.o)MY_INCLUDES=/home/student/project/myLib/MY_LIBRARIES=zlib fltkEXECUTABLE=hello

all: $(SOURCES) $(EXECUTABLE)!$(EXECUTABLE): $(OBJECTS) ! $(CC) -I$(MY_INCLUDES) $(LDFLAGS) $(OBJECTS) -o $@ -l$(MY_LIBRARIES)@echo “Compile hello completed...” .cpp.o:! $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@@echo “Compile all object files completed...”clean:! rm -rf $(OBJECTS) $(EXECUTABLE)@echo “Clean all object files and hello program done...”

การสรางและอางองไลบรารขบวนการคอมไพลในระบบปฏบตการลนกซจากโคดโปรแกรม (source code) จนกลายมาเปน

โปรแกรมทสามารถใชงานหรอรนได (executable file) นน ประกอบไปดวยหลายขนตอนดงแสดงในรปขางลาง โดยมขนตอนคอเมอมการคอมไพลโคดโปรแกรม (.c) จะไดไฟลออกมาเปนชนดไบนารไฟล ทเรยกวา ออพเจคโคด (object code) ซงมนามสกลไฟลเปน “.o” ไฟลออพเจคโคดเหลานสามารถถกรวมกนโดยใชโปรแกรม ar (archiver) เพอใหกลายเปนไฟลไลบรารหรอจะถกแปลงใหเปนโปรแกรมทสามารถรนได (executable file) ดวยโปรแกรม ld (linker)

181


ไฟลโคดโปรแกรม (.c)

Compiler ไฟลออปเจค (.o)

ไลบราร (.a หรอ .so)Archiver

โปรแกรม (executable)

ไฟลไลบรารทเกยวของ

ไฟลโคดโปรแกรม (.c)

Compiler ไฟลออปเจค (.o) Linker

ไฟล Embedded Binary/Hex)

Translator

รปท 4.1 แสดงขนตอนการสรางไฟลไลบรารและโปรแกรมสำหรบเขยนลงบอรดสมองกลฝงตว

ในกรณทเปนระบบคอมพวเตอรทวไป ตวไลบรารและไฟลออพเจคโคดนนจะถกเชอมรวมกนจนกลายเปนไฟลโปรแกรม (executable file) แตในกรณระบบสมองกลฝงตวทใชไมโครคอนโทรเลอรนนจะตองนำไฟลโปรแกรมมาแปลงใหเปนไฟลแบบไบนารหรอไมกเปนไฟลสกล .hex เสยกอนเพอทจะสามารถถกโหลดเขาไปในหนวยความจำแบบแฟลชของบอรดสมองกลฝงตวได

จากตวอยางขางลางเปนตวอยางพนฐานในการเขยนโปรแกรมทจะตองมการสรางไลบรารและพฒนาโปรแกรมเพอเรยกใชไลบราร ในตารางขางลางแสดงโคดโปรแกรมทมอย 2 ไดเรกทอรยอยไดแก ไดเรกทอร src/ และ ไดเรกทอร inc/

ไดเรกทอร SRC/ ไดเรกทอร INC/

main.c

func1.c func1.h

func2.c func2.h

182


ไดเรกทอร SRC/ ไดเรกทอร INC/

func3.c func3.h

รายละเอยดในการสรางไลบรารนนจะมดวยกน 2 แบบคอ สแตตกไลบราร (static library) และ ไดนามกไลบราร (dynamic library) ดงตวอยางขางลาง

ตวอยางการสรางไลบรารชนด static

$ gcc -c src/func1.c src/func2.c src/func3.c -I./inc

$ ar libmine.a func1.o func2.o func3.o

ตวอยางการสรางไลบรารชนด dynamic

$ gcc -shared -o libmine.so func1.o func2.o func3.o -I./inc

เมอสรางไลบรารเรยบรอยแลวสามารถนำไลบรารเหลานไปใชกบโปรเจคอนๆได ดงตวอยางขางลาง

$ gcc src/main.c libmine.a -I/inc -o myprogram

หรอ

$ gcc src/main.c -lmine -L./ -I/inc -o myprogram

เพอความสะดวกในการคอมไพลโปรแกรมและอางองไลบรารตางๆ สามารถสรางไฟล Makefile ดงตวอยางขางลาง CC=gccCFLAGS=-c -WallLDFLAGS=SOURCES=main.cOBJECTS=$(SOURCES:.c=.o)MY_INCLUDES=/home/student/project/inc/# MY_STATIC_LIBRARIES=libmine.aMY_DYNAMIC_LIBRARIES=mineEXECUTABLE=myprogram

all: $(SOURCES) $(EXECUTABLE)!$(EXECUTABLE): $(OBJECTS) ! $(CC) -I$(MY_INCLUDES) $(LDFLAGS) $(OBJECTS) -o $@ -l$(MY_DYNAMIC_LI-BRARIES)@echo “Compile hello completed...”

.c.o:! $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

183


@echo “Compile all object files completed...”

clean:! rm -rf $(OBJECTS) $(EXECUTABLE)@echo “Clean all object files and hello program done...”

การพฒนาโปรแกรมเพอเขาถงระบบไฟลในระบบสมองกลฝงตวนกพฒนามโอกาสในการทจะตองทำการบนทกขอมลทไดจากการรบคา

สถานะจากเซนเซอรตางๆเพอเกบลงไปในไฟลหรอจะทำการเปดอานไฟลทระบบปฏบตการไดบนทกขอมลไวแลว ดงนนการพฒนาโปรแกรมเพอเขาถงระบบไฟลจงเปนพนฐานแรกๆของการเรยนรของนกพฒนา โดยการเรยกฟงกชนทเตรยมไวใหภายในไลบราร stdio.h ดงตวอยางขางลาง

#include <stdio.h>

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);int fflush(FILE *stream);int fclose(FILE *stream);

การเขาถงระบบไฟลนนมอย 3 โหมดไดแก อานไดเทานน (O_RDONLY) เขยนไดเทานน (O_WRONLY) และ อานและแกไขได (O_RDWR)

ตวอยางโปรแกรมสำหรบการอานไฟลและแกไขไฟล// file_manipulation.c#include <stdio.h>#include <string.h>

int usage(){

printf("\n"); printf("Usage : file Manipulation [OPTION] [FILE]\n"); printf("Demo for text file operation, read and write. [Jamp II]\n"); printf(" -r \t\t read operation\n"); printf(" -w \t\t write operation\n"); printf("\n");

return 0;}

int check_operation(char *opt){

184


if(!strcmp(opt, "-r")){ // read operation return 0; } else if(!strcmp(opt, "-w")){ // write operation return 1; } else{ // error return -1; }}

int main(int argc, char *argv[]){

FILE *file; int opt;

// check for argument if(argc != 3){ usage();

return 0; }

// check for getting operation if((opt = check_operation(argv[1])) < 0){ usage();

return 0; }

// start file operation if(file = fopen(argv[2], (argv[1]+1))){ char dataBuf[256];

if(opt == 0){ // READ printf("****************** READ *******************\n");

while(fgets(dataBuf, 256, file) != 0){ printf("%s", dataBuf);

memset(dataBuf, 0, 256); } printf("*******************************************\n"); } else{ // WRITE printf("***************** WRITE *******************\n"); while(1){ memset(dataBuf, 0, 256);

gets(dataBuf);

185


if(!strcmp(dataBuf, ":exit")) break;

fprintf(file, "%s\n", dataBuf); }

printf("*******************************************\n"); }

fclose(file); } else{ printf("Can not open file\n"); }

return 0;}

ตวอยางไฟล Makefile สำหรบโปรแกรม file_manipulation.c เพอทำการคอมไพลดวยโปรแกรมคำสง arm-linux-gcc สำหรบสถาปตยกรรม ARM## Makefile!: File Manipulation sample Program ## Macro# CROSS_COMPILE= CROSS_COMPILE=arm-linux-CC=$(CROSS_COMPILE)gccCFLAGS=-OsLDFLAGS=-Os -static

# Targetsall: file_manipulation

fileOpt: file_manipulation.o! $(CC) $(LDFLAGS) $< -o $@

fileOpt.o: file_manipulation.c! $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

clean: ! rm -rf *.o file_manipulation

186


การพฒนาโปรแกรมตดตอผานพอรตอนกรมการส อสารขอมลแบบอนกรมเปนรปแบบการส อสารขอมลรากฐานตวหน งท ใชกบอปกรณ

คอมพวเตอรผานพอรตอนกรมเชน โมเดม, เมาส หรอ คยบอรด โดยรปแบบการสอสารของพอรตชนดนจะเปนการสงขอมลแบบทละบต (bit-by-bit) บนมาตรฐานการสงขอมลแบบ RS-232 ซงจะตางจากพอรตขนาน (parallel port) ทจะมการสงขอมลพรอมกนทละหลายๆบต (8-bit) โดยความเรวของการสงขอมลแบบอนกรมจะขนอยกบความถทเลอกใชในการสงขอมล ขอดของการสอสารขอมลแบบอนกรมคอสามารถสงขอมลไดในระยะทางทไกลกวาและใชสายสญญาณทนอยกวาการสอสารขอมลแบบขนาน

ประเภทของการสอสารแบบอนกรมแบงตามลกษณะสญญาณในการสงได 2 แบบ ไดแก

1. การสอสารแบบซงโครนส (Synchronous) เปนการสอสารขอมลโดยใชสญญาณนาฬกาในการควบคมจงหวะของการรบสงสญญาณ

รปท 4.2 แสดงการสงขอมลแบบซงโครนส

2. การสอสารแบบอะซงโครนส (Asynchronous) เปนการสอสารทใชสายขอมลเพยงตวเดยว จะใชรปแบบของการสงขอมล (Bit Pattern) เปนตวกำหนดวาสวนไหนเปนสวนเรมตนขอมล สวนไหนเปนตวขอมล สวนไหนจะเปนตวตรวจสอบความถกตองของขอมล และสวนไหนเปนสวนปดทายของขอมล โดยตองกำหนดใหสญญาณนาฬกาเทากนทงภาคสงและภาครบ

รปท 4.3 แสดงการสงขอมลแบบอะซงโครนส

ระบบสอสารภายในระบบสมองกลฝงตวสวนใหญจะเปนแบบอะซงโครนส ซงมความสามารถในการทำหนาทรบและสงขอมลแบบไมตองมสญญาณนาฬกาพวงไปดวย เรยกวา UART (Universal Asyn-chronous Receiver Transmitter) โดยสวนใหญจะใชมาตรฐานการสอสารแบบ RS-232 ถาตดตงบนคอมพวเตอรทวไปจะเรยกวา COMPORT เมอเขามาตรฐาน RS-232 แลวระดบแรงดนตองปรบเปลยนใหเปนไฟบวกลบเพอลดสญญาณรบกวนและสามารถสงไปไดระยะทางหลายสบเมตร สำหรบในไมโครคอนโทรลเลอร เชน PIC, MCS-51 หรอ AVR สวนใหญจะมโมดล UART ทมอยภายในเพอชวยในการสอสารขอมลระหวางตวไมโครคอนโทรลเลอรและคอมพวเตอรแตจะมระดบสญญาณเปนระดบสญญาณ TTL (5V) หากตองการเชอมตอกบคอมพวเตอรโดยตรงจะตองตอวงจรเพมเตมเพอทำการแปลงระดบแรงดนดวยไอซ MAX232

187


ขาสญญาณทใชในการสอสารสวนใหญจะม 2 ขาหลกคอขารบขอมล (RxD) และ ขาสงขอมล (TxD) โดยมาตรฐานการสอสารจะตองตรงกนทงตวรบและตวสง เชนบอดเรต (baudrate) 9600 บตตอวนาท จำนวนบตเรม บตหยด บตพารต และจำนวนบตขอมล

ตาราง 4.1 ไฟลชนด character ตางๆทอยภายในไดเรกทอร /dev

อปกรณ ชอไฟล MAJOR MINOR

Parallel port 0 /dev/lp0 หรอ /dev/par0 6 0

Parallel port 1 /dev/lp1 หรอ /dev/par1 6 1

1st Serial port /dev/ttyS0 4 64

2nd Serial port /dev/ttyS1 4 65

IDE tape drive /dev/ht0 37 0

1st SCSI tape drive /dev/st0 9 0

2nd SCSI tape drive /dev/st1 9 1

System Console /dev/console 5 1

1st Virtual Terminal /dev/tty1 4 1

2nd Virtual Terminal /dev/tty2 4 2

Process current terminal /dev/tty 5 0

Sound card /dev/audio 14 4

ตวอยางการเขยนโปรแกรมเพอตดตอผานพอรตอนกรม (/dev/ttySx หรอ /dev/ttyUSBx) ภายใตระบบปฏบตการลนกซ// serial_thread.c#include <stdio.h> /* Standard input/output definitions */#include <string.h> /* String function definitions */#include <unistd.h> /* UNIX standard function definitions */#include <fcntl.h> /* File control definitions */#include <errno.h> /* Error number definitions */#include <termios.h> /* POSIX terminal control definitions */#include <pthread.h> /* Create pthread to run reading prog in background */

struct serial_data { int fd, nbytes, portsite; /* device file */ char *bufptr; /* set pointer of buffer */ char buffer[255], data[255]; /* target buffer to get from pointer */};

struct serial_data ffuart;

void *ffuart_thread() { ffuart.portsite = 1;

188


ffuart.fd = open("/dev/ttyS1", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY); if (ffuart.fd == -1) { /* Could not open the port. */ perror("open_port: Unable to open /dev/ttyS1 - "); } else { struct termios options; fcntl(ffuart.fd, F_SETFL, 0); tcgetattr(ffuart.fd, &options); cfsetispeed(&options, B9600); cfsetospeed(&options, B9600); options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); options.c_cflag |= PARENB; options.c_cflag &= ~PARODD; options.c_cflag &= ~CSTOPB; options.c_cflag &= ~CSIZE; options.c_cflag |= CS8; options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); options.c_oflag &= ~OPOST; options.c_cc[VMIN] = 0; options.c_cc[VTIME] = 10; tcsetattr(ffuart.fd, TCSANOW, &options); printf("Port is scanning. ^^\n"); ffuart.bufptr = ffuart.buffer; /* set buffer to get from pointer */ printf("Hey! You Reading yet.\n"); printf("Now working in ST Port.\n"); while (1) { printf("ReadingFF\n"); ffuart.nbytes = read(ffuart.fd, ffuart.buffer, 255); if (ffuart.nbytes != 0) { ffuart.buffer[8] = '\0'; printf("From %d side : %s\n", ffuart.portsite, ffuart.buffer); } } } close(ffuart.fd);}

int main() { pthread_t ff_tid; int rc; printf("FF_Thread creating!!\n"); rc = pthread_create(&ff_tid, NULL, ffuart_thread, (void *) NULL); if (rc) { printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\r\n", rc); exit(-1); } printf("FF_Thread created!!\t[Complete!!]\n"); pthread_join(ff_tid, NULL); printf("Created all!!\t[Complete!!]\n"); pthread_exit(NULL);}

189


ตวอยางไฟล Makefile สำหรบโปรแกรม serial_thread.c ททำงานไดบนสถาปตยกรรม ARM

## Makefile! : Serial communication Sample Program #

CROSS_COMPILE=arm-linux-uclibc-CC=$(CROSS_COMPILE)gccSOURCES=serial_thread.cOBJECTS=$(SOURCES:.c=.o)CFLAGS=-OsLDFLAGS=-Os -lm -staticLIBRARIES=pthreadEXECUTABLE=serial_thread

all: $(SOURCES) $(EXECUTABLE)

$(EXECUTABLE): $(OBJECTS) ! $(CC) $(LDFLAGS) $(OBJECTS) -o $@ -l$(LIBRARIES)

.c.o:! $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

clean:! rm -rf $(OBJECTS) $(EXECUTABLE)

ตวอยางถดไปคอตวอยางการสอสารผานพอรตอนกรมระหวางเครองคอมพวเตอร 2 เครอง

// serial_chat.c#include <termios.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <sys/signal.h>#include <sys/types.h>

#define BAUDRATE B38400#define MODEMDEVICE "/dev/ttyS1"#define _POSIX_SOURCE 1 //POSIX compliant source#define FALSE 0#define TRUE 1

volatile int STOP=FALSE;

void signal_handler_IO (int status); //definition of signal handlerint wait_flag=TRUE; //TRUE while no signal receivedchar devicename[80];long Baud_Rate = 38400; // default Baud Rate (110 through 38400)long BAUD; // derived baud rate from command linelong DATABITS;long STOPBITS;

190


long PARITYON;long PARITY;int Data_Bits = 8; // Number of data bitsint Stop_Bits = 1; // Number of stop bitsint Parity = 0; // Parity as follows: // 00 = NONE, 01 = Odd, 02 = Even, 03 = Mark, 04 = Spaceint Format = 4;FILE *input;FILE *output;int status;

main(int Parm_Count, char *Parms[]){ char version[80] = " POSIX compliant Communications test program version 1.00 4-25-1999\r\n"; char version1[80] = " Copyright(C) Mark Zehner/Peter Baumann 1999\r\n"; char version2[80] = " This code is based on a DOS based test program by Mark Zeh-ner and a Serial\r\n"; char version3[80] = " Programming POSIX howto by Peter Baumann, integrated by Mark Zehner\r\n"; char version4[80] = " This program allows you to send characters out the speci-fied port by typing\r\n"; char version5[80] = " on the keyboard. Characters typed will be echoed to the console, and \r\n"; char version6[80] = " characters received will be echoed to the console.\r\n"; char version7[80] = " The setup parameters for the device name, receive data for-mat, baud rate\r\n"; char version8[80] = " and other serial port parameters must be entered on the command line \r\n"; char version9[80] = " To see how to do this, just type the name of this program. \r\n"; char version10[80] = " This program is free software; you can redistribute it and/or modify it\r\n"; char version11[80] = " under the terms of the GNU General Public License as pub-lished by the \r\n"; char version12[80] = " Free Software Foundation, version 2.\r\n"; char version13[80] = " This program comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY.\r\n"; char instr[100] ="\r\nOn the command you must include six items in the following order, they are:\r\n"; char instr1[80] =" 1. The device name Ex: ttyS0 for com1, ttyS1 for com2, etc\r\n"; char instr2[80] =" 2. Baud Rate Ex: 38400 \r\n"; char instr3[80] =" 3. Number of Data Bits Ex: 8 \r\n"; char instr4[80] =" 4. Number of Stop Bits Ex: 0 or 1\r\n"; char instr5[80] =" 5. Parity Ex: 0=none, 1=odd, 2=even\r\n"; char instr6[80] =" 6. Format of data received: 1=hex, 2=dec, 3=hex/asc, 4=dec/asc, 5=asc\r\n"; char instr7[80] =" Example command line: serial_chat ttyS0 38400 8 0 0 4 \r\n"; char Param_strings[7][80]; char message[90];

int fd, tty, c, res, i, error;

191


char In1, Key;//place for old and new port settings for serial port struct termios oldtio, newtio; //place tor old and new port settings for keyboard teletype struct termios oldkey, newkey; struct sigaction saio; //definition of signal action char buf[255]; //buffer for where data is put input = fopen("/dev/tty", "r"); //open the terminal keyboard output = fopen("/dev/tty", "w"); //open the terminal screen

if (!input || !output) { fprintf(stderr, "Unable to open /dev/tty\n"); exit(1); }

error=0; fputs(version,output); //display the program introduction fputs(version1,output); fputs(version2,output); fputs(version3,output); fputs(version4,output); fputs(version5,output); fputs(version6,output); fputs(version7,output); fputs(version8,output); fputs(version9,output); fputs(version10,output); fputs(version11,output); fputs(version12,output); fputs(version13,output); //read the parameters from the command line if (Parm_Count==7) //if there are the right number of parameters on the command line { for (i=1; i<Parm_Count; i++) // for all wild search parameters { strcpy(Param_strings[i-1],Parms[i]); } i=sscanf(Param_strings[0],"%s",devicename); if (i != 1) error=1; i=sscanf(Param_strings[1],"%li",&Baud_Rate); if (i != 1) error=1; i=sscanf(Param_strings[2],"%i",&Data_Bits); if (i != 1) error=1; i=sscanf(Param_strings[3],"%i",&Stop_Bits); if (i != 1) error=1; i=sscanf(Param_strings[4],"%i",&Parity); if (i != 1) error=1; i=sscanf(Param_strings[5],"%i",&Format); if (i != 1) error=1;

192


sprintf(message,"Device=%s, Baud=%li\r\n",devicename, Baud_Rate); //output the received setup parameters fputs(message,output); sprintf(message,"Data Bits=%i Stop Bits=%i Parity=%i Format=%i\r\n",D-ata_Bits, Stop_Bits, Parity, Format); fputs(message,output); } //end of if param_count==7 if ((Parm_Count==7) && (error==0)) //if the command line entrys were correct { //run the program tty = open("/dev/tty", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK); //set the user console port up tcgetattr(tty,&oldkey); // save current port settings //so commands are interpreted right for this program// set new port settings for non-canonical input processing //must be NOCTTY newkey.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD; newkey.c_iflag = IGNPAR; newkey.c_oflag = 0; newkey.c_lflag = 0; //ICANON; newkey.c_cc[VMIN]=1; newkey.c_cc[VTIME]=0; tcflush(tty, TCIFLUSH); tcsetattr(tty,TCSANOW,&newkey);

switch (Baud_Rate) { case 38400: default: BAUD = B38400; break; case 19200: BAUD = B19200; break; case 9600: BAUD = B9600; break; case 4800: BAUD = B4800; break; case 2400: BAUD = B2400; break; case 1800: BAUD = B1800; break; case 1200: BAUD = B1200; break; case 600: BAUD = B600; break; case 300:

193


BAUD = B300; break; case 200: BAUD = B200; break; case 150: BAUD = B150; break; case 134: BAUD = B134; break; case 110: BAUD = B110; break; case 75: BAUD = B75; break; case 50: BAUD = B50; break; } //end of switch baud_rate switch (Data_Bits) { case 8: default: DATABITS = CS8; break; case 7: DATABITS = CS7; break; case 6: DATABITS = CS6; break; case 5: DATABITS = CS5; break; } //end of switch data_bits switch (Stop_Bits) { case 1: default: STOPBITS = 0; break; case 2: STOPBITS = CSTOPB; break; } //end of switch stop bits switch (Parity) { case 0: default: //none PARITYON = 0;

194


PARITY = 0; break; case 1: //odd PARITYON = PARENB; PARITY = PARODD; break; case 2: //even PARITYON = PARENB; PARITY = 0; break; } //end of switch parity //open the device(com port) to be non-blocking (read will return immediately) fd = open(devicename, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK); if (fd < 0) { perror(devicename); exit(-1); }

//install the serial handler before making the device asynchronous saio.sa_handler = signal_handler_IO; sigemptyset(&saio.sa_mask); //saio.sa_mask = 0; saio.sa_flags = 0; saio.sa_restorer = NULL; sigaction(SIGIO,&saio,NULL);

// allow the process to receive SIGIO fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // Make the file descriptor asynchronous (the manual page says only // O_APPEND and O_NONBLOCK, will work with F_SETFL...) fcntl(fd, F_SETFL, FASYNC);

tcgetattr(fd,&oldtio); // save current port settings // set new port settings for canonical input processing newtio.c_cflag = BAUD | CRTSCTS | DATABITS | STOPBITS | PARITYON | PARITY | CLOCAL | CREAD; newtio.c_iflag = IGNPAR; newtio.c_oflag = 0; newtio.c_lflag = 0; //ICANON; newtio.c_cc[VMIN]=1; newtio.c_cc[VTIME]=0; tcflush(fd, TCIFLUSH); tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);

// loop while waiting for input. normally we would do something useful here while (STOP==FALSE) { status = fread(&Key,1,1,input); if (status==1) //if a key was hit { switch (Key)

195


{ /* branch to appropriate key handler */ case 0x1b: /* Esc */ STOP=TRUE; break; default: fputc((int) Key,output);// sprintf(message,"%x ",Key); //debug// fputs(message,output); write(fd,&Key,1); //write 1 byte to the port break; } //end of switch key } //end if a key was hit // after receiving SIGIO, wait_flag = FALSE, input is available and can be read if (wait_flag==FALSE) //if input is available { res = read(fd,buf,255); if (res>0) { for (i=0; i<res; i++) //for all chars in string { In1 = buf[i]; switch (Format) { case 1: //hex sprintf(message,"%x ",In1); fputs(message,output); break; case 2: //decimal sprintf(message,"%d ",In1); fputs(message,output); break; case 3: //hex and asc if ((In1<32) || (In1>125)) { sprintf(message,"%x",In1); fputs(message,output); } else fputc ((int) In1, output); break; case 4: //decimal and asc default: if ((In1<32) || (In1>125)) { sprintf(message,"%d",In1); fputs(message,output); } else fputc ((int) In1, output); break; case 5: //asc fputc ((int) In1, output); break; } //end of switch format

196


} //end of for all chars in string } //end if res>0// buf[res]=0;// printf(":%s:%d\n", buf, res);// if (res==1) STOP=TRUE; /* stop loop if only a CR was input */ wait_flag = TRUE; /* wait for new input */ } //end if wait flag == FALSE

} //while stop==FALSE // restore old port settings tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio); tcsetattr(tty,TCSANOW,&oldkey); close(tty); close(fd); //close the com port } //end if command line entrys were correct else //give instructions on how to use the command line { fputs(instr,output); fputs(instr1,output); fputs(instr2,output); fputs(instr3,output); fputs(instr4,output); fputs(instr5,output); fputs(instr6,output); fputs(instr7,output); } fclose(input); fclose(output);} //end of main

/**************************************************************************** signal handler. sets wait_flag to FALSE, to indicate above loop that ** characters have been received. ****************************************************************************/

void signal_handler_IO (int status){// printf("received SIGIO signal.\n"); wait_flag = FALSE;}

ตวอยางไฟล Makefile สำหรบโปรแกรม serial_thread.c ททำงานบนสถาปตยกรรม x86 โดยถกตงคาการคอมไพลใหใชโปรแกรมคำสง gcc

## Makefile! : Serial chat sample Program #

# CROSS_COMPILE=arm-linux-uclibc-CC=$(CROSS_COMPILE)gcc

197


SOURCES=serial_chat.cOBJECTS=$(SOURCES:.c=.o)CFLAGS=-OsLDFLAGS=-Os -lm -staticLIBRARIES=EXECUTABLE=serial_chat

all: $(SOURCES) $(EXECUTABLE)

$(EXECUTABLE): $(OBJECTS) ! $(CC) $(LDFLAGS) $(OBJECTS) -o $@ -l$(LIBRARIES)

.c.o:! $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

clean:! rm -rf $(OBJECTS) $(EXECUTABLE)

จากโปรแกรมขางตนแสดงตวอยางการสอสารขอมลระหวางคอมพวเตอร 2 เครองผานพอรตอนกรม (COM1) โดยการรนโปรแกรมเพอเรมสอสารดงตอไปน

$ serial_chat /dev/ttyS0 38400 8 1 0 4

โดยท:- ผานพอรต /dev/ttyS0- baud rate ท 38,400 bps- ขนาดขอมล 8 บต- ขนาดบตหยด (stop bit) 1 บต- ไมม parity bit

- แสดงเปนเลขฐานสบ

การพฒนาโปรแกรมสอสารระหวางโปรเซสการสอสารระหวางโปรเซส (Interprocess Communication - IPC) เปนวธการแลกเปลยนขอมล

ระหวางโปรเซสทอยภายในคอมพวเตอรเดยวกนหรอโปรเซสทอาจจะอยตางคอมพวเตอรแตถกเชอมตอผานระบบเครอขายเดยวกน ตวอยางเชน การเรยกคำสงผานเชลลโดยผลลพธจากโปรเซสแรกจะสงไปเปนอนพทใหกบโปรเซสถดไป

$ ls -al | grep "source"drwxr-xr-x 24 root root 4096 2013-09-25 04:51 linux-source-2.6.32

จากคำสงขางตนจะมการใชสญลกษณไปป (Pipe) เพอเปนทอเชอมในการนำสงขอมลจากคำสงดานซายไปยงคำสงดานขวา ซงขบวนการในการสอสารระหวางโปรเซสนนมอยดวยกนหลายวธดงแสดงในตารางขางลาง

198


ตาราง 4.2 วธการสอสารในแบบตางๆของ IPC

M E T H O D D E S C R I P T I O N

File บนทกเกบไวในดสก โดยทโปรแกรมอนสามารถเขาถงได

Signalเปนการสงสญญาณของระบบในระดบลางไปขดจงหวะของโปรเซส เพอบอกใหโปรเซสทำตามวตถประสงคของสญญาณนนๆ หรออาจจะใชเปนการสงสญญาณระหวางโปรเซสดวยกน

Socketสงขอมลไปยงเครอขายเนทเวรคบนคอมพวเตอรเครองเดยวกนหรอไปยงคอมพวเตอรเครองอน

Pipe สตรมขอมลระหวางโพรเซสชนดทางเดยว หรอ half duplexMessage queue สตรมขอมลทไมระบคลายกบไปป แตเกบและเรยกขอมลจากในแพกเกจ

Named pipe ดำเนนการผานไฟลบนระบบไฟลแทนมาตรฐาน input และ output

Semaphoreโครสรางมาตรฐานทประสาน thread หรอกระบวนการทกระทำกบทรพยากรทใชรวมกน

Shared memoryเปนวธการสงขอมลไปไวในสวนของหนวยความจำทแชรใหกบโปรเซสอนๆใหสามารถเขาถงขอมลนนได

Message passing (shared nothing)

เหมอนกบ message queue

Memory-mapped fileแมพไฟลไปยง RAM และสามารถแกไขไดโดยการเปลยนทอยหนวยความจำโดยตรง

Pipeไปป (Pipe) เปนกระบวนการทใชในการตดตอระหวางโปรเซสทงายทสดคอการนำผลลพธทไดจาก

โปรแกรมหนงไปเปนอนพทของอกโปรแกรมหนง โดยไปปจะเปนตวกลางในการสงขอมลระหวางโปรเซสซงการสงขอมลจะเปนแบบทศทางเดยว (unidirectional)

pfd[1]

เขยนขอมลไปยงปลายทางpfd[0]

อานขอมลตำแหนงปลายทาง

Pipe

รปท 4.4 แสดงการสงขอมลแบบทศทางเดยวดวย Pipe

199


http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_file

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_file

http://en.wikipedia.org/wiki/Signal_(computing)

http://en.wikipedia.org/wiki/Signal_(computing)

http://en.wikipedia.org/wiki/Network_socket

http://en.wikipedia.org/wiki/Network_socket

http://en.wikipedia.org/wiki/Pipeline_(Unix)

http://en.wikipedia.org/wiki/Pipeline_(Unix)

http://en.wikipedia.org/wiki/Message_queue

http://en.wikipedia.org/wiki/Message_queue

http://en.wikipedia.org/wiki/Named_pipe

http://en.wikipedia.org/wiki/Named_pipe

http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_(programming)

http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_(programming)

http://en.wikipedia.org/wiki/Shared_memory

http://en.wikipedia.org/wiki/Shared_memory

http://en.wikipedia.org/wiki/Message_passing

http://en.wikipedia.org/wiki/Message_passing

http://en.wikipedia.org/wiki/Memory-mapped_file

http://en.wikipedia.org/wiki/Memory-mapped_file

การพฒนาโปรแกรมสอสารดวยวธการสตรมขอมลระหวางโพรเซสชนดทางเดยวนจะใชฟงกชน pipe ทอยภายในไฟลไลบรารชอวา unistd.h

#include <unistd.h>int pipe ( int pipefd[2] ); <--- pipefd - ตวแปร array สำหรบเกบคา file descriptors

pipefd[0] - file descriptor สำหรบการอาน

pipefd[1] - file descriptor สำหรบการเขยน

สถานะการทำงานของ pipe

0 - ดำเนนการไดสำเรจ, -1 - การดำเนนการลมเหลว

จากรปขางบนแสดงการทำงานของฟงกชน pipe ซงจะสรางชองทางสอสารชนดทางเดยวระหวางโปรเซสโดยจะคนคา file descriptor ทงสองฝง ผานตวแปร pipefd[] กลาวคอ ปลายหนงสำหรบอาน (pipefd[0]) และอกปลายหนงสำหรบเขยน (pipefd[1]) คาของ file descriptor เปนชนดจำนวนเตม (int) ทระบบปฏบตการลนกซจะใชในการอางองถงแฟมทมการเปดใชงานดงนนเมอเรยกใชงานฟงกชน pipe จะตองสงอาเรยของจำนวนเตมทมสมาชก 2 ตวใหแก ฟงกชน pipe()

int pipefd[2]; // file descriptor ของ pipe

ตวอยางโปรแกรม pipe// pipe.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>int main(int argc, char *argv[]){ pid_t pid; int mypipefd[2]; int ret; char buf[20];

ret = pipe(mypipefd); if(ret == -1) { perror("pipe"); exit(1); } pid = fork(); if(pid == 0) { /* Child Process */ printf("Child Process\n"); write(mypipefd[1], "Hello there!", 12); }else{ /* Parent Process */ printf("Parent Process\n"); read(mypipefd[0], buf, 15);

200


printf("buf : %s\n", buf); } return 0;}

คอมไพลโปรแกรม pipe.c และทดสอบการสงขอมลระหวางโปรเซสทงสอง (โปรเซส parent และโปรเซส child)

$ gcc -o pipe pipe.c $ ./pipe Parent ProcessChild Processbuf : Hello there!

Message Queuesจะมลกษณะคลายกบไฟล pipe คอสามารถสงบลอกขอมลจากโปรเซสหนงไปยงอกโปรเซสหนง

ผานลนกซคอรเนลเชนเดยวกน โดยแตละบลอกขอมลจะมหมายเลขอางองกำหนดไวใหเพอใหโปร เซสอนๆสามารถอางองหมายเลขขอมลทตองการนนได ซงจะไมเหมอนกนการสงขอมลผาน pipe ซงทงสองโปรเซสจะตองรอซงกนและกน ดงนนขนตอนการสงขอมลแบบ message queue จะมขนตอนคอ โปรเซสททำการเขยนขอมลไปยง queue (ดวยคำสง msgsnd) แลว กสามารถจบการทำงานไดทนท ถาโปรเซสใดตองการอาน กสามารถเขาไปอานขอมลใน queue ไดภายหลง (ดวยคำสง msgrcv) ดงแสดงในรปขางลาง

แตอยางไรกตาม message queue กยงมขอจำกดเรองขนาดบลอกขอมล ทจะถกจำกดขนาดไวรวมทงจำนวนบลอกทงหมดทมบนระบบกจะถกจำกดไวเชนกน ซงภายในระบบปฏบตการลนกซตวแปรบลอกขอมลจะประกอบไปดวย 2 สวนคอ MSGMAX(4096) และ MSGMNB(16384) ซงตวแรกจะหมายถงความจของแตละบลอกขอความ และตวทสองจะหมายถงความจทงหมดของ queue แตในบางระบบ คาเหลานอาจจะแตกตางกนไป หรออาจจะไมใชคานเลยกเปนได

...โปรเซส โปรเซส

โปรเซส

โปรเซส

msgsnd() msgrev()

msgget()

msgctl()

รปท 4.5 แสดงการสงขอมลแบบ message queue

201


รายการฟงกชนภายในไลบราร sys/msg.h ทใชใน Message Queues

#include<sys/msg.h>

int msgct1(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf); int megget1(key_t key, int ms_gflg); int msgrcv(int msqid, void *msg_ptr, size_t msg_sz, long int msgtype, int msgflg); int msgsnd(int msqid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);

ตวอยางโปรแกรมสำหรบสงบลอกขอมลเขาไปใน Message Queues/*** msg_sender.c -- writes to a message queue*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>

struct my_msgbuf { long mtype; char mtext[200];};

int main(void){ struct my_msgbuf buf; int msqid; key_t key;

if ((key = ftok("msg_sender.c", 'B')) == -1) { perror("ftok"); exit(1); }

if ((msqid = msgget(key, 0644 | IPC_CREAT)) == -1) { perror("msgget"); exit(1); } printf("Enter lines of text, ^D to quit:\n");

buf.mtype = 1; /* we don't really care in this case */ while(gets(buf.mtext), !feof(stdin)) { if (msgsnd(msqid, (struct msgbuf *)&buf, sizeof(buf), 0) == -1) perror("msgsnd"); }

if (msgctl(msqid, IPC_RMID, NULL) == -1) { perror("msgctl");

202


exit(1); }

return 0;}

ตวอยางโปรแกรมสำหรบอานบลอกขอมล ภายใน Message Queues/*** msg_receiver.c -- reads from a message queue*/

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>

struct my_msgbuf { long mtype; char mtext[200];};

int main(void){ struct my_msgbuf buf; int msqid; key_t key;

if ((key = ftok("msg_sender.c", 'B')) == -1) { /* same key as msg_sender.c */ perror("ftok"); exit(1); } if ((msqid = msgget(key, 0644)) == -1) { /* connect to the queue */ perror("msgget"); exit(1); } printf("spock: ready to receive messages, captain.\n");

for(;;) { /* Spock never quits! */ if (msgrcv(msqid, (struct msgbuf *)&buf, sizeof(buf), 0, 0) == -1) { perror("msgrcv"); exit(1); } printf("spock: \"%s\"\n", buf.mtext); }

return 0;}

203


Threadนกพฒนาสามารถพฒนาโปรแกรมในลกษณะ multi-tasking programming โดยการสรางเทรด

(thread) เพอเพมประสทธภาพการทำงานของระบบปฏบตการลนกซใหสามารถรองรบการทำงานแบบหลายงานได ซงเทรดจะถกเรยกไดอกชอหนงวา “lightweight processes”

เนองจากโปรเซสทวไปภายในระบบปฏบตการลนกซประกอบดวยสถานะของหนวยประมวลผล (เชนคาภายในตวรจสเตอร AX,BX,DX), รายละเอยดของการจองหนวยความจำ (สำหรบเกบ code, globals, heap และ stack) และรายละเอยดทเกยวของกบระบบปฏบตการ (เชน การเปดไฟล, หมายเลขโปรเซส) ซงเทรดกจะคลายกน แตจะตางกนตรงท multiple processes จะแยกการเกบสถานะกนอยางชดเจน ในขณะท multiple threads จะมการใช code, globals และ heap รวมกน

เทรดจะสามารถทำงานไดดในกรณทเครองคอมพวเตอรนนมมากกวาหนงหนวยประมวลผล โดยในรปขางลางแสดงการทำงานของเทรดแตละตว (ไดแก main(), function1() และ function2()) ซงถาเครองมหนวยประมวลผลเพยงตวเดยวการทำงานของโปรแกรมนกจะทำตามลำดบของคำสงแตละบรรทด (program counter) ซงอาจจะใชเวลาทงสน 2 นาท แตถาเครองมหนวยประมวลผลจำนวน 3 ตวทงสามสวนกจะแยกกนทำงานไปแตละหนวยประมวลผลซงอาจจะใชเวลาทงสนเพยง 50 วนาทเทานน

main thread

thread 3

thread 2

เวลา (Time)

การทางานลกษณะแบบ Single-Thread

CPU #1

CPU #1

CPU #2

CPU #3

คอ main()

คอ ฟงกชน 2()

คอ ฟงกชน 1()

การทางานลกษณะแบบ Multi-Thread

เวลาเรมตน เวลาทใชทงหมดของโปรแกรมโดยใช multi-thread

เวลาทใชทงหมดของโปรแกรมโดยใช single-thread

รปท 4.6 เปรยบเทยบการประมวลผลโปรแกรมแบบ Single-Thread และ Multi-Thread

204


การสอสารกนระหวางเทรดจะสามารถตดตอผานกนไดทางหนวยความจำทใชงานรวมกนอยไดทนท ในขณะทการสอสารระหวางโปรเซสจะสามารถตดตอผานกนไดตองผานทางระบบปฏบตการเทานน เชนผานไฟล, ผานไปป หรอผานซอกเกต เปนตน

POSIX threadsไลบราร POSIX thread ถอวาเปนตวมาตราฐานหลกในการเขยนเทรดสำหรบโปรแกรมภาษา

C/C++ ซงเปนไลบรารทจดเตรยมฟงกชนตางๆเกยวกบการจดการเทรดและจะทำงานไดมประสทธภาพมากสำหรบระบบคอมพวเตอรทมหลายหนวยประมวลผลกลาง (multi-processor หรอ multi-core systems) เนองจากมฟงกชนในการจดตารางการทำงานของโปรเซสบนแตละหนวยประมวลผลกลางทอยภายในระบบคอมพวเตอรตวเดยวกน และเทรดทกตวทอยภายในโปรเซสเดยวกนนนกจะใชพนทในหนวยความจำเดยวกน (address space) ซงแตกตางจากเทคโนโลยในการเขยนโปรแกรมแบบขนาน (Parallel programming) เชน MPI และ PVM ทถกใชในสภาพแวดลอมการคำนวณแบบกระจาย (distributed computing) ไปยงระบบคอมพวเตอรเครองอนๆ ทอยไกลออกไปหรอตางสถานทกน

การพฒนาโปรแกรมเทรดโดยใชไลบราร Posix threads (pthread.h) จะมฟงกชนทสำคญดงน

#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *new_thread_ID, const pthread_attr_t *attr, void * (*start_func)(void *), void *arg); int pthread_join(pthread_t target_thread, void **status);

ขบวนการทำงานของเทรดนนจะประกอบไปดวย thread creation, termination, thread synchro-nization (joins,blocking), scheduling, data management และ process interaction

Master Thread

Worker Thread

Worker Thread

pthread_create() pthread_join()

pthread_exit()

ตวลกเรมทางาน

ตวลกทางานเสรจสมบรณ

ทางาน

รปท 4.7 แสดงฟงกชนทเกยวของของการทำงานของเทรดลกตงแตเรมจนสนสด

205


พนททใชงานรวมกนของเทรดทงหมดภายในโปรเซส จะมประกอบไปดวย• ชดคำสงโปรเซส (Process instructions) • คา files descriptors ทมการเปดไว• สญญาณ (signals) และตวดำเนนการ (signal handlers)• ไดเรดทอรปจจบน (current working directory) • หมายเลข User และ Group

Thread #1

Registers

Thread #2

RegistersFiles

Heap Static Code

Stack Stack Stack

Thread #3

Stack

Registers

Thread #2

Stack

Registers

Thread #1

Stack

Registers

โครงสรางภายในโปรเซส

รปท 4.8 แสดงรายละเอยดของโครงสรางภายในโปรเซส

โดยแตละเทรดจะม:

◦ หมายเลขเทรด (Thread ID)

◦ กลมตวแปรรจสเตอร (set of registers) และ stack pointer

◦ สแตกสำหรบเกบคาตวแปร (local variables)

◦ signal mask

◦ คา priority

◦ คาสถานะทสงกลบ: errno

และเมอตองการคอมไพลโปรแกรมจะตองมการอางองไลบราร Posix threads ดวย -lpthread ดงตวอยางขางลาง

$ gcc -o main main.c –lpthread

206


ตวอยางโปรแกรม simple_threads.c

// simple_threads.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>void *print_message_function(void *ptr);main(){ pthread_t thread1, thread2; const char *message1 = "Thread 1"; const char *message2 = "Thread 2"; int iret1, iret2;/* Create independent threads each of which will execute function */ iret1 = pthread_create( &thread1, NULL, print_message_function, (void*) mes-sage1); iret2 = pthread_create( &thread2, NULL, print_message_function, (void*) mes-sage2);/* Wait till threads are complete before main continues. Unless we *//* wait we run the risk of executing an exit which will terminate *//* the process and all threads before the threads have completed. */ pthread_join( thread1, NULL); pthread_join( thread2, NULL); printf("Thread 1 returns: %d\n",iret1); printf("Thread 2 returns: %d\n",iret2); exit(0);}void *print_message_function(void *ptr) { char *message; message = (char *) ptr; printf("%s \n", message);}

ทำการคอมไพล และทดสอบรนโปรแกรม

$ gcc -o simple_threads simple_threads.c –lpthread$ ./simple_threads Thread 2 Thread 1 Thread 1 returns: 0Thread 2 returns: 0

Thread Synchronizationนกพฒนาสามารถพฒนาโปรแกรมโดยเรยกใชความสามารถในการจดกลไกการทำงาน

ประสานกนระหวางเทรด (synchronization mechanisms) โดยไมใหเกดปญหาในกรณทเทรดแตละตวจะตองเขาไปใชทรพยากรตวเดยวกน ภายในเครองคอมพวเตอรเดยวกนโดยใชไลบราร pthread

207


ตวแปร (var)

Thread #1 Thread #2

mutex_varlock

ตงคา

blocked

รปท 4.9 แสดงการเขาไปกำหนดคาใน mutex ของเทรดทตองการเขาไปขอใชทรพยากร

จากรปดานบนแสดงการอนญาตเพยง thread #1 ตวเดยวทสามารถเขาไปกำหนดคา mutex (Mutual Exclusion Lock) เพอเขาถงทรพยากรหรอตวแปร โดยท thread #2 จะตองรอ (block) ควเพอเขาถงทรพยากรหรอตวแปรหลงจากท thread #1 ทำงานเสรจเรยบรอยแลว ตว thread #2 จงจะสามารถเขาไปกำหนดคา mutex เพอขอเขาถงทรพยากรหรอตวแปรนนตอไป

Mutexes จะเปนตวการสำคญในการชวยปองกนปญหาขอมลเกดความผดพลาดหรอการไมสอดคลองกนของขอมล (data inconsistency) เนองจากสาเหตการแยงเขาไปใชทรพยากรสวนกลาง ของเทรดหลายตวพรอมกน เชนหนวยความจำกลาง (shared memory) หรอตวแปรกลาง (global variable) ซงเรยกพนทสวนทถกเขาไปใชงานนนวา critical region แตอยางไรกตามการใช mutexes จะถกใชไดเพยงในกรณมหลายเทรดในโปรเซสตวเดยวกนเทานน แตในกรณทมหลายโปรเซสตองการเขาใชทรพยากรเดยวกน จะตองแกไขโดยการใชเทคนค semaphores แทน mutexes

208


กรณไมใช MUTEXกรณไมใช MUTEX กรณใช MUTEXกรณใช MUTEX

int counter=0;void func(){ counter++;}

int counter=0;void func(){ counter++;}

pthread_mutex_t var = PTHREAD_MUTEX_INTIALIZER;int counter=0;

void func(){ pthread_mutex_lock(&var); counter++; pthread_mutex_unlock(&var);}

pthread_mutex_t var = PTHREAD_MUTEX_INTIALIZER;int counter=0;

void func(){ pthread_mutex_lock(&var); counter++; pthread_mutex_unlock(&var);}

Thread #1 Thread #2 Thread #1 Thread #2

counter=0 counter=0 counter=0 counter=0

counter=1 counter=1 counter=1Thread #2 ถกบลอคไมใหเขาถงตวแปร counterแต Thread #1 สามารถเขาถงตวแปร counter ได

counter=2

ซงฟงกชนสำหรบ mutex ภายในไลบราร pthread ไดแก •pthread_mutex_lock() ใชสำหรบการเขาไปลอคคาในตวแปร mutex การเรยกฟงกชนนกจะถกบลอคเอาไวไมใหเทรดอนเขามา จนกวาเทรดตวทใชงานอยทำการปลอยตว mutex เทานน

•pthread_mutex_unlock() เพอปลอยหรอปลดลอคคา mutex จากเทรดทใช mutex อย•pthread_mutex_trylock() เพอใชตรวจสอบตวแปร mutex วากำลงถกใชลอคใชงานอยหรอไม ซงจะมประโยชนในการปองกนไมใหเกดเหตการณทเทรดแตละตวตางฝายตางรอใหแตละตวเสรจ (deadlock conditions)

ตวอยางแสดงการสรางเทรดจำนวน 10 เทรด โดยแตละตวจะเขาไปใชงานตวแปรกลางชอวา counter แตจะตองเพมคา counter ไดเพยงครงละ 1 เทรดเทานน// simple_mutex.c#include <stdio.h>#include <pthread.h>#define NTHREADS 10void *thread_function(void *);pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;int counter = 0;

main(){ pthread_t thread_id[NTHREADS]; int i, j;

for(i=0; i < NTHREADS; i++)

209


{ pthread_create( &thread_id[i], NULL, thread_function, NULL ); }

for(j=0; j < NTHREADS; j++) { pthread_join( thread_id[j], NULL); }// Now that all threads are complete I can print the final result. // Without the join I could be printing a value before all the threads // have been completed.

printf("Final counter value: %d\n", counter);}

void *thread_function(void *dummyPtr) { printf("Thread number %ld\n", pthread_self()); pthread_mutex_lock(&mutex1); counter++; pthread_mutex_unlock(&mutex1);}

คอมไพล และทดสอบรนโปรแกรม

$ gcc -o simple_mutex simple_mutex.c –lpthread$ ./simple_mutex Thread number 139638417069824Thread number 139638425462528Thread number 139638442247936Thread number 139638433855232Thread number 139638408677120Thread number 139638400284416Thread number 139638391891712Thread number 139638383499008Thread number 139638375106304Thread number 139638366713600Final counter value: 10

การพฒนาโปรแกรมสอสารบนระบบเครอขาย บอรดสมองกลฝงตวสวนใหญจะมพอรตสำหรบเชอมตอระบบเครอขาย (Ethernet Port) เปนพน

ฐาน รวมทงระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวเองกไดจดเตรยมไลบรารและชดโปรแกรมคำสงทางดานระบบเครอขายเปนพนฐานอยภายในไวใหแลวเชนกน ดงนนนกพฒนาสามารถทำใหบอรดสมองกลฝงตวตดตอสอสารกบบอรดอนๆ คอมพวเตอรอนๆ หรอเครองแมขายทอยภายในระบบเครอขายเดยวกนได โดยบอรดสมองกลฝงตวกยงสามารถบนทกขอมลทมขนาดใหญฝากไวในเครองคอมพวเตอรอนๆหรอ

210


เครองแมขาย แทนทจะบนทกขอมลขนาดใหญนนเกบไวในตวเอง นอกจากนนผใชกสามารถเขาถงเพอควบคมหรอดสถานะการทำงานของบอรดสมองกลฝงตวจากทไหนกได

ดงนนการพฒนาโปรแกรมจะตองทำความเขาใจวธการตงคาหมายเลข IP Addresses แตละตว ไมวาจะเปนหมายเลขเครอขาย (Network ID) หมายเลขเครอง (Host ID) หมายเลข Netmask Address เมอโปรเซสทงสองทอยตางเครองตองการสอสารกน จะตองมสถาปนาการเชอมตอดวยขนตอนตามเทคโนโลย TCP/IP ซงอยในระดบ Transport Layer และจะตองมการระบหมายเลขพอรต (Port Ad-dress) ไปยงโปรโตคอลแอพพเคชน (Application Protocol) ทโปรเซสแตละฝงใชอยดวย ตวอยางเชนโปรแกรมรบสงไฟลทใชโปรโตคอล FTP ในการกำหนดควบคมวธการสงไฟลระหวางกน เรยกการพฒนาโปรแกรมทางดานนวา Socket Programming

TCP UDP

IP

1 2 ... ... ... ... 65535 1 2 ... ... ... ... 65535

... ...TCP sockets UDP sockets

UDP portsTCP ports

Application Application Application

ระบหมายเลข port สาหรบ socket

Descriptor references

รปท 4.10 แสดงการเชอมตอระดบโปรแกรมประยกตและหมายเลขพอรตของ TCP/IP

ซอกเกต (socket) นนมอยดวยกน 3 ประเภทโดยยดตามมาตราฐานของเทคโนโลย TCP/IP ไดแกตาราง 4.3 ประเภทของ Socket

SOCKET คำอธบาย

Datagram Socket

เรยกอกชอหนงวา Connection less Socket ซงใชโปรโตคอล UDP (User

Datagram Protocol) เปนตวกำหนดวธการสอสาร โดยขอมลหรอแพกเกต

(packet) แตละตวจะถกสงบน datagram socket ทแยกเสนทางกนออกไป

ดงนนแพกเกตทสงจากเครองตนทางกจะถกลำเลยงกระจายออกไปในแตละเสน

ทาง จนถงเครองรบปลายทาง โดยแตละแพกเกตกอาจจะมาถงเครองปลายทาง

แบบไมไดเรยงตามลำดบตามทถกสงออกจากเครองตนทางกอนหนานน

211


SOCKET คำอธบาย

Stream Socket

เรยกอกชอหนงวา Connection-oriented Socket ซงใชโปรโตคอล TCP

(Transport Control Protocol) เปนตวกำหนดวธการสอสาร ซงจะมการ

สถาปนาการเชอมตอและการนตการรบสงแพกเกต ดงนนขอมลหรอแพกเกต

แตละตวจะถกสงบน stream socket และจะถกลำเลยงสงผานชองทางทถก

สรางขนมานไปยงเครองปลายทางจนครบถวนสมบรณ

Raw Socket

สวนใหญจะพบในอปกรณเครอขายเชน สวทซ (Switch) และ เราเตอร

(Router) ซงทำงานอยในระดบ Internet Layer ทมการรบ-

สงขอมลโดยไมไดมการใชโปรโตคอลเหมอน datagram และ stream socket

ในการกำหนดมาตราฐานการสอสาร

ความสมพนธระหวางโปรแกรม ซอกเกต โปรโตคอล และหมายเลขพอรตภายในเครองคอมพวเตอร เพอใชในการสอสารขอมลระหวางโปรเซสทอยตางเครองกน ประเดนทนาสนใจทนกพฒนาควรรไดแก

• โปรแกรมหนงโปรแกรมสามารถเปดซอกเกตไดหลายซอกเกตเพอรบการเชอมตอจากเครอง ภายนอกไดพรอมกนในเวลาเดยวกน

• โปรแกรมหลายโปรแกรมสามารถใชซอกเกตตวเดยวกนในเวลาเดยวกนแตไมคอยพบเหนการใช ในลกษณะน

• มากกวาหนงซอกเกตทสามารถถกเกยวของและใชงานพอรตอนเดยวกน• โปรแกรมประยกตแตละตวจะมการใชทง TCP และ UDP เพอใชในการจดการและรบสงขอมลตามวตถประสงคทแตกตางกนไป เชน ตองการเนนความเรวในการสงแมขอมลจะหายไดบางกจะใชชองทาง UDP หรอถาเนนความถกตองของขอมลโดยทขอมลจะตองไมสญหายกจะใชชองทาง TCP ในการรบสงแทน

• ไฟล /etc/services ภายในระบบปฏบตการลนกซจะบอกรายละเอยดของโปรแกรมใหบรการ และโปรโตคอลทใชหมายเลขพอรตในการสอสารผานซอกเกตในระดบของ Transport layer

212


http://www.bornhacker.com/wp-content/uploads/2013/06/Socket%20Programming.png

http://www.bornhacker.com/wp-content/uploads/2013/06/Socket%20Programming.png

socket socket

bind bind

recvfrom/sendto

sendto/recvfrom

close close

Connect Listen

Accept

Client Server

สราง socket

ทำการเชอม socket ไปยงพอรต

รองขอการเชอมตอไปยงเครอง server และรอตอบกลบ

รบและสงขอมล

สราง socket

ทำการเชอม socket ไปยงพอรต

การรองขอจากเครอง Client ทตองการเชอมตอ

ตอบรบการเชอมตอจากเครอง Client เพอพรอมรบ/สงขอมล

สงและรบขอมล

รปท 4.11 แสดงขบวนการเชอมตอระหวางเครองภายในระบบเครอขายผาน Socket

ตวอยางโปรแกรมเชอมตอผานซอกเกตตามขนตอนทอธบายในรปขางตน ตวลก (Client) จะเชอมตอไปยงเครองแม (Server) แลวสงขอความ Hello World of Socket ไปยงเครองแม เมอเครองแมไดรบขอความกจะแสดงออกทางหนาจอของเครองแม ดงน

โปรแกรมฝงเครองแม (Server):

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]){ /* Variables */ int sock; struct sockaddr_in server; int mysock; char buff[1024];

213


int rval;

/* Create socket */ sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(sock < 0){ perror("Failed to create socket"); exit(1); } server.sin_family = AF_INET; server.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; server.sin_port = htons(5000);

/* Call bind */ if(bind(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server))) { perror("bind failed"); exit(1); }

/* Listen */ listen(sock, 5);

/* Accept */ do { mysock = accept(sock, (struct sockaddr *) 0, 0); if(mysock == -1) { perror("accept failed"); }else{ memset(buff, 0, sizeof(buff)); if((rval = recv(mysock, buff, sizeof(buff), 0)) < 0 ) perror("reading stream message error"); else if(rval == 0) printf("Ending connection\n"); else printf("MSG: %s\n", buff); printf("Got the message (rval = %d)\n", rval); close(mysock); } }while(1); return 0;}

โปรแกรมฝงเครองลก (Client):#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <netdb.h>

214


#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>

#define DATA "Hello World of Socket"

int main(int argc, char *argv[]){ int sock; struct sockaddr_in server; struct hostent *hp; char buff[1024]; sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(sock < 0) { perror("socket failed"); exit(1); }

server.sin_family = AF_INET; hp = gethostbyname(argv[1]); if(hp == 0) { perror("gethostbyname failed"); close(sock); exit(1); } memcpy(&server.sin_addr, hp->h_addr, hp->h_length); server.sin_port = htons(5000); if(connect(sock, (struct sockaddr *) &server, sizeof(server)) < 0) { perror("connect failed"); close(sock); exit(1); } if(send(sock, DATA, sizeof(DATA), 0) < 0 ) { perror("send failed"); close(sock); exit(1); } printf("Sent %s\n", DATA); close(sock);

return 0;}

215


คอมไพลและรนโปรแกรมทงสองเครองดงน

ตวอยางถดไปแสดงขนตอนการพฒนาโปรแกรมบรการฝงเครองแม (Server) โดยมการระบชอโปรแกรมใหบรการในฝงของเครองแมขายอยางชดเจนภายในไฟล /etc/services ดงแสดงในรปขางลาง

ClientProgram

ServerProgram

Port

: 333

3

xinetd

stdinstdin

stdout

socketsocket

stdout

172.16.56.134172.16.56.130

รปท 4.12 แสดงขบวนการเชอมตอเขาสพอรต 3333 ของเครองแมขาย

ขนตอนท 1 : สรางโปรแกรมเชลสครปทเพอเปนโปรแกรมบรการฝงเครองแมทำการสรางไฟลสครปท เพอทำหนาทเปนโปรแกรมฝงเครองแมขาย

$ vim hello_server.sh #!/bin/bash/bin/echo -n "Hello World:" | /usr/bin/tee /tmp/log.log/bin/date | /usr/bin/tee -a /tmp/log.log

เปลยนสทธใหไฟลสามารถถกรนได

$ chmod 755 hello_server.sh$ ./hello_server.shHello World:Mon Sep 30 01:44:24 PDT 2013

ขนตอนท 2 : กำหนดหมายเลขพอรตทจะเปดใหบรการ เพมเตมในไฟล /etc/services

เครองแม:

$ gcc -o server server.c$ ./serverMSG: Hello World of SocketGot the message (rval = 22)

เครองลก:

$ gcc -o client client.c

$ ./client <IP เครองแม>Sent Hello World of Socket

216


ทำการตรวจสอบหมายเลขพอรต 3333 ในไฟล /etc/services และการเชคจากการเปดบรการของโปรแกรม xinetd กอนวาไดมการเรยกใชหรอไม ดงน

$ cat /etc/services | grep 3333$ grep -r 3333 /etc/xinetd.d/*

เมอตรวจสอบแลว ปรากฏวายงไมมการเรยกใชหมายเลขพอรต 3333 และชอบรการ “hello” กสามารถเขาไปเพมชอบรการใหมในไฟล /etc/services ดงคำสงขางลางน

$ sudo vim /etc/services

ทำการเพมบรรทดดงขางลางน แลวบนทกไฟล /etc/services ใหเรยบรอย

hello 3333/tcp # sample hello service

หมายเหต:

- ใหลบบรรทดทเพมเขาไปใน /etc/services ออกเมอไดทดสอบ hello service แลว เพอไมใหเกดปญหากบการทำงานของโปรแกรม xinetd ในอนาคต

ขนตอนท 3 : ระบรายละเอยดของ hello service เพมเตมในไดเรกทอร /etc/xinetd.d/$ sudo vim /etc/xinetd.d/hello

เพมบรรทดดงขางลางน# default: on# description: Hello World socket serverservice hello{! port! = 3333! disable! = no! socket_type! = stream! protocol! = tcp! user! = root! wait! = no! server! = /home/student/hello_server.sh! log_on_success! += USERID! log_on_failure! += USERID}

ทำการเรยกโปรแกรม xinetd ใหม เพอใหอานการตงคาระบบใหม

$ sudo /etc/init.d/xinetd restart * Stopping internet superserver xinetd [ OK ] * Starting internet superserver xinetd [ OK ]

217


ขนตอนท 4 : ทดสอบการทำงานโดยการเรยกใชโปรแกรม telnet$ telnet 172.16.56.134 3333Trying 172.16.56.134...Connected to 172.16.56.134.Escape character is '^]'.Hello World:Mon Sep 30 02:30:39 PDT 2013Connection closed by foreign host.

การพฒนาโปรแกรมเกบขอมลดวย SQLITE

การเกบขอมลในระบบสมองกลฝงตวมดวยกนหลายวธ แตปญหาทเกดขนบอยในการพฒนาระบบเกบขอมลภายในบอรดสมองกลฝงตวทมระบบปฏบตการลนกซทำงานอย คอถาเกบขอมล log ในลกษณะ text file ธรรมดา ในกรณทตองการลบหรอแทรกขอมลในตำแหนงทระบไวในไฟล log จะมโอกาสทำใหไฟลเสยหายไดสง รวมทงการเขยนโปรแกรมเพอเขาไปจดการขอมลภายในไฟล log กจะมความซบซอนมากยงขน

ดงนนทางออกสำหรบการเกบขอมลใหมระบบ และสามารถเขาถงไดอยางมประสทธภาพ ควรจะตองใหอยในลกษณะการเกบขอมลแบบเดยวกนโครงสรางฐานขอมล (Database) โปรแกรมตวหนงทไดรบความนยมสง และเปนโปรแกรมทกลายเปนตวมาตราฐานในการเกบขอมลภายในอปกรณสมองกลฝงตวในปจจบนนไมวาจะเปนแอนดรอยด, iOS เปนตน กคอโปรแกรม SQLite ซงเปนโปรแกรมประเภท Open Source มขนาดเลก รองรบหลายสถาปตยกรรมโดยจะมสกลไฟลทเกบเปน .db, .sdb, หรอ .s3db เปนตน

ขนตอนขางลางนแสดงตวอยางการตดตงโปรแกรม SQLite ลงในเครอง Host เพอเตรยมสภาพแวดลอมในการพฒนาโปรแกรมภาษา C/C++ ทใชการเกบขอมลดวยไลบรารของ SQLite ภายในระบบปฏบตการ Embedded Linux ทจะถกนำไปใชในบอรดสมองฝงตวตอไป

ขนตอนท 1 : ดาวนโหลดโปรแกรม SQLite เวอรชนลาสดดาวนโหลดโปรแกรม SQLite (sqlite-autoconf-3080002.tar.gz) จากลงค http://www.sqlite.org/download.html

$ tar -xzvf sqlite-autoconf-3080002.tar.gz$ cd sqlite-autoconf-3080002/

ขนตอนท 2 : ตดตงตว cross compiler ลงใน Ubuntuในกรณทใช Ubuntu เวอรชน 10.10 ขนไป

218


http://www.sqlite.org/download.html

http://www.sqlite.org/download.html

$ sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi.

ในกรณทใช Ubuntu เวอรชนตำกวา 10.10

$ sudo add-apt-repository ppa:linaro-maintainers/toolchain$ sudo apt-get update$ sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi

ขนตอนท 3 : ทำการคอมไพลโปรแกรม SQLite เพอใหรองรบสถาปตยกรรม ARM$ mkdir ~/sqlite$ ./configure --host=arm CC=arm-linux-gnueabi-gcc AR=arm-linux--gnueabi-ar STRIP=arm-linux-gnueabi-strip RANLIB=arm-linux-gnueabi--ranlib CFLAGS=" -mfpu=vfp -Os -lpthread -lrt" LDFLAGS=${LDFLAGS}$ make$ make install DESTDIR=~/sqlite

ไดเรกทอรจากการคอมไพลจะถกตดตงอยภายใตไดเรกทอร ~/sqlite/ ดงนusr/local/binusr/local/includeusr/local/libusr/local/share

ขนตอนท 4 : สรางโปรแกรมทเรยกใชไลบราร SQLite และทำการคอมไพลดวย cross compiler เพอใหรองรบสถาปตยกรรม ARM$ vim my_sqlite.c

#include <stdio.h>#include <sqlite3.h>

int main(int argc, char* argv[]){ sqlite3 *db; char *zErrMsg = 0; int rc;

rc = sqlite3_open("test.db", &db);

if( rc ){ fprintf(stderr, "Can't open database: %s\n", sqlite3_errmsg(db)); exit(0); }else{ fprintf(stderr, "Opened database successfully\n"); } sqlite3_close(db);}

219


ทำการคอมไพลโปรแกรมดงคำสงขางลางน

$ arm-linux-gnueabi-gcc -o my_sqlite my_sqlite.c -I~/sqlite/usr/local/include e -L~/sqlite/usr/local/lib -lsqlite3 -lpthread -ldl

นกพฒนาสามารถใชตวเลอก "-lpthread" หรอ "-pthread" กได แตถาใช "-pthread" ตวคอมไพลเลอรกจะคนหาตวไลบราร Posix Thread ทเหมาะสมใหอตโนมตสำหรบตวเลอก "-ldl" เปนการระบวาใชไลบรารทบรรจฟงกชน dlsym, dlopen ทมใชอยในโปรแกรม

$ file my_sqlitemy_sqlite: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.31, not stripped

การดบกโปรแกรมภาษา C/C++การตรวจสอบการทำงานของโปรแกรมเพอหาความผดพลาดหรอแมกระทงตรวจสอบขนตอนการ

ทำงานของโปรแกรมวาเปนไปตามเงอนไขทไดออกแบบไวหรอไมนนกอนทจะปลอยโปรแกรมไปอยในระบบสมองกลฝงตวเพอใหทำงานตามทไดกำหนด จำเปนอยางยงทนกพฒนาจะตองตรวจสอบการทำงานของโปรแกรมและดคาภายในตวแปรหรอภายในหนวยความจำทเกดขนในระหวางโปรแกรมกำลงทำงานอย (run-time) ซงเรยกขบวนการนวาการดบก (Debugging)

สำหรบระบบปฏบตการลนกซนน กไดเตรยมเครองมอสำหรบการดบก ซงเรยกวา GNU debugger ถกพฒนาโดย Richard Stallman บดาแหง GPL ในป ค.ศ. 1986 ซงเปนสวนหนงในระบบ GNU ของ Richard Stallman โดยการใชกลมคำสง gdb kdb หรอ ddd เปนตน คำสง gdb สามารถชวยนกพฒนาในการดบกโปรแกรม ดงรายละเอยดขางลางน:

• เมอโปรแกรมเรมทำงานกสามารถสงใหทำงานตามคำสงบรรทดตอบรรทด (line by line) ดวย ชดคำสง gdb

• สามารถทำใหโปรแกรมหยดตามเงอนไขทระบไวได• แสดงคาของตวแปร ณ ขณะนนในระหวางททำงานอย (run-time)• กำหนดจดหยดโปรแกรม (breakpoints) แลวจงตรวจสอบการทำงานแตละขนตอนแบบ step-

by-step หรอสงใหโปรแกรมทำงานตามปกตตอไปไดโดยกอนทจะเรมการดบกโปรแกรมนกพฒนาจะตองระบตวเลอก “-g” ตองทายคำสง gcc ในขณะทกำลงคอมไพลโปรแกรม ดงตวอยางขางลาง

$ gcc –g –c main.c$ g++ -g –c function1.c$ g++ -g –o my_program main.o function1.o

220


คอมไพลเลอรจะเพมขอมลบางอยางทจำเปนตอการทำงานของ gdb ลงไปในออปเจคไฟล (.o) และโปรแกรมทไดจากการคอมไพล (executable file) ซง gdb จะใชขอมลเหลานนเพอคำนวณหาบรรทดของโคดโปรแกรมเพอแสดงขอมลตางๆออกมา คำสงพนฐานของ gdb ทนยมใชกนไดแก

ตาราง 4.4 ตวอยางคำสงการดบกโปรแกรมดวยโปรแกรม gdb

คำสงเตม คำสงยอ คำอธบายrun r เรมโปรแกรม

kill k หยดโปรแกรม

quit q ออกจาก GDB

continue c ทำงานตอโดยหยดท breakpoint ถดไป

disassemble disassแสดง assembly code ของ function ท EIP อย

disassemble ADDR disass ADDRแสดง assembly code ท address ADDR (ใชชอ function ได)

disassemble ADDR1 ADDR2 disass ADDR1 ADDR2แสดง assembly code ท address ADDR1 ถง ADDR2

info breakpoints i b แสดง breakpoint ทงหมด

info registers i r แสดงคาของ CPU registers ทงหมด

info frame i f แสดงขอมลเกยวกบ stack frame ปจจบน

backtrace bt แสดง call stack

break *ADDR b *ADDRset breakpoint ท address ADDR (ถาใชชอ function ไมตองม *)

enable [NUM] en [NUM] enable breakpoint หมายเลขท NUM

disable [NUM] dis [NUM] disable breakpoint หมายเลขท NUM

delete [NUM] d [NUM] delete breakpoint หมายเลขท NUM

delete d delete breakpoint ทงหมด

nexti [num] ni [num] ทำงานคำสงถดไป ไมเขาไปใน call

stepi [num] si [num] ทำงานคำสงถดไป เขาไปใน call

x/NFU ADDR

แสดงคาของ address ADDR โดยN คอจำนวนทจะแสดงผลF คอรปแบบทจะแสดงผล (ดตารางถดไป)U คอจำนวน byte ม b (byte), h (2 bytes), w (4 bytes), g (8 bytes)

display/F ADDR disp/F ADDRแสดงคาของ address ADDR ทกครงทถงหยดทำงานชวคราว

display disp แสดงคาทอยใน display list ทงหมด

221


คำสงเตม คำสงยอ คำอธบายundisplay [NUM] und [NUM] ลบ display ทเกบไวท NUM

set ADDR=VAL set คา VAL ไปท address ADDR

ตวอยางถดไปเปนการทดสอบการดบกโปรแกรม factorial โดยเรมตนใหทำการสรางโปรแกรมดงน

$ vim factorial.c# include <stdio.h>int main(){ int i=0, num=0, j=1; printf ("Enter the number: "); scanf ("%d", &num );

for (i=1; i<num; i++) j=j*i; printf("The factorial of %d is %d\n",num,j);}

ทำการคอมไพลโปรแกรม factorial โดยใสตวเลอก -g ดงแสดงในคำสงขางลางน

$ gcc -g factorial.c$ ./a.outEnter the number: 10The factorial of 10 is 362880

เรยกโปรแกรม gdb ดวยคำสง

$ gdb ./a.out GNU gdb (Ubuntu/Linaro 7.2-1ubuntu11~ppa1) 7.2

Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc.

License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>

This is free software: you are free to change and redistribute it.

There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law. Type "show copying"

and "show warranty" for details.

This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu".

For bug reporting instructions, please see:

<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>...

Reading symbols from /home/student/unix/a.out...done.

ทดสอบการใชคำสงเพอตงตำแหนง breakpoint และ clear breakpoint ซงมรปแบบการใชงานได 2 แบบคอแบบท 1 หยดในตำแหนงบรรทดทระบ

break [file_name]:line_number

222




http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/

http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/

clear [file_name]:line_number

แบบท 2 คอหยดในตำแหนงชอฟงกชนทระบbreak [file_name]:func_name

clear [file_name]:func_name

ตวอยางการใชคำสงดบกโปรแกรม

(gdb) break 3

Breakpoint 2 at 0x40059c: file factorial.c, line 3.

(gdb) break 7

Breakpoint 2 at 0x4005c3: file factorial.c, line 7.

(gdb) info break

Num Type Disp Enb Address What

1 breakpoint keep y 0x000000000040059c in main at factorial.c:3

2 breakpoint keep y 0x00000000004005c3 in main at factorial.c:10

(gdb) run

Starting program: /home/student/unix/a.out

Breakpoint 2, main () at factorial.c:7

7! ! scanf ("%d", &num );

สามารถใชคำสง print [variables] เพอแสดงคาภายในตวแปรขณะทโปรแกรมกำลงทำงานอยได

(gdb) print j

$1 = 1

(gdb) sEnter the number: 39! ! for (i=1; i<num; i++)(gdb) s10! ! ! j=j*i; (gdb) s9! ! for (i=1; i<num; i++)(gdb) s10! ! ! j=j*i; (gdb) print j$2 = 1(gdb) print i$3 = 2

223


(gdb) break 10 if j==2Note: breakpoint 1 also set at pc 0x4005e5.Breakpoint 3 at 0x4005e5: file factorial.c, line 10.(gdb) info breakNum Type Disp Enb Address What

1 breakpoint keep y 0x00000000004005e5 in main at factorial.c:10

2 breakpoint keep y 0x000000000040059c in main at factorial.c:3

3 breakpoint keep y 0x00000000004005e5 in main at factorial.c:10

! stop only if j==2

(gdb) watch j==3Hardware watchpoint 2: j == 3

(gdb) disass mainDump of assembler code for function main: 0x0000000000400594 <+0>:!push %rbp 0x0000000000400595 <+1>:!mov %rsp,%rbp 0x0000000000400598 <+4>:!sub $0x10,%rsp 0x000000000040059c <+8>:!movl$0x0,-0x4(%rbp) 0x00000000004005a3 <+15>:! movl$0x0,-0x8(%rbp) 0x00000000004005aa <+22>:! movl$0x1,-0xc(%rbp) 0x00000000004005b1 <+29>:! mov $0x40070c,%eax 0x00000000004005b6 <+34>:! mov %rax,%rdi 0x00000000004005b9 <+37>:! mov $0x0,%eax 0x00000000004005be <+42>:! callq 0x400478 <printf@plt> 0x00000000004005c3 <+47>:! mov $0x40071f,%eax 0x00000000004005c8 <+52>:! lea -0x8(%rbp),%rdx 0x00000000004005cc <+56>:! mov %rdx,%rsi 0x00000000004005cf <+59>:! mov %rax,%rdi 0x00000000004005d2 <+62>:! mov $0x0,%eax 0x00000000004005d7 <+67>:! callq 0x400498 <__isoc99_scanf@plt> 0x00000000004005dc <+72>:! movl$0x1,-0x4(%rbp) 0x00000000004005e3 <+79>:! jmp 0x4005f3 <main+95>=> 0x00000000004005e5 <+81>:" mov -0xc(%rbp),%eax 0x00000000004005e8 <+84>:! imul -0x4(%rbp),%eax 0x00000000004005ec <+88>:! mov %eax,-0xc(%rbp) 0x00000000004005ef <+91>:! addl$0x1,-0x4(%rbp)... 0x0000000000400608 <+116>:! mov %rax,%rdi 0x000000000040060b <+119>:! mov $0x0,%eax 0x0000000000400610 <+124>:! callq 0x400478 <printf@plt> 0x0000000000400615 <+129>:! leaveq 0x0000000000400616 <+130>:! retq End of assembler dump.

224


ในกรณทใชโปรแกรม ddd ซงเปนโปรแกรมดบกในรปแบบกราฟฟกซงงายตอการใชงาน เพราะมไอคอนทสามารถอางองถงคำสงตางๆภายใน gdb ไดทงหมดดงตวอยางหนาตาของโปรแกรมในรปขางลาง

รปท 4.13 หนาตาโปรแกรม DDD และองคประกอบเครองมอตางๆ

การตงตำแหนง breakpoint และดคาภายในตวแปร สามารถทำไดงาย ดงตวอยางขางลาง

225


รปท 4.14 ตวอยางการตงจด Break Point

นอกจากนนสามารถสงสญญาณ (Signal) แบบตางๆ และดโคดโปรแกรมในรปแบบภาษาแอสเซมบลไดเชนกน

รปท 4.15 หนาตางโปรแกรมในสวนของการตงคาในการสงสญญาณและดภาษาแอสเซมบล

226


การเขยนโปรแกรมภาษา C++ ดวย Qtโปรแกรม Qt ไดรบการยอมรบวาเปน cross-platform application framework ทดทสดตวหนง

ในปจจบนน ซงมการเตรยมไลบรารและฟงกชน API จำนวนมากสำหรบการเขยนโปรแกรมภาษาซพลสพลส ซงโปรแกรม Qt ไดมการปรบปรงการทำงานหลายๆดานภายในไลบรารของภาษาซพลสพลสเอง ตวอยางเชน การจดการหนวยความจำ การตดตอกบพอรตการสอสาร การจดการโปรเซสและเทรด ใหมความยดหยน มความเสถยรภาพ และมประสทธภาพสงมากขน เพอใหเหมาะกบสถาปตยกรรมทแตกตางกนไป

Qt จะชวยใหนกพฒนาสามารถออกแบบและเขยนโปรแกรมงายขนในการพฒนาโปรแกรมประยกตดานตางๆ ตวอยางเชน งานดานกราฟฟก งานดานระบบเครอขาย งานดานระบบฐานขอมล งานดานมลตมเดย การจดการไฟล XML หรองานดานเวปโปรแกรม เปนตน นอกจากนนโปรแกรมทพฒนาขนมาภายใต Qt จะสามารถคอมไพลและถกรองรบใหสามารถทำงานไดหลายสถาปตยกรรมและหลายแพลตฟอรม ไดแก ระบปฏบตการลนกซ ระบบปฏบตการ MacOS X ระบบปฏบตการวนโดส ระบบปฏบตการวนโดสซอ ระบบปฏบตการมโก และระบบปฏบตการลนกซสำหรบระบบสมองกลฝงตว

โคดภาษา C++

Core Libraries GUI LibrariesDatabaseNetwork

XML

OpenGLMultimedia

Web Kit

Windows Linux/X11 MacOS X Embedded Linux WinCE

รปท 4.16 โครงสรางสถาปตยกรรม Qt framework

จากรปขางบนแสดงโครงสรางของ Qt framework โดยชนบนสดคอโคดโปรแกรมภาษาซพลสพลส ชนรองลงมาจะเปนสวนของ Qt classes สำหรบสราง GUI, Webkit, Database และอนๆ และชนสดทายคอระบบปฏบตการทรองรบการทำงานของโปรแกรม

การตดตง QT สำหรบแตละระบบปฏบตการตดตง Qt สำหรบแตละระบบปฏบตการ จะมการเตรยมชดโปรแกรมสำหรบการพฒนาทเรยกวา

Qt Installer ซงไดรวม Qt Libraries และ Qt Creator สำหรบเปนโปรแกรมเพอใหพฒนาโคดโปรแกรมและกราฟฟกทใชในโปรแกรม โดยการเขาไปดาวนโหลดไดจาก http://qt-project.org/downloads หลงจากนนกสามารถตดตงไดทนท

227


http://qt-project.org/downloads


สำหรบระบบปฏบตการ Embedded Linux

ทำการดาวนโหลด Qt source code ลงเครองคอมพวเตอร และแตกไฟล ดงคำสงขางลางน$ wget http://download.qt-project.org/official_releases/qt/4.8/4.8.5/qt-everywhere-opensource-src-4.8.5.tar.gz$ tar -xzvf qt-everywhere-opensource-src-4.8.5.tar.gz

กำหนดการตงคา เพอใหรองรบสถาปตยกรรมทตองการ เชน ARM แลวทำการคอมไพลตามลำดบ $ cd ~/qt-everywhere-opensource-src-4.8.5$ ./configure -embedded [architecture]

โดยท:[architecture] คอสถาปตยกรรมของบอรด target เชน สถาปตยกรรม arm, x86 หรอ mips

หรอสามารถระบรายละเอยดพเศษอนๆในระหวางการใชคำสง ./configure เพอใหเหมาะสมกบสภาพแวดลอมของสถาปตยกรรมทใชงาน ดงคำสงขางลางน$ sudo /usr/local/qt-embedded-4.8.5$ ./configure -prefix /usr/local/qt-embedded-4.8.5 \ -embedded -qt-gfx-linuxfb -qt-gfx-qvfb \ -qt-gfx-vnc -no-largefile -exceptions -no-accessibility \ -no-qt3support -qt-zlib -no-gif -no-libtiff \ -qt-libpng -no-libmng -qt-libjpeg \ -no-nis -no-cups -depths 8,16,18,32 \ -qt-kbd-tty -qt-kbd-qvfb -qt-kbd-linuxinput \ -qt-mouse-linuxinput -qt-mouse-qvfb -qt-mouse-pc$ make

หลงจากเสรจสนการคอมไพลแลว จะไดไฟลไลบรารทจำเปนสำหรบการนำไปตดตงเพมลงในบอรดสมองกลฝงตว ทใชระบบปฏบตการ Embedded Linux ดงน

-libQtCore.so <--- ไลบรารหลก-libQtGui.so <--- ในกรณทตองการแสดงสวนกราฟฟกตดตอผใช (GUI)-libQtNetwork.so <--- ในกรณทตองการใชงานทางดานระบบเครอขาย-libQtSql.so <--- ในกรณทตองการใชงานในการเกบขอมลดวย SQlite-libQtXml.so <--- ในกรณทตองการใชงานในการจดการไฟล XML

ซงนกพฒนาสามารถเลอกไฟลไลบรารทตองการ แลวทำการคดลอกไฟลไลบรารไปยงไดเรกทอร /lib ของ root file system ภายในบอรดสมองกลฝงตว

228




http://download.qt-project.org/official_releases/qt/4.8/4.8.5/qt-everywhere-opensource-src-4.8.5.tar.gz




ในการเรมตนพนฐานการพฒนาโปรแกรมดวย Qt นน สามารถสรางโปรแกรม “Hello World” อยางงาย ไดดงน

$ vim main.cpp

// main.cpp

#include<QtCore>int main(){ qDebug() << "Hello World\n";}

กอนจะทำการคอมไพล จะตองมการสรางไฟลทง 2 ไฟลขนมา ไดแก ไฟลโปรเจค (.pro) และไฟล Makefile ดวยคำสงดงน

$ qmake -project

ไฟลโปรเจค (.pro) จะถกสรางขนมาโดยอตโนมต ดงรายละเอยดภายในไฟลขางลางน

####################################################################### Automatically generated by qmake ###################################################################### TEMPLATE = appTARGET =DEPENDPATH += .INCLUDEPATH += . # InputSOURCES += main.cpp

ถดไปเปนการสราง Makefile โดยรนคำสง qmake โดยทไมตองใสพารามเตอร

$ qmake

$ cat Makefile####### Compilemain.o: main.cpp $(CXX) -c $(CXXFLAGS) $(INCPATH) -o main.o main.cpp

####### Installinstall: FORCE

uninstall: FORCE

FORCE:

229


ทำการคอมไพลโปรแกรม

$ makeg++ -c -pipe -O2 -Wall -W -D_REENTRANT -DQT_NO_DEBUG -DQT_GUI_LIB -DQT_CORE_LIB -DQT_SHARED -I/usr/share/qt4/mkspecs/linux-g++ -I. -I/usr/include/qt4/QtCore -I/usr/include/qt4/QtGui -I/usr/include/qt4 -I. -I. -o main.o main.cpp

g++ -Wl,-O1 -o qt main.o -L/usr/lib -lQtGui -lQtCore -lpthread

ทดสอบเรยกโปรแกรม

$ ./qt Hello World

ตวอยางโปรแกรม Qt ในรปแบบกราฟฟกทตดตอกบผใช (GUI program) สามารถพฒนาผานโปรแกรม Qt Creator หรอสามารถเขยนโคดโปรแกรมดวย Text editor ทวไป ดงแสดงขางลางน

$ vim qt_gui.cpp// qt_gui.cpp#include<QApplication>#include<QLabel>

int main(int argc, char *argv[]){ QApplication app(argc, argv); QLabel* hello = new QLabel("<h1>Hello, World</h1>"); hello->show(); hello->setWindowTitle("Welcome to Embedded System World"); return app.exec();}

ทำการสรางไฟลโปรเจค (.pro) และไฟล Makefile ดงคำสงขางลางน

$ qmake -project$ qmake

ไฟลทงสองจะถกสรางขนดงรายละเอยดดงน

$ lsgui.pro Makefile qt_gui.cpp

$ cat gui.pro ####################################################################### Automatically generated by qmake (2.01a) Mon Sep 30 23:09:58 2013######################################################################

TEMPLATE = app

230


TARGET = DEPENDPATH += .INCLUDEPATH += .

# InputSOURCES += qt_gui.cpp

$ cat Makefile ############################################################################## Makefile for building: gui# Generated by qmake (2.01a) (Qt 4.6.2) on: Mon Sep 30 23:10:00 2013# Project: gui.pro# Template: app# Command: /usr/bin/qmake -unix -o Makefile gui.pro#############################################################################

####### Compiler, tools and options

CC = gccCXX = g++DEFINES = -DQT_NO_DEBUG -DQT_GUI_LIB -DQT_CORE_LIB -DQT_SHAREDCFLAGS = -pipe -O2 -Wall -W -D_REENTRANT $(DEFINES)CXXFLAGS = -pipe -O2 -Wall -W -D_REENTRANT $(DEFINES)...compiler_uic_clean:compiler_yacc_decl_make_all:compiler_yacc_decl_clean:compiler_yacc_impl_make_all:compiler_yacc_impl_clean:compiler_lex_make_all:compiler_lex_clean:compiler_clean:

####### Compile

qt_gui.o: qt_gui.cpp ! $(CXX) -c $(CXXFLAGS) $(INCPATH) -o qt_gui.o qt_gui.cpp

####### Install

install: FORCE

uninstall: FORCE

FORCE:

ทำการคอมไพลโปรแกรม

$ makeg++ -c -pipe -O2 -Wall -W -D_REENTRANT -DQT_NO_DEBUG -DQT_GUI_LIB -DQT_CORE_LIB -DQT_SHARED -I/usr/share/qt4/mkspecs/linux-g++ -I. -I/usr/include/qt4/QtCore -I/usr/include/qt4/QtGui -I/usr/include/qt4 -I. -I. -o qt_gui.o qt_gui.cppg++ -Wl,-O1 -o gui qt_gui.o -L/usr/lib -lQtGui -lQtCore -lpthread

231


ทดสอบเรยกโปรแกรม Hello World ดงขางลาง

$ ./gui

รปท 4.17 ผลลพธการรนโปรแกรม Hello World

กลไกการทำงานของ SIGNAL และ SLOT

Signals และ slots ใชสำหรบการสอสารระหวางวตถ (object) ซงเปนกลไกหลกในการนำไปพฒนาโปรแกรม Qt โดยเฉพาะทางดานกราฟฟกตดตอกบผใช (GUI) ดงแสดงในรปขางลาง

รปท 4.18 กลไกการเชอมระหวาง Signals และ Slots

ฟงกชนในการเชอมระหวาง signals กบ slots นนจะมรปแบบการเขยนโปรแกรมดงน

connect(sender, SIGNAL(signal), receiver, SLOT(slot));

ตวอยางโปรแกรมประยกตการทำงานของ signals และ slots#include<QApplication>

232


#include<QPushButton>

int main(int argc, char *argv[]){ QApplication app(argc, argv); QPushButton* hello = new QPushButton("Quit"); hello->resize(150, 75); QObject::connect(hello, SIGNAL(clicked()), &app, SLOT(quit())); hello->show(); hello->setWindowTitle("Hi"); return app.exec();}

จากโคดโปรแกรมขางบนเปนการเชอม signal ของปมทเกดจากการถกกด (clicked()) ไปยงตว slot ทชอฟงกชน quit() ซงทำการออกจากโปรแกรม ดงนนการทำงานของโปรแกรมคอเมอมการกดปมกจะออกจากโปรแกรมทนท โดยขอสงเกตในการใช signal และ slot มดงน

1. หนง signal สามารถเชอมไดหลาย slots

2. หลาย signals สามารถเชอมกบ slot เดยวกนได

3. สามารถยกเลกการเชอมตอ (connection) ได

ตวอยางการพฒนาโปรแกรมดวย Qt Creator

เปดโปรแกรม Qt Creator แลวทำการสรางโปรเจคใหม โดยเลอกชนด Qt GUI Application แลวเลอก Base class ใหเปนแบบ QDialog ดงแสดงในรปขางลาง

รปท 4.19 หนาตางสวนการตงคารายละเอยดของคลาส

233


หลงจากกด Next แลว Qt Creator จะไดโคดโปรแกรมดงรปดานลาง

รปท 4.20 แสดงโคดเบองตนทถกสรางขนมาอตโนมต

เปดไฟล dialog.ui เพอสราง UI ใหกบโปรแกรม โดยการเพม QPushButton และ QLabel ดงแสดงในรปขางลาง

รปท 4.21 การสราง GUI ผานสวนของ Design

ขนตอนตอไปจะเปนการสรางการเชอมโยง โดยการคลกขวาทปม Count แลวเลอก “Go to Slot” จากนนเลอก signal ทตองการเชอมไปยง slot ในทนใหเลอก clicked() จากนนกด OK

234


รปท 4.22 การตงคา Signal เพอกำหนด Slot เปาหมาย

โปรแกรมจะทำการสรางฟงกชนสำหรบการเชอมตอระหวาง signals และ slots ใหอตโนมต โดยจะตงชอ slots ใหชอวา “on_pushButton_clicked” ดงแสดงในรปขางลาง

รปท 4.23 Method ทถกสรางขนเมอมการเลอก slot

เพมเตมโคดโปรแกรมเขาไปในฟงกชน on_pushButton_clicked() ดงน

void Dialog::on_pushButton_clicked(){ static int count;

235


count++; ui->label->setText(QString::number(count));}

ในขนตอนสดทายทำการคอมไพลและรนโปรแกรม โดยกดปมลด Ctrl+R จะไดผลลพธดงรปดานลาง ซงเมอผใชกดปม Count โปรแกรมกจะทำการบวกเลขเพมขนทละ 1

รปท 4.24 ผลลพธการรนโปรแกรมเมอกดปม Count

การพฒนาโปรแกรมตดตอพอรตอนกรมการพฒนาโปรแกรมดวย Qt นนเรมไดรบความนยมมากขน โดยเฉพาะในวงการการพฒนาบน

ระบบสมองกลฝงตว เนองจากการทำงานของโปรแกรมทรวดเรว และการแสดงผลทางดานกราฟฟกทดขน นอกจากนนการพฒนาโปรแกรมเพอตดตอสอสารกบพอรตอนกรม กบอปกรณภายนอก เชน บอรดไมโครคอลโทรเลอร เปนตน กยงจำเปนตองมอย ดงนนใน Qt เวอรชนใหม ตงแตเวอรชน 5 เปนตนไป ไดมการรวมเอาโมดล QtSerialPort เขาไปอยในไลบราร Qt5 เปนทเรยบรอยแลว เพอความสะดวกในการเรยกใชงาน ซงสามารถตดตอไดทง hardware serial ports และ virtual serial ports

ภายในโมดล QtSerialPort ประกอบไปดวย 2 คลาสหลกๆคอ SerialPort และ SerialPortInfo โดยคลาส SerialPort จะเปนคลาสพนฐานทมเมทธอดตางๆ ในการตงคาพนฐานสำหรบพอรตอนกรม

ตาราง 4.5 การรองรบการตงคาพอรมอนกรมดวย Qt ในแตละระบบปฏบตการ

ระบบปฏบตการ สนบสนน รายละเอยด

Windows NT/2K/XP/Vista/7/8 YES Full support

Windows CE YES เวอรชน 5 และ 6 บนตว WinCE Emulator

Gnu/Linux YES Full support

MacOS X YES Full support

236



Unix อนๆ YES POSIX-compatible ทงหมด

สำหรบคลาส SerialPortInfo จะเปนคลาสตวชวย ทจะแสดงคาสถานะตางๆของพอรตอนกรมทสามารถเรยกใชไดในระบบคอมพวเตอร หรอบอรดสมองกลฝงตว

ตาราง 4.6 การรองรบของฟงกชน SerialPortInfo ในแตละระบบปฏบตการ


Windows NT/2K/XP/Vista/7/8 YES Full support โดยเรยกใชฟงกชน SetupAPI

Windows CE YES เวอรชน 5 และ 6 บนตว WinCE Emulator

Gnu/Linux YESFull support โดยเรยกใช libudev หรอคนหาได

ในไดเรกทอร /dev/ โดยตรง

MacOS X YES Full support

Unix อนๆ YESPOSIX-compatible ทงหมด คนหาไดใน

ไดเรกทอร /dev/ โดยตรง

แตโมดล QtSerialPort ยงมขอจำกดบางอยางทยงไมรองรบไดแก-การทำงานแบบโหมด Terminal, control CR/LF-ตงคา timeouts และ delays ของการอาน-การแจงเตอนเมอการมเปลยนสถานะของ RS-232 ขาOUT

ดาวนโหลดโมดล QtSerialPort แลวทำการคอมไพลและตดตงเพมเขาไปใน Qt4/Qt5 ดวยคำสงดงน

$ git clone git://gitorious.org/qt/qtserialport.git

Initialized empty Git repository in

/home/student/Downloads/qtserialport/.git/

remote: Counting objects: 4482, done.

remote: Compressing objects: 100% (1737/1737), done.

remote: Total 4482 (delta 3158), reused 3764 (delta 2719)

Receiving objects: 100% (4482/4482), 1.22 MiB | 233 KiB/s, done.

Resolving deltas: 100% (3158/3158), done.

237


$ cd qtserialport/

$ qmake qtserialport.pro

$ make

$ sudo make install

ในการพฒนาโปรแกรม Qt เพอตดตอพอรตอนกรมนนในกรณทเปน Qt4 และ Qt5 นน จะตองมการระบการเรยกใชโมดล QtSerialPort ในไฟลโปรเจค (.pro) เพมเขาไปดวยหลงจากรนคำสง qmake -project เพอสรางไฟลโปรเจค (.pro) ดงนกรณทเปน Qt4

CONFIG += serialport

กรณทเปน Qt5QT += serialport

แตสำหรบการ include ในโคดโปรแกรมทง Qt4 และ Qt5 จะเหมอนกน

...#include <QtSerialPort/QSerialPort>#include <QtSerialPort/QSerialPortInfo>...

การเปดพอรตอนกรมสามารถเลอกระดบของการเขาถงไดดงน read-only (r/o), write-only (w/o), read/write (r/w) และเมอเปดพอรตไดสำเรจ โมดล QSerialPort จะใชคาทตงไวดงเดมของพอรตนน แตอยางไรกตามกสามารถทำการตงคาใหมได โดยเรยกใชฟงกชน setBaudRate(), setDataBits(), set-Parity(), setStopBits() และ setFlowControl() ตามลำดบ ตวอยางการเปดพอรตอนกรม /dev/ttyS0

QSerialPort serial;serial.setPortName("/dev/ttyS0");serial.setBaudRate(QSerialPort::Baud9600);if (serial.open(QIODevice::ReadWrite)) { // to do this}

ตวอยางโปรแกรมการใชคลาส QSerialPortInfo เพอทำการตรวจสอบพอรตทเรยกใชงานได แลวทำการสงรายละเอยดของพอรตนนตอไปใหคลาส QSerialPort เพอทำการเปดตอไป #include <QtCore/QCoreApplication>#include <QtCore/QDebug>

238


#include <QtSerialPort/QSerialPort>#include <QtSerialPort/QSerialPortInfo>

QT_USE_NAMESPACE

int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); // Example use QSerialPortInfo foreach (const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts()){ qDebug() << "Name : " << info.portName(); qDebug() << "Description : " << info.description(); qDebug() << "Manufacturer: " << info.manufacturer(); // Example use QSerialPort QSerialPort serial; serial.setPort(info); if (serial.open(QIODevice::ReadWrite)) serial.close(); } return a.exec();}

สรางไฟลโปรเจค (.pro) แลวเพมใหรองรบการใชโมดล QtSerialPort และทำการคอมไพล ดงคำสงขางลางน

$ qmake -project$ echo “CONFIG += serialport” >> serial.pro$ qmake$ makeg++ -Wl,-O1 -Wl,-rpath,/usr/local/qt-embedded-4.8.5/lib -o serial main.o -L/usr/local/qt-embedded-4.8.5/lib -lQtSerialPort -lQtGui -L/usr/local/qt-embedded-4.8.5/lib -lQtNetwork -lQtCore -lpthread $ lsmain.cpp main.o Makefile serial serial.pro$ ./serial Name : "ttyS0" Description : "" Manufacturer: "" Name : "ttyS1" Description : "" Manufacturer: ""

239


การพฒนาโปรแกรมแบบ MULTI-THREADING

การเขยนโปรแกรมเพอใหเทรดหลายตวสามารถทำงานพรอมกนได (multi-threading) ดงทเคยอธบายการพฒนาดวยภาษา C ในบททผานมา สำหรบการพฒนาโปรแกรมในลกษณะเปนกราฟฟกทตดตอกบผใชดวยภาษา C++ กบตว Qt นน ถอวาเปนสงจำเปนอยางมาก เนองจากถางานไหนทมโอกาสจะมการประมวลผลนาน กควรเปลยนใหไปประมวลผลการทำงานอยเบองหลงแทน (background processing) เพอไมใหกระทบตอการใชงานสวนกราฟฟกกบผใช ซงการพฒนาโปรแกรมในลกษณะ multi-threading นนไดนำมาใชอยางแพรหลาย สำหรบการพฒนาใน Qt นนสามารถเรยกใชงานไดงายและยงรองรบการเชอมตอกบแบบ signal และ slot เพอใชสงขอมลระหวางกนไปมาของเทรดได Qt สามารถใชงาน Thread ได 2 แบบใหญ คอ1. แบบ Low Level ดวย QThread คลาส QThread นนจะใชสำหรบ 1 เทรด ตอ 1 QThread ซงจะเรมทำงานจากฟงกชน run() แตจะตองทำการ implement ฟงกชน run() นกอน (::run()) ดงตวอยางโปรแกรมขางลาง

สรางไฟล writer.h และ main.cpp ดงน

$ vim writer.h// writer.h#ifndef WRITER_H#define WRITER_H

#include <QThread>#include <QString>#include <iostream>class Writer: public QThread {public: explicit Writer(const QString& mark) : mark_(mark) { }

void run();private: QString mark_;};#endif // WRITER_H

void Writer::run() { for (int i = 0; i < 20; ++i) { std::cout << qPrintable(mark_); msleep(200); }}

240


ในไฟล main.cpp จะมการเขยนลงไปในฟงกชน run() และจะมการหยดไปชวขณะประมาณ 200 มลลวนาท หลงจากนนกจะแสดงขอความออกทางหนาจอ ดงโคดขางลางน

$ vim main.cpp// main.cpp#include <QtCore/QCoreApplication>#include <QTimer>#include "writer.h"

int main(int argc, char *argv[]){ QCoreApplication a(argc, argv);

Writer w1("One"); Writer w2("Two"); Writer w3("Three");

w1.start(); w2.start(); w3.start();

w1.wait(); w2.wait(); w3.wait();

QTimer::singleShot(12000, &a, SLOT(quit()));

return a.exec();}

สรางไฟลโปรเจค (.pro) และไฟล Makefile เพอคอมไพลโปรแกรม ดงคำสงขางลางน

$ qmake -project$ qmake$ make$ ./thread Two Three One Two Three One Two Three One Three Two One Two One Three Two One Three Three Two One Three One Two Two Three One Two Three One Two Three One Two One Three Two One Three Two One Three Two One Three One Three Two One Three Two One Three Two One Three Two One Three Two

2. แบบ High Level ดวย QConcurrentQtConcurrent เปนตว API ในระดบสง สำหรบการเขยนโปรแกรมแบบ multi-threading บน Qt

น จะสามารถใชงานไดงายยงขนโดยทไมตองลงลกในรายละเอยดของเทรดและการจดการจำนวนเทรดตางๆ โดย QtConcurrent ไดรวมเอาฟงกชนไวหลายรปแบบเพอใหเหมาะสำหรบการนำไปประยกตใช

241


กบงานแบบไมตรงจงหวะกน (asynchronous task) โดยเฉพาะในโปรแกรมแบบกราฟฟกตดตอกบผใช (GUI applications)QtConcurrent::run() จะทำการเรยกฟงกชนขนมาภายใน thread ทสรางขนมาใหม

extern void aFunction();extern void bFunction();

QFuture<void> future1 = QtConcurrent::run(aFunction);QFuture<void> future2 = QtConcurrent::run(bFunction);

สามารถใชคลาส QFuture และ QFutureWatcher ในการตรวจสอบสถานะของฟงกชนทถกเรยกเขาไปในเทรดไดตวอยางโปรแกรมขางลางน #include <QCoreApplication>#include <qtconcurrentrun.h>#include <QThread>

#ifndef QT_NO_CONCURRENT

void myRunFunction(QString name) { for (int i = 0; i <= 5; i++) { qDebug() << name << " " << i << "from" << QThread::currentThread(); }}

int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); QFuture<void> t1 = QtConcurrent::run(myRunFunction, QString("A")); QFuture<void> t2 = QtConcurrent::run(myRunFunction, QString("B")); QFuture<void> t3 = QtConcurrent::run(myRunFunction, QString("C"));

t1.waitForFinished(); t2.waitForFinished(); t3.waitForFinished();

return a.exec();}

#else

#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[]){ QApplication app(argc, argv); QString text("Qt Concurrent is not yet supported on this platform"); QLabel *label = new QLabel(text); label->setWordWrap(true); label->show();

242


qDebug() << text; app.exec();}#endif

ทำการสรางไฟลโปรเจค (.pro) แลวเพมไลบราร concurrent เขาไปในไฟลโปรเจค ดงคำสงขางลางน

$ qmake -project$ echo “CONFIG += concurrent” >> qtconcurrent.pro

ทำการสรางไฟล Makefile และคอมไพลโปรแกรม เพอทดสอบการทำงานของ multi-threading ดงคำสงขางลางน

$ qmake$ make$ lsmain.cpp main.o Makefile qtconcurrent qtconcurrent.pro$ ./qtconcurrent "B" 0 from QThread(0x128d1c0, name = "Thread (pooled)") "B" 1 from QThread(0x128d1c0, name = "Thread (pooled)") "B" 2 from QThread(0x128d1c0, name = "Thread (pooled)") "A" 0 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "A" 1 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "A" 2 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "A" 3 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "A" 4 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "A" 5 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "B" 3 from QThread(0x128d1c0, name = "Thread (pooled)") "B" 4 from QThread(0x128d1c0, name = "Thread (pooled)") "C" 0 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "C" 1 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "B" 5 from QThread(0x128d1c0, name = "Thread (pooled)") "C" 2 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "C" 3 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "C" 4 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)") "C" 5 from QThread(0x128cb10, name = "Thread (pooled)")

243


บทท 5 พนฐานระบบปฏบตการแอนดรอยดสำหรบนก พฒนา

ระบบปฏบตการแอนดรอยดประวตศาสตรของระบบปฏบตการแอนดรอยดเรมตนตงแตป ค.ศ. 2002 โดยเมอผกอตงบรษทก

เกลทงสองคอ Larry Page และ Sergey Brin ไดเขารวมฟงสมนา ณ มหาวทยาลยสแตนฟอรด (Stan-ford University) ในหวขอการพฒนาโทรศพทมอถอรนใหมชอ “SideKick Phone” นำเสนอโดยนาย Andy Rubin ซงขณะนนดำรงตำแหนงซอโอ (CEO) ของบรษท Danger Inc. เขาไดแสดงความสามารถของตวโทรศพทชนดพกพาชอวา SideKick Phone ซงเปนโทรศพทชนดพกพาตวแรกทสามารถเชอมตอผานระบบอนเทอรเนต (Internet) และทำงานไดหลากหลายตวอยางเชน การสงขอความ (Instant Messenger), อเมล (Mail), ตารางปฏทน (Calendar), และการทองเวปไซต (Browser) โดยเฉพาะการตงหนาการคนหาหลก (Search Engine default) ใหเปน Google search กยงทำให Larry Page เกดความประทบใจและไดกลายเปนหนงในผใช Sidekick Phone

แมวาตว Sidekick Phone จะเปนมอถอรนใหมทโดดเดนและทำใหผใชตางรสกตนเตนไดไมนอยกตามท แตกยงไมสามารถสรางใหเกดผลสำเรจในทางธรกจไดเทาทควรจะเปน จงทำให Andy Rubin ถกบบใหออกจากบรษท Danger Inc. ในชวงตนป ค.ศ. 2003 หลงจากหนงปผานไป Andy Rubin พรอมกบเงนกอนหนง เขากยงคงมความมงมนทตองการสรางธรกจทางดานระบบปฏบตการแนวคดใหมสำหรบโทรศพทเคลอนท (Mobile Operating System) เขาจงทำการจดโดเมนใหมในชอวา Android.com พรอมกบกอตงบรษทใหมในชอเดยวกนวา Android Inc. และไดเรมทำการพฒนา Open Mobile handset platform เพอใหกลายเปนระบบปฏบตการแบบเปด (Open Operating System) สำหรบผผลตโทรศพทเพอใหสามารถนำไปใชเปนระบบปฏบตการพนฐานภายในเครองของตนได

จนกระทงประมาณเดอนสงหาคม ป ค.ศ. 2005 ทางบรษทกเกลไดขอเจรจากบ Andy Rubin เพอขอเขาซอกจการบรษทของเขาจนในทสดกไดบรรลขอตกลงรวมกนดวยมลคาทไมไดถกเปดเผยตอสาธารณะชน และหลงจากนนเปนตนมาในชวงปลายป ค.ศ. 2007 บรษทกเกลไดประกาศเขารวมเปนสมาชกใน Open Handset Alliance (OHA) เพอทจะสรางระบบปฏบตการแบบเปดสำหรบโทรศพทเคลอนทในชอระบบปฏบตการแอนดรอยด (Android Operating System) อยางเปนทางการ และตอมาในเดอนกนยายน ป ค.ศ. 2008 บรษทกเกลจงไดปลอยระบบปฏบตการแอนดรอยด เวอรชน 1.0 โดยใชชอรหส (Codename) วา Astro ตอสาธารณะชนเปนครงแรก และกไดปลอยรนตางๆอยางตอเนองจนกระทงปจจบนดงแสดงในตารางขางลาง

244


1.5Cupcake

1.6Donut

2.0/2.1Eclair

2.2Froyo

2.3Gingerbread

3.0/3.1Honeycomb

4.0Icecream Sandwich

4.1/4.2/4.3Jelly Bean

4.4KitKat

รปท 5.1 รนของระบบปฏบตการแอนดรอยด

ตาราง 5.1 รายละเอยดการเปลยนแปลงทสำคญของแตละรนของแอนดรอยด

ชอโคด เวอรชน ออกเมอ การเปลยนแปลงสำคญ KERNEL SDK API NDK API

ไมระบ 1.0 กนยายน 2551 2.6.25 1 N/A

Petit Four 1.1 กมภาพนธ 2552 2.6.25 2 N/A

Cupcake 1.5 เมษายน 2552- Onscreen soft keyboard- หนาจอหมนอตโนมต

2.6.27 3 1

Donut 1.6 กนยายน 2552- มสถานะการใชแบตเตอร- สนบสนนการเชอมตอ VPN

2.6.27 4 2

Eclair

2.0 ตลาคม 2552- ม Live Wallpaper- รองรบระบบ Exchange

2.6.29 5 2

Eclair 2.0.1 ธนวาคม 2552- ม Live Wallpaper- รองรบระบบ Exchange

2.6.29 6 2Eclair

2.1 มกราคม 2553

- ม Live Wallpaper- รองรบระบบ Exchange

2.6.29 7 3

Froyo 2.2 พฤษภาคม 2553- มฟงกชน WiFi Hotspot- Just In Time Compile- กำเนด Nexus One

2.6.32 8 4

Ginger-

bread

2.3 - 2.3.2 พฤศจกายน 2553- รองรบ NFC และ SIP- มตว Download Manager- กำเนด Nexus S

2.6.35 9 5Ginger-

bread2.3.3 - 2.3.7 กมภาพนธ 2554 - รองรบ ADK 2.6.35 10 5

Honey-

comb

3.0 กมภาพนธ 2554- รองรบการแสดงผลบนแทปเลต- รองรบ Multi-core CPU

2.6.36 11 6Honey-

comb 3.1.x พฤษภาคม 2554 - รองรบ USB Host และม APIs 2.6.36 12 6

Honey-

comb

3.2.x มถนายน 2554 2.6.36 13 6

245


ชอโคด เวอรชน ออกเมอ การเปลยนแปลงสำคญ KERNEL SDK API NDK API

Ice-Cream

Sandwich

4.0 - 4.0.2 ตลาคม 2554- รองรบการแสดงผลบนมอถอและแทปเลต- กำเนด Galaxy Nexus

3.0.1 14 7Ice-Cream

Sandwich4.0.3 - 4.0.4 ธนวาคม 2554

- กำเนด WiFi Direct และ Android Beam- มความสามารถ Face Unlock

3.0.1 15 7

Jelly Bean

4.1.1 - 4.1.2 มถนายน 2555 - มการปรบปรงประสทธภาพโดยรวมมากขน 3.0.31 16 8

Jelly Bean 4.2 พฤศจกายน 2555 - รองรบการใชงานแบบ Multi-user 3.0.31 17 8

Jelly Bean

4.3 กรกฏาคม 2556- รองรบเทคโนโลย Low Power Bluetooth- รองรบการแสดงผลระดบ 4K

3.4.5 18 9

KitKat 4.4 พฤศจกายน 2556- รองรบเครองรนเกา (RAM >512MB)- รองรบเซนเซอรนบกาวเดน- รองรบระบบสง Infrared Remote

3.4.5 19 9

ดวยความรวมมอระหวางทมดแลลนกซคอรเนลและทมนกพฒนาของกเกล กไดทำใหในชวงป ค.ศ. 2011 ถง ค.ศ. 2012 เกดโครงการ Android Mainlining Project ขนโดยมวตถประสงคหลกคอการรวมไดรเวอรของแอนดรอยด (Android drivers) และความสามารถตางๆเขาไปอยในลนกซคอรเนลหลกตงแตเคอรเนล เวอรชน 3.3 เปนตนมาจนกระทงปจจบนโครงการนกสามารถรวมกนไดอยางสมบรณในเคอรเนลเวอรชน 3.5

ภายในระบบปฏบตการแอนดรอยดเองกไดมการปรบปรงการทำงานภายในระบบปฏบตการลนกซทเปนแกนกลางเพอใหเหมาะสมและสามารถรองรบการใชงานในสภาพแวดลอมของอปกรณชนดพกพา (Mobile Environment) ทตองใชพลงงานไฟฟาจากแบตเตอร รวมทงการปรบปรงความเรวของการสอสารระหวางโปรเซส (InterProcess Communication - IPC) ปรบปรงระบบการจดการหนวยความจำในระหวางโหลดโปรแกรมใชงาน และแกปญหาการจดการหนวยความจำ เปนตน ซงสวนรายละเอยดหลกๆทระบบปฏบตการแอนดรอยดไดปรบปรงและเพมเตมเขาไปในลนกซคอรเนล ดงแสดงในตารางขางลาง

ตาราง 5.2 การปรบเปลยนลนกซคอรเนลของระบบปฏบตการแอนดรอยด

เรอง คำอธบาย

Binderกลไกการตดตอสอสารระหวางโปรเซสภายในระบบปฏบตการแอนดรอยด (An-droid's IPC mechanism) ซงไดแรงบนดาลใจมาจากโปรเจค Open Binder

Ashmem ยอมาจาก Anonymous Shared Memory ทำหนาทเปนตวจดสรรพนท ทตองใชรวมกนภายในหนวยความจำกลาง (Shared memory allocator) โดยจะถอดสวนพนททถกแชรไว ในกรณทหนวยความจำเรมวกฤต

Logger สวนโปรแกรมไดรเวอรทบนทกขอมลตางๆจากการใชงานของผใช (user space)

246


เรอง คำอธบาย

Wakelocks

สวนควบคมไมใหเครองเขาสโหมดพก (suspend) ในกรณทพลงงานไฟฟานอย หรอมการพบปดหนาจอเหมอนเครองคอมพวเตอรทวไปทระบบปฏบตการจะปดเครองแลวเขาสโหมด suspend แต Wakelocks จะทำงานเพยงแคดบหนาจอ (Screen Turn-Off) เมอผใชตองการใชงานตอกเพยงเปดหนาจอกลบมา (Screen Turn-On) โดยทเครองไมไดดบ

OOMยอมาจาก Out Of Memory handler คอการจดการปญหาในกรณทหนวยความจำเตมโดยจะมการสงสญาณ Triggers กอนจะสงตอให Kernel ดำเนนการจดการ

Alarmตวนบหนวยเวลาเพอแจงเตอน (Android's alarm timer) ซงพฒนาตอยอดมาจากตวนาฬกา RTC (Real-time Clock) ของลนกซคอรเนลเดม

RAM consoleตวแสดงบนทกขอมลการทำงานของ Kernel ภายใน โดยการเรยกผานไฟล /proc/last_kmsg

สถาปตยกรรมของระบบปฏบตการแอนดรอยด

โครงสรางสถาปตยกรรมของระบบปฏบตการแอนดรอยดโดยเปรยบเทยบกบระบบปฏบตการลนกซทวไปนนจะมความคลายคลงกนหลายสวน แตกยงมอกหลายๆสวนทแตกตางกนออกไปเนองจากการปรบแตงใหเหมาะสมกบการนำไปใชในอปกรณชนดพกพาทมทรพยากรภายในทกำจดและพฤตกรรมการใชของผใชทแตกตางจากคอมพวเตอรแบบตงโตะ ดงรปเปรยบเทยบสถาปตยกรรมทงสอง

Application Application ApplicationApplication Application Application

Library

Framework & VM

middleware & Library

Kernel Kernelscheduler scheduler

Linux Android

รปท 5.2 เปรยบเทยบสถาปตยกรรมระบบปฏบตการลนกซ และปฏบตการแอนดรอยด

รายละเอยดภายในโครงสรางสถาปตยกรรมของระบบปฏบตการแอนดรอยดดงแสดงในรปขางลาง

247


โปรแกรมพนฐานแอนดรอยด

Launcher2 Phone AlarmClockEmail Settings CameraGallery Calendar BrowserBluetooth Contacts ...

โปรแกรมพนฐานแอนดรอยด

Power Manager Mount ServiceActivity Manager Notification ManagerPackage Manager Location ManagerBattery Service Search Service ....

android.*

LibsBionic / OpenGL / WebKit / ... Init / Toolbox Native Daenons Hardware Support

โปรแกรมประยกต (พฒนา/จาก Play Store)

java.*(Apache Harmony)

Android Runtime / Dalvik / Zygote

Linux KernelWakelocks / lowmem / binder / ashmem / ...

App API

Java NativeInterface

Bin

der

รปท 5.3 รายละเอยดภายในสถาปตยกรรมแอนดรอยด

จากโครงสรางสถาปตยกรรมของระบบปฏบตการแอนดรอยดจะสงเกตไดวามการแบงออกเปนสวนๆทมความเกยวเนองกน โดยสวนบนสดจะเปนสวนทผใชงานทำการตดตอโดยตรงซงเรยกวาโปรแกรมประยกต (Applications) และลำดบชนลงมากจะเปนองคประกอบของโปรแกรมระบบ ไลบรารตางๆ จนถงชนลางสดกจะเปนสวนทตดตอกบอปกรณโดยผานลนกซคอรเนล ซงในรายละเอยดของโครงสรางสถาปตยกรรมจะอธบายดงน

• Applications สวนของโปรแกรมทมมากบระบบปฏบตการหรอเปนกลมของโปรแกรมทผใชงานไดทำการตดตงไว โดยผใชงานสามารถเรยกใชโปรแกรมตางๆไดโดยตรงซงการทำงานของแตละโปรแกรมจะเปนไปตามทนกพฒนาโปรแกรมไดออกแบบและเขยนโคดโปรแกรมเอาไว

• Application Framework เปนสวนทมการพฒนาขนเพอใหนกพฒนาสามารถพฒนาโปรแกรมไดสะดวกและมประสทธภาพมากยงขน ดงนนนกพฒนาเพยงแคทำการศกษาวธการเรยกใชงาน Ap-plication Framework ในสวนทตองการใชงานแลวนำมาใชงานซงมหลายกลมดวยกน ตวอยางเชน

o Activities Manager เปนกลมของชดคำสงทจดการเกยวกบวงจรการทำงานของหนาตางโปรแกรม (Activity)

o Content Providers เปนกลมของชดคำสงทใชในการเขาถงขอมลของโปรแกรมอนและสามารถแบงปนขอมลใหโปรแกรมอนเขาถงได

o View System เปนกลมของชดคำสงทเกยวกบการจดการโครงสรางของหนาจอทแสดงผลในสวนทตดตอกบผใชงาน (User Interface)

248


o Telephony Manager เปนกลมของชดคำสงทใชในการเขาถงขอมลดานโทรศพท เชนหมายเลขโทรศพท เปนตน

o Resource Manager เปนกลมของชดคำสงในการเขาถงขอมลทเปนขอความ, รปภาพ เปนตน

o Location Manager เปนกลมของชดคำสงทเกยวกบตำแหนงทางภมศาตร ทระบบปฏบตการไดรบคาจากอปกรณ

o Notification Manager เปนกลมของชดคำสงทจะถกเรยกใชเมอโปรแกรม ตองการแสดงผลใหกบผใชงาน ผานทางแถบสถานะ(Status Bar) ของหนาจอ

• Libraries เปนสวนของชดคำสงทพฒนาดวยภาษา C/C++ โดยแบงชดคำสงออกเปนกลมตามวตถประสงคของการใชงาน เชน Surface Manage จดการเกยวกบการแสดงผล, Media Frame-work จดการเกยวกบการการแสดงภาพและเสยง, Open GL | ES และ SGL จดการเกยวกบภาพ 3มต และ 2มต, SQLite จดการเกยวกบระบบฐานขอมล เปนตน

• Android Runtime จะม Dalvik Virtual Machine ทถกออกแบบมา เพอใหทำงานบนอปกรณทมหนวยความจำ (Memory), หนวยประมวลผลกลาง (CPU) และพลงงาน (Battery)ทจำกด ซงการทำงานของ Dalvik Virtual Machine จะทำการแปลงไฟลทตองการทำงาน ไปเปนไฟล .DEX กอนการทำงาน เหตผลกเพอใหมประสทธภาพเพมขนเมอใชงานกบหนวยประมวลผลกลางทมความเรวไมมาก สวนตอมาคอ Core Libraries ทเปนสวนรวบรวมคำสงและชดคำสงสำคญๆซงถกเขยนดวยภาษาจาวา (Java Language)

• Linux Kernel เปนสวนหวใจสำคญในการจดการกบบรการหลกของระบบปฏบตการ เชน เรองหนวยความจำ พลงงาน ตดตอกบอปกรณตางๆ ความปลอดภย ระบบเครอขาย โดยแอนดรอยดไดนำเอาสวนนมาจากระบบปฏบตการลนกซ 2.6 (Kernel 2.6.24) ทไดถกออกแบบมาเปนอยางด ถาจะนำ vanilla kernel ใหสามารถทำงานบนระบบปฏบตการแอนดรอยดไดนน เปนเรองไมงายนกสำหรบนกพฒนาระบบสมองกลฝงตว ดงนนทางกเกลจงไดเตรยมซอรสโคดและเคอรเนลพนฐานภายใตโปรเจคชอวา AOSP (Android Open Source Project) เพอเปนแนวทางใหนกพฒนาสามารถพฒนาไดสะดวกยงขน

249


แนวทางการพฒนา Embedded Android

เมอวเคราะหแนวการพฒนาในเชงลกของนกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตว โดยเฉพาะทางดานระบบสมองกลฝงตว ทใชระบบปฏบตการแอนดรอยด สามารถแยกได 4 กลมไดแก

นกพฒนาโปรแกรม (Application Developers)

Application Framework

Linux Kernel

Applications

Surface Manager Dalvik VM

Media Manager

Shared Libraries

พฒนาโปรแกรม

System Image

เนนการพฒนาโปรแกรมประยกตดวยภาษาจาวา

(Android JAVA) และ ภาษาซ (Native C lan-

guage) ในระดบ Application Layer เชน

โปรแกรมทางดานการศกษา เกมส อเนกประสงค

การสอสาร ธรกจการเงน เปนตน

นกพฒนาโปรแกรม (Platform Developers)


Linux Kernel

Applications


Media Manager

Shared Libraries

Rebuild ระบบปฏบตการแอน

ดรอยด

เปนการปรบแตง Android Application

Framework เชน โปรแกรมระบบ โปรแกรม

ประยกตพนฐานทมากบเครอง ปรบแตงการ

แสดง UI พเศษ การแสดงผลแบบสองหนาพรอม

กน เปนตน ซงจะเปนกลมทเนนปรบแตง ROMs

เชน CyanogenMod เปนตน

250


นกปรบแตงระบบปฏบตการ (Android Porting)


Linux Kernel

Applications


Media Manager

Shared Libraries

การ Porting ระบบปฏบตการแอนดรอยด

เนนงานทางดานการ Porting แอนดรอยดรน

ตางๆ ใหสามารถทำงานอยบนสถาปตยกรรมอน

เชน MIPS, Intel x86 เปนตน หรอไปอยบน

เครอง Netbook (EeePC) หรอ Virtual Ma-

chine (VMWare, Virtual Box, GenyMotion

เปนตน)

นกระบบฮารดแวร (Hardware Developers)


Linux Kernel

Applications


Media Manager

Shared Libraries

ปรบแตงระบบปฏบตการ แอนดรอยด

ปรบแตง Kernel

เนนการออกแบบบอรดสมองกลฝงตว สำหรบ

งานประยกตดานตางๆ เชน อปกรณ Set-top-

box, Android USB Stick, ต Kiosk เปนตน

โดยจะตองมการปรบแตงลนกซคอรเนลเพอให

รองรบอปกรณพวงรอบขางตามทตองการ และ

ปรบแตงโปรแกรมระบบ, Launcher UI หรอ

การเลนมลตมเดยแบบพเศษ เปนตน

251


เตรยมสภาพแวดลอมสำหรบการพฒนา Embedded Android

โปรแกรมพนฐานและบรการระบบPower Manager Mount ServiceActivity Manager Notification ManagerPackage Manager Location ManagerBattery Service Search Service ....

Media Server

Media WebKit Fresstype SQLite

Home Dialer Camera Media Player Settings ...

Service Manager

Network Manager

...

Skia Input ALSA ...

Core Libraries

Dalvik VM

Audio Camera Radio (RIL) GPS ...Sensors NFS

Audio WiFi Camera Display ...Bimder Logger

Applications

ApplicationFrameworks

Libraries & Runtimes

Hardware Abstraction

Layer

LinuxKernel

รปท 5.4 รายละเอยดภายในแตละชนของระบบปฏบตการแอนดรอยด

เตรยมสภาพแวดลอมบนเครอง HOST

ระบบปฏบตการลนกซตวทเหมาะสำหรบการศกษาและทดสอบระบบปฏบตการแอนดรอยดคอ Ubuntu LTS (Long Term Support) รน 10.04 หรอ Ubuntu LTS รน 12.04 ซงทางกเกลไดใชเปนตวหลกในการทดสอบระบบปฏบตการแอนดรอยดรนตางๆโดยเฉพาะรน Android Gingerbread (2.3.x) ขนไปนนจะตองใชสภาพแวดลอมทเปนระบบปฏบตการแบบ 64 บตเทานน นอกจากนนทรพยากรพนฐานของเครอง Host กควรจะมหนวยความจำไมนอยกวา 8GB (แนะนำอยท 16GB) และมพนทความจวางไมนอยกวา 30GB ตวอยางเชน Android IceScream Sandwich (ICS) จะใชพนทประมาณ 25GB สำหรบหนงแพลตฟอรม ในกรณตองการสรางทกรนของ AOSP จะตองมพนทไมนอยกวา 80GB สำหรบโปรแกรมและไลบรารทตองตดตงลงไป สำหรบโปรแกรมและเครองมอพนฐานทตองมอยในเครอง Host ตวอยางเชน

• โปรแกรม Python รน 2.6 - 2.7• เครองมอในการคอมไพล GNU Make รน 3.81 - 3.82• โปรแกรม JDK รน 6 สำหรบ Android Gingerbread ขนไป แตถาตองการ Android Froyo ตำลงมา จะตองลง JDK รน 5 (fromjava.sun.com)

• โปรแกรม Git รน 1.7 ขนไป (git-scm.com)ตวอยางการตดตง JDK รน 6 สำหรบ Gingerbread ขนไป และ JDK รน 5 สำหรบ Froyo ตำลงมา

252


http://java.sun.com/javase/downloads/

http://java.sun.com/javase/downloads/

http://git-scm.com/download

http://git-scm.com/download

$ sudo add-apt-repository "deb http://archive.canonical.com/ lucid part-ner"$ sudo apt-get update$ sudo apt-get install openjdk-6-jre

หรอ

$ sudo add-apt-repository "deb http://archive.ubuntu.com/ubuntu hardy main multiverse"$ sudo add-apt-repository "deb http://archive.ubuntu.com/ubuntu hardy-updates main multiverse"$ sudo apt-get update$ sudo apt-get install openjdk-6-jre

ตดตงโปรแกรม และไลบรารทเกยวของสำหรบระบบปฏบตการ 64-bit Ubuntu LTS 10.04 $ sudo apt-get install git-core gnupg flex bison gperf build-essential \ zip curl zlib1g-dev libc6-dev lib32ncurses5-dev ia32-libs \ x11proto-core-dev libx11-dev lib32readline5-dev lib32z-dev \ libgl1-mesa-dev g++-multilib mingw32 tofrodos python-markdown \ libxml2-utils xsltproc

ในกรณทใชระบบปฏบตการ 64-bit Ubuntu LTS 12.04

$ sudo apt-get install git gnupg flex bison gperf build-essential \zip curl libc6-dev libncurses5-dev:i386 x11proto-core-dev \libx11-dev:i386 libreadline6-dev:i386 libgl1-mesa-glx:i386 \libgl1-mesa-dev g++-multilib mingw32 tofrodos \python-markdown libxml2-utils xsltproc zlib1g-dev:i386

$ sudo ln -s /usr/lib/i386-linux-gnu/mesa/libGL.so.1 /usr/lib/i386-linux-gnu/libGL.so

253


http://archive.canonical.com

http://archive.canonical.com

http://archive.ubuntu.com/ubuntu




Android Open Source Project (AOSP)

ดาวนโหลดซอรส AOSPในการดาวนโหลดซอรสโคดของระบบปฏบตการแอนดรอยดนนจะใชโปรแกรม repo ซงเปน Git

Wrapper script เพอระบรนของแอนดรอยดทตองการและดาวนโหลดโคดทเกยวของทงหมด โดยปกตแลวจะใชพนทในการเกบโคดทงหมดไมตำกวา 20GB และอาจจะตองใชเวลาในการดาวนโหลดประมาณ 3-6 ชวโมง ขนอยกบความเรวของอนเตอรเนตของเครอขายนนๆ

ดงตวอยางขนตอนการดาวนโหลด AOSP

$ mkdir ~/bin$ export PATH=$PATH:~/bin$ sudo apt-get install curl$ curl https://dl-ssl.google.com/dl/googlesource/git-repo/repo > ~/bin/repo% Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current Dload Upload Total Spent Left Speed100 22889 100 22889 0 0 50164 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 111k

$ chmod a+x ~/bin/repo

ไฟล manifest จะเกบลงคและขอมลทจำเปนสำหรบดาวนโหลดโปรแกรมทเกยวของทงหมด ดงตวอยางแสดงภายในไฟล XML ขางลาง

ตาราง 5.3 รายละเอยดภายใน XML ไฟลของ AOSP

ชอ รายละเอยด

name ชอโปรเจค ทบรรจโคดทงหมด

fetch Server URL

revision git branch

remote รายละเอยด server

path ไดเรกทอรทจะเกบจากการ unpack

project รายละเอยดของโปรเจค

254


https://dl-ssl.google.com/dl/googlesource/git-repo/repo

https://dl-ssl.google.com/dl/googlesource/git-repo/repo

ดาวนโหลด AOSP รนลาสด สามารถใชคำสง

$ repo init -u https://android.googlesource.com/platform/manifest

ในกรณทตองการระบรน เชน รน 4.0.1_r1 กสามารถทำโดยการเพม option -b ดงคำสงขางลาง

$ repo init -u https://android.googlesource.com/platform/manifest -b android-4.0.1_r1

จากรปขางลาง แสดงใหเหนแนวคดของ AOSP ในการจดการและปลอยโคดแตละรน

รปท 5.5 แสดงแนวทางการออกเวอรชนของแตละรน

เรมตนการดาวนโหลดโคด AOSP ลงในไดเรกทอร ~/aosp ซงใชเวลาในการดาวนโหลดไมนอยกวา 3-5 ขวโมง

$ mkdir ~/aosp$ cd ~/aosp$ repo sync

255


https://android.googlesource.com/platform/manifest




โครงสรางภายใน AOSPเมอดาวนโหลดไฟลทงหมดเสรจสน ภายในไดเรกทอร ~/aosp จะมไดเรกทอรยอยๆไมนอยกวา

35,000 ไดเรกทอร สำหรบไดเรกทอรสำคญๆทนกพฒนาควรจะทำความเขาใจ ไดแกตาราง 5.4 รายละเอยดไดเรกทอรของ AOSP

ไดเรกทอร รายละเอยดabi บรรจ Minimal C++ Run-time Type information

bionic ไลบรารภาษา C ของแอนดรอยด

bootable บรรจโคดสำหรบ Bootloader และ Recovery

build บรรจโครงสราง framework สำหรบสราง AOSP

cts ชด Test Suite สำหรบแอนดรอยด

dalvik บรรจตว Dalvik Virtual Machine

development ชดเครองมอสำหรบพฒนาตางๆ

device บรรจไฟล configuration ตางๆของแตละผขายตว System-on-Chip

external โปรเจคภายนอกทถกนำมาใชใน AOSP

frameworks Android core application framework

hardware ไลบรารและโมดลตางๆสำหรบระบบฮารดแวร (HAL)

kernel Linux Kernel

libcoreบรรจโปรเจค Apache Harmony และไลบรารพนฐานของจาวาทถกใชใน Dalvik

ndk Native Development Kit

packages โปรแกรมประยกตตางๆภายใน AOSP

prebuilt เครองมอ Toolchain สำเรจรป

sdk Android's Software Development Kit

systemไลบรารและไฟลไบนารหลกๆของระบบแอนดรอยด เชน init, toolbox, adb

tools เครองมอตางๆสำหรบการตงคาและใชงาน

เมอคดเปนสดสวนเปอรเซนตเปรยบเทยบขนาดแตละไดเรกทอร สามารถแสดงเปนกราฟวงกลมไดดงรปขางลางน

256


รปท 5.6 แสดงขนาดพนทของแตละไดเรกทอรของ AOSP

Stock Android Apps

packages/

android.*frameworks/base/core/

System Servicesframeworks/base/services/,frameworks/base/media/,

java.*(Apache Harmony)

libcore/

Linux Kernelไมม เนองจาก Kernel ไมไดเปนสวนหนงในไดเรกทอร AOSP

Librariesbionic/, external/, frameworks/base/

App API

โปรแกรมประยกตจาก Play Store

HALhardware/, device/

Native Daemonssystem/, external,

frameworks/base/cmds/

Init / Toolboxsystem/core/

Binder

JNI

รปท 5.7 ไดเรกทอรทเกยวของของแตละชนของระบบปฏบตการแอนดรอยด

bionic0.3%

cts2.3%

dalvik0.7%

development1.5%

device0.7%

external26.9%

frameworks19.4%

hardware0.9%libcore0.7%

ndk0.5%

packages4.7%

prebuilts40.2%

sdk0.9%others0.3%

257


สทธอนญาต (License) ของแตละสวนภายใน AOSP สามารถแยกประเภทของลขสทธทคมครองอยได 4 กลม ไดแก

• สวน Kernel จะม GNU GPLv2/GPLv3 license คมครอง• สวน external libraries จะม LGPL และ GPL license คมครอง• สวน bionic และ toolbox จะม BSD license คมครอง• สวน framework จะม Apache 2.0 license คมครอง

Android Kernel โคดของ Android Kernel patches ไมไดถกนำเขาไปไวในระบบกลางของลนกซคอรเนลหลก

เนองจากทางบรษทกเกลเปนผดแลเองทงหมดเรยกในสวนนวา “android-common” โดยสวน An-droid Kernel patches จะวางอยในตำแหนงระดบบนของพนฐานระบบปฏบตการตามขอกำหนดของ Linus Torvalds

สวนเคอรเนลทบรษทกเกลไดพฒนาขนเองนน กเพอตองการเพมความสามารถทขาดอยและปรบปรงการทำงานของลนกซคอรเนลเดมบางสวนใหเหมาะสมกบทรพยากรทมอยจำกด สภาพแวดลอม และพฤตกรรมการใชงานอปกรณชนดพกพา (Portable device) จนเรยกวาเปนแอนดรอยดเคอรเนล (Android Kernel) เฉพาะขนมา โดยมรายละเอยดดงน

• Binder - กลไกการตดตอสอสารระหวางโปรเซสภายในระบบปฏบตการแอนดรอยด (Android's IPC mechanism) ซงไดแรงบนดาลใจมาจากโปรเจค Open Binder

โปรแกรม A โปรแกรม BBinder

Function(Object)- Marshalling (assembling)- Relaying

Thread

รปท 5.8 แสดงขนตอนการรบสงขอมลระหวางโปรแกรมผาน Binder

• Ashmem (Anonymous Shared Memory) - ทำหนาทเปนตวจดสรรพนททตองใชรวมกนภายในหนวยความจำกลาง (Shared memory allocator) โดยจะถอดสวนพนททถกแชรไวในกรณทหนวยความจำเรมวกฤต

• Logger - สวนโปรแกรมไดรเวอรทบนทกขอมลตางๆจากการใชงานของผใช (user space)• Wakelocks - สวนควบคมไมใหเครองเขาสโหมดพก (suspend) ในกรณทพลงงานไฟฟานอยหรอมการพบปดหนาจอเหมอนเครองคอมพวเตอรทวไปทระบบปฏบตการจะปดเครองแลวเขาสโหลด suspend แต Wakelocks จะทำงานเพยงแคดบหนาจอ (Screen Turn-Off) เมอผใชตองการใชงานตอกเพยงเปดหนาจอกลบมา (Screen Turn-On) โดยทเครองไมไดดบ

258


CPU Screen KeyboardWakelock บางสวน

Wakelock เตมรปแบบ

รปท 5.9 ระดบการควบคมไมใหเครองเขาสโหมดพก

• OOM (Out Of Memory handler) - ตวจดการปญหาในกรณหนวยความจำเตม โดยจะมการสงสญาณ Triggers กอนจะสงตอใหเคอรเนลดำเนนการจดการ

• Alarm - ตวนบหนวยเวลาเพอแจงเตอน (Android's alarm timer) ซงพฒนาตอยอดมาจากตวนาฬกา RTC (Real-time Clock) ของลนกซคอรเนลเดม

• RAM console - ตวแสดงบนทกขอมลการทำงานของเคอรเนลภายในโดยการเรยกผานไฟล /proc/last_kmsg

• Paranoid network - ตวดแลจดการระบบเครอขายผาน uid (user id) และ pid (process id) เชน การกำหนดให uid หรอ pid มสทธในการเขาถง (access permission) ระบบเครอขายอนเทอรเนตดวยการตงคาภายในไฟล manifest.xml ดงตวอยางขางลางน

<permission name=”android.permission.INTERNET”> <group gid=”inet” /> </permission>

ขนตอนการคอมไพล AOSP มาเปนระบบปฏบตการแอนดรอยดตงคาพนฐานสำหรบเตรยมพรอมสภาพแวดลอมในการคอมไพล AOSP

$ cd ~/aosp$ source build/envsetup.sh

จากคำสงดานบนเปนคำสงใชในการตงคาสภาพแวดลอมใหกบระบบเพอจำเปนตอการคอมไพล และเพมคำสง shell script เพอใชในการเลอกแพลมฟอรตทตองการ เชน

• hmm() - สำหรบแสดงมนชวยเหลอ

• lunch() - สำหรบแสดง lunch เมนเพอเลอกแพลมฟอรตทตองการ (target board)

• add_lunch_combo() - สำหรบเพมชอผลตภณฑใหมทนกพฒนากำหนดขนเอง

• mm() - สำหรบสรางโมดลทงหมดทอยในไดเรกทอรปจจบน

259


นอกจากนนในระหวางเรยก envsetup.sh กจะมการรนคำสง source vendorsetup.sh, vendor/*/vendorsetup.sh, vendor/*/*/vendorsetup.sh และ device/*/*/vendorsetup.sh เพออนญาตใหเพมรายชอผลตภณฑทนกพฒนากำหนดขนเองอกดวย ตวอยางเชน Samsung Maguro product ทอยในไดเรกทอร device/samsung/maguro## Copyright (C) 2011 The Android Open Source Project## Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");# you may not use this file except in compliance with the License.# You may obtain a copy of the License at## http://www.apache.org/licenses/LICENSE-‐2.0## Unless required by applicable law or agreed to in writing, software# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.# See the License for the specific language governing permissions and# limitations under the License.# add_lunch_combo full_maguro-‐userdebug

ทดสอบเรยกคำสง shell script ทถกตงคาจากไฟล envsetup.sh

$ hmm

Invoke ". build/envsetup.sh" from your shell to add the following functions to your environment:- croot: Changes directory to the top of the tree.- m: Makes from the top of the tree.- mm: Builds all of the modules in the current directory.- mmm: Builds all of the modules in the supplied directories.- cgrep: Greps on all local C/C++ files.- jgrep: Greps on all local Java files.- resgrep: Greps on all local res/*.xml files.- godir: Go to the directory containing a file.

Look at the source to view more functions. The complete list is:addcompletions add_lunch_combo cgrep check_product check_variant choosecombo choose-product choosetype choosevariant cproj croot findmakefile gdbclient get_abs_build_var getbugreports get_build_var getprebuilt gettop godir hmm is-viewserverstarted jgrep key_back key_home key_menu lunch _lunch m mm mmm pid print-config print_lunch_menu resgrep runhat runtest set_java_home setpaths set_se-quence_number set_stuff_for_environment settitle smoketest startviewserver stopviewserver systemstack tapas tracedmdump

ขนตอนถดไปเปนการเลอกบอรด target (ซงในทนจะเลอกสถาปตยกรรม x86) ดวยคำสง

$ lunch

You're building on LinuxLunch menu... pick a combo:

260


http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0


1. full-eng 2. full_x86-eng 3. vbox_x86-eng 4. full_grouper-userdebug 5. mini_armv7a_neon-userdebug 6. mini_armv7a-userdebug 7. full_wingray-userdebug 8. full_crespo-userdebug 9. full_maguro-userdebug 10. full_panda-userdebug

Which would you like? [full-eng] full_x86-eng

============================================PLATFORM_VERSION_CODENAME=RELPLATFORM_VERSION=4.1.1TARGET_PRODUCT=full_x86TARGET_BUILD_VARIANT=engTARGET_BUILD_TYPE=releaseTARGET_BUILD_APPS=TARGET_ARCH=x86TARGET_ARCH_VARIANT=x86-atomHOST_ARCH=x86HOST_OS=linuxHOST_OS_EXTRA=Linux-3.0.0-burapha-x86_64-with-Ubuntu-10.04-lucidHOST_BUILD_TYPE=releaseBUILD_ID=JRO03LOUT_DIR=out============================================

หลงจากเรยกคำสงขางตน การตงคาผลตภณฑทนกพฒนาเลอกไว จะถกตงเปนทเรยบรอยแลว รวมทงคาตวแปรสำคญตางๆ ไดแก

•ANDROID_BUILD_TOP•ANDROID_TOOLCHAIN•ANDROID_PRODUCT_OUT•ANDROID_HOST_OUT

สามารถตรวจสอบคาตวแปรสภาพแวดลอมของระบบดวยคำสง

$ echo $ANDROID_BUILD_TOP

กอนเขาสขนตอนคอมไพล AOSP ทใชเวลาอยางนอย 3-4 ชวโมงซงขนอยกบความเรวอนเทอรเนตนน จะมอยอก 2 คำสงทนกพฒนาควรรไดแก คำสงการเกบแคสซ (cache) ออฟเจคไฟลทไดมาจากการคอมไพลโดยเผอไวสำหรบครงถดไปทตองมการคอมไพลใหมอกรอบ โดยการตงคาดงน

$ export USE_CCACHE=1

261


และการตงคาจำนวนคอรของหนวยประมวลผลทจะนำมาใชระหวางการคอมไพล เพอเพมความเรวยงขนโดยการระบ option -jX โดยท X จะแทนจำนวนของคอร (Core) หนวยประมวลผลกลางบวก 1 ดงตวอยางการใชงานขางลาง

$ make -j3

============================================PLATFORM_VERSION_CODENAME=RELPLATFORM_VERSION=4.1.1TARGET_PRODUCT=full_x86TARGET_BUILD_VARIANT=engTARGET_BUILD_TYPE=releaseTARGET_BUILD_APPS=TARGET_ARCH=x86TARGET_ARCH_VARIANT=x86-atomHOST_ARCH=x86HOST_OS=linuxHOST_OS_EXTRA=Linux-2.6.32-42-server-x86_64-with-Ubuntu-10.04-lucidHOST_BUILD_TYPE=releaseBUILD_ID=JRO03LOUT_DIR=out============================================find: `src': No such file or directoryPRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/F1_MissedCall.ogg:system/media/audio/notifications/F1_MissedCall.ogg ignored.PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/F1_New_MMS.ogg:system/media/audio/notifications/F1_New_MMS.ogg ignored....PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/effects/camera_click.ogg:system/media/audio/ui/camera_click.ogg ignored.

ผลลพธของไฟลทไดจากการคอมไพลมอยางนอย 6 ไฟลไดแก

1. boot.img – Native system boot image2. ramdisk.img – Ramdisk rootfs3. recovery.img – Recovery image4. ramdisk-recovery.img – Ramdisk rootfs สำหรบการกคน (recovery)5. system.img – System data (ไดเรกทอร /system)6. userdata.img – User data (ไดเรกทอร /data)

ไฟลขางตนเหลานเปนเพยงสวนหนงของระบบปฏบตการแอนดรอยด ทไดมาจาก AOSP แตยงไมไดรวมถง Android Kernel ซงจะตองดาวนโหลดและคอมไพลแยกออกไปจาก AOSP ซงจะกลาวถงในบทถดไป จากรปขางลางแสดงตำแหนงไฟลทจะถกนำไปใสไวในบอรด target ตามตำแหนงไดเรกทอรดงอธบายไวในรป

262


Stack


PRJROOT (glibc)

sysapps/rootfs/build-tools/...

AOSP (bionic)

build/system/frameworks/packages/external/

Kernel

บอรด TargetRoot (/) RAM disk

/acct/cache/d/data/dev/etc/mnt/proc/root/sbin/sdcard/sys/system/vendor/config/storage/charger

/cache Image /data Image

/amr/app/app-private/backup/dalvik-cache/data/dontpanic/local/misc/property/secure/system

SD Card(/mnt/sdcard)

/system Image

/app/bin/etc/fonts/framework/lib/usr/xbin

Live Kernel

procfssysfstmpfscgroupconfigfs

รปท 5.10 แสดงรายละเอยดของแตละไดเรกทอรภายในระบบไฟลของแอนดรอยด

ตาราง 5.5 แสดงตำแหนงการถก mount ของแตละไฟล image ในแอนดรอยด

IMAGE FILE MTD PARTITION MOUNT POINT

ramdisk.img N/A /

system.img /dev/mtdblock0 /system

userdata.img /dev/mtdblock1 /data

N/A /dev/mtdblock2 /cache

รายละเอยดระบบไฟลภายในระบบปฏบตการแอนดรอยด ซงประกอบไปดวยไดเรกทอรและไฟลทสำคญตางๆ ดงอธบายอยในตารางขางลางน

ตาราง 5.6 รายละเอยดไดเรกทอรภายในระบบปฏบตการแอนดรอยด

ชอไฟล ประเภท รายละเอยด/acct ไดเรกทอร จด mount-point ไปยง cgroup

/cache ไดเรกทอร สวนเกบขอมลชวคราวตางๆ เชนการดาวนโหลด เปนตน

/d symlinkชไปยง /sys/kernel/debug ซงเปนจด mount-point สำหรบ de-

bugfs

/data ไดเรกทอรจด mount-point ไปยงพารทชน data ซงเปนจด mount ของไฟล

userdata.img

263


ชอไฟล ประเภท รายละเอยด/dev ไดเรกทอร จด mount-point ไปยง tmpfs ซงบรรจ device node ตางๆ

/etc symlink ชไปยง /system/etc

/mnt ไดเรกทอร จดสำหรบ mount ระบบไฟลชวคราว

/proc ไดเรกทอร จด mount-point ไปยง procfs

/root ไดเรกทอรไดเรกทอรของผดแลระบบ root เดมของ Linux แตใน Android จะไมม

บรรจไฟลใดๆ

/sbin ไดเรกทอรโดยปกตใน Linux จะเกบโปรแกรมสำหรบผดแลระบบ แตใน Android

จะเกบเพยง ueventd และ adbd

/sdcard ไดเรกทอร จดสำหรบ mount ระบบไฟลบน SD Card

/sys ไดเรกทอร จด mount-point ไปยง sysfs

/system ไดเรกทอรจด mount-point ไปยงพารทชน system ซงเปนจด mount ของไฟล

system.img

/vendor symlink ชไปยง /system/vendor ซงอาจจะพบเจอไดในบางเครอง

/config ไดเรกทอร (ตงแต Jelly Bean 4.2) จด mount-point ไปยง configfs

/storage ไดเรกทอร(ตงแต Jelly Bean 4.1) สำหรบ mount ตวเกบขอมลภายนอก (Ex-

ternal Storage)

/charger ไฟล (ตงแต Jelly Bean 4.2) เปนโปรแกรมแสดงสถานะของแบตเตอร

/res ไดเรกทอร (ตงแต Jelly Bean 4.2) ไฟล resources สำหรบโปรแกรม charger

/init ไดเรกทอรโปรแกรม init ทจะถกเรยกโดย Kernel หลงจากสนสดการเรมตนระบบ

ครงแรก

/init.rc ไฟล ไฟล configuration สำหรบโปรแกรม init

/init<device_name>.rc

ไฟล ไฟล configuration ของบอรด target รนนนๆ สำหรบโปรแกรม init

/ueventd.rc ไฟล ไฟล configuration สำหรบโปรแกรม uventd

/uventd<device_name>.rc

ไฟลไฟล configuration ของบอรด target รนนนๆ สำหรบโปรแกรม

ueventd

/default.prop ไฟลคาคณสมบตทวไปของระบบ (global properties) ซงจะอานโดย

โปรแกรม init

264


ระบบปฏบตการแอนดรอยดบน Android Emulator ไฟลระบบปฏบตการแอนดรอยด จะถกเกบไวในไดเรกทอรดงแสดงขางลางน

$ ls ~/aosp/out/target/product/generic_x86/android-info.txt grub previous_build_config.mk system userdata-qemu.img clean_steps.mk hardware-qemu.ini ramdisk.img system.img data installed-files.txt root test dex_bootjars obj symbols userdata.img

ดงนนผใชกสามารถเปดโปรแกรม Android Emulator ดวยคำสงขางลางน กจะขนหนาตางโปรแกรมดงแสดงในรปขางลาง

$ emulator &

265


266


พนฐานการใช ANDROID DEBUG BRIDGE (ADB)การเรยนรหลกการทำงานของ Android Emulator ถอวาเปนพนฐานการเรมตนทดสำหรบนก

พฒนาทางดานสมองกลฝงตวน เนองจากมองคประกอบทงดานกราฟฟก ดานระบบปฏบตการพนฐาน และ Android Kernel รวมถงการพฒนาโปรแกรมประยกต ดงนนเพอใหสามารถเขาใจโครงสราง root filesystem ไดโดยละเอยด รวมทงสามารถตดตงหรอถอนโปรแกรมในระบบปฏบตการแอนดรอยดได จะตองใชโปรแกรมเครองมอชอวา “adb” (Android Debug Bridge) ในการตดตอและเขาสระบบภายใน Android Emulator ดงแสดงรายละเอยดการทำงานของ adb ดงรปขางลาง

รปท 5.11 แสดงกลไกการทำงานของ adb

ตวอยางคำสงแสดงรายการอปกรณแอนดรอยดทตออยกบเครอง Host

$ adb devices* daemon not running. starting it now on port 5037 ** daemon started successfully *List of devices attached emulator-5554 device

การตดตอเขาสระบบภายในระบบปฏบตการแอนดรอยดของ Android Emulator

$ adb shell# ls -aldrwxr-xr-x root root 2013-08-17 15:11 acctdrwxrwx--- system cache 2013-08-17 15:11 cachedr-x------ root root 2013-08-17 15:11 configlrwxrwxrwx root root 2013-08-17 15:11 d -> /sys/kernel/debug

267


drwxrwx--x system system 2013-08-05 02:01 data-rw-r--r-- root root 116 1970-01-01 00:00 default.propdrwxr-xr-x root root 2013-08-17 15:11 devlrwxrwxrwx root root 2013-08-17 15:11 etc -> /system/etc-rwxr-x--- root root 234929 1970-01-01 00:00 init-rwxr-x--- root root 2344 1970-01-01 00:00 init.goldfish.rc-rwxr-x--- root root 17057 1970-01-01 00:00 init.rc-rwxr-x--- root root 1637 1970-01-01 00:00 init.trace.rc-rwxr-x--- root root 3915 1970-01-01 00:00 init.usb.rcdrwxrwxr-x root system 2013-08-17 15:11 mntdr-xr-xr-x root root 2013-08-17 15:11 procdrwx------ root root 2011-11-14 19:00 rootdrwxr-x--- root root 1970-01-01 00:00 sbinlrwxrwxrwx root root 2013-08-17 15:11 sdcard -> /mnt/sdcarddrwxr-xr-x root root 2013-08-17 15:11 sysdrwxr-xr-x root root 2013-08-04 18:33 system-rw-r--r-- root root 272 1970-01-01 00:00 ueventd.goldfish.rc-rw-r--r-- root root 3879 1970-01-01 00:00 ueventd.rclrwxrwxrwx root root 2013-08-17 15:11 vendor -> /system/vendor

# cat /proc/cpuinfoprocessor : 0vendor_id : GenuineIntelcpu family : 6model : 3model name : Pentium II (Klamath)stepping : 3cpu MHz : 2293.936cache size : 2048 KBfdiv_bug : nohlt_bug : nof00f_bug : nocoma_bug : nofpu : yesfpu_exception : yescpuid level : 2wp : yesflags : fpu de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep pge cmov pat mmx fxsr sse sse2 pni ssse3bogomips : 4587.87clflush size: 32

แสดงพนทภายใน MTD Device ของระบบไฟลภายในระบบปฏบตการแอนดรอยดแตละพารทชนดวยคำสงดงน

# cat /proc/mtddev: size erasesize namemtd0: 0f180000 00020000 "system"mtd1: 0c200000 00020000 "userdata"mtd2: 04000000 00020000 "cache"

# cat /proc/mountsrootfs / rootfs ro 0 0tmpfs /dev tmpfs rw,nosuid,mode=755 0 0devpts /dev/pts devpts rw,mode=600 0 0proc /proc proc rw 0 0sysfs /sys sysfs rw 0 0tmpfs /mnt/asec tmpfs rw,mode=755,gid=1000 0 0

268


tmpfs /mnt/obb tmpfs rw,mode=755,gid=1000 0 0/dev/block/mtdblock0 /system yaffs2 ro 0 0/dev/block/mtdblock1 /data yaffs2 rw,nosuid,nodev 0 0/dev/block/mtdblock2 /cache yaffs2 rw,nosuid,nodev 0 0

Android Emulator

Android Emulator หรอเรยกอกชอหนงวา Goldfish ถกพฒนาบนพนฐานจากโปรแกรม QEMU รวมทงซอรสของ Android Kernel ซงเหมาะในการทดสอบการปรบแตงหรอเพมเตมโปรแกรมระบบและโปรแกรมประยกตอนๆเขาไปภายในระบบปฏบตการแอนดรอยด ซงการปรบแตงตวจำลองเสมอนจรง Goldfish ตวนม แนวทางการเรยนรออกมาไดเปน 4 ขนตอนดงน

1. การตงคา cross-compiling toolchain สำหรบสราง Android kernel2. ดาวนโหลดซอรสโคดของ Android Kernel โดยระบรนของ Kernel ทตองการ3. การคอมไพล Android Kernel4. การตงคาเมนใหรองรบ loadable kernel module (LKM)

$ cd ~/aosp$ source build/envsetup.sh$ lunch full_x86-eng$ emulator -helpAndroid Emulator usage: emulator [options] [-qemu args]options:-sysdir <dir> search for system disk images in <dir>-system <file> read initial system image from <file>-datadir <dir> write user data into <dir>....-help-build-images about disk images when building Android-help-all prints all help content

ตวอยางการระบตวเลอก -show-kernel เพอแสดงผลการทำงานของ Android Kernel สามารถทำไดดงน

$ emulator -kernel ~/aosp/goldfish/arch/x86/boot/bzImage -wipe-data -show-kernel

emulator: WARNING: system partition size adjusted to match image file (249 MB > 200 MB)serial0 consolestudent@marabuntu:~/aosp$ [ 0.000000] Linux version 3.4.0+ (student@marabuntu) (gcc version 4.4.3 (GCC) ) #1 PREEMPT Tue Aug 6 12:14:53 PDT 2013[ 0.000000] BIOS-provided physical RAM map:[ 0.000000] BIOS-e820: 0000000000000000 - 000000000009f000 (usable)[ 0.000000] BIOS-e820: 000000000009f000 - 00000000000a0000 (reserved)[ 0.000000] BIOS-e820: 00000000000e8000 - 0000000000100000 (reserved)[ 0.000000] BIOS-e820: 0000000000100000 - 000000001fff0000 (usable)[ 0.000000] BIOS-e820: 000000001fff0000 - 0000000020000000 (ACPI data)[ 0.000000] BIOS-e820: 00000000fffc0000 - 0000000100000000 (reserved)

269


[ 0.000000] Notice: NX (Execute Disable) protection missing in CPU![ 0.000000] DMI 2.4 present.[ 0.000000] last_pfn = 0x1fff0 max_arch_pfn = 0x100000[ 0.000000] init_memory_mapping: 0000000000000000-000000001fff0000[ 0.000000] RAMDISK: 1ffb4000 - 1fff0000

.....for 1f700000-1f796000, got write-back[ 4.816692] Clocksource tsc unstable (delta = 70001460 ns)[ 35.829113] warning: `zygote' uses 32-bit capabilities (legacy support in use)[ 86.091553] binder: 1208: binder_alloc_buf, no vma[ 86.091710] binder: 1115:1126 transaction failed 29201, size 4-0[ 86.091868] binder: send failed reply for transaction 3147 to 1208:1208[ 99.262724] init: sys_prop: permission denied uid:1003 name:service.bootanim.exit

270


ขนตอนการอพเกรดและปรบแตง Android Kernel สำหรบ Emulator

จากรปดานลางจะเหนไดวา Android Emulator ของ Android รน 4.1.1 (ICS) พนฐานทมากบ AOSP นนยงใช Android Kernel รน 2.6.29 เดมอยดงแสดงในรปขางลาง

ขนตอนการอพเกรด ANDROID KERNEL สำหรบ ANDROID EMULATOR (GOLDFISH) เรมตนดวยการดาวนโหลด Android Kernel รนใหมดงคำสงขางลาง

$ cd ~/aosp$ git clone http://android.googlesource.com/kernel/goldfish.git

ใชคำสง git branch -r เพอตรวจสอบวาม Kernel รนไหนอยบาง

$ cd goldfish$ git branch -rorigin/HEAD -> origin/masterorigin/android-goldfish-2.6.29

271


http://android.googlesource.com/kernel/goldfish.git

http://android.googlesource.com/kernel/goldfish.git

origin/android-goldfish-3.4origin/linux-goldfish-3.0-wiporigin/master

เลอกใช Kernel รนทตองการ ซงในทนจะเลอกรน 3.4

$ git checkout -b 3.4 origin/android-goldfish-3.4Checking out files: 100% (38868/38868), done.Branch 3.4 set up to track remote branch android-goldfish-3.4 from origin.Switched to a new branch '3.4'

ตงคา Kernel พนฐานสำหรบ Goldfish

โดยเรมตนจะอางองจากคาทเลอกพนฐานไวสำหรบ Goldfish Emulator ซงถกเกบอยภายใตไดเรกทอร arch/x86/configs/$ ls -al arch/x86/configs/total 80drwxr-xr-x 2 student student 4096 2013-08-17 18:46 .drwxr-xr-x 25 student student 4096 2013-08-17 18:46 ..-rw-r--r-- 1 student student 55883 2013-08-17 18:46 goldfish_defconfig-rw-r--r-- 1 student student 7511 2013-08-17 18:46 i386_defconfig-rw-r--r-- 1 student student 7528 2013-08-17 18:46 x86_64_defconfig

$ make goldfish_defconfig HOSTCC scripts/basic/fixdep HOSTCC scripts/kconfig/conf.o SHIPPED scripts/kconfig/zconf.tab.c SHIPPED scripts/kconfig/zconf.lex.c SHIPPED scripts/kconfig/zconf.hash.c HOSTCC scripts/kconfig/zconf.tab.o HOSTLD scripts/kconfig/conf## configuration written to .config#

ในกรณทตองการใชการตงคาทมากบบอรด target และอปกรณมอถอ/แทปเลตนน โดยปกตจะมไฟล .config เดมอยแลวซงจะถกบบอดและเกบในชอไฟลวา config.gz และจะถกเกบอยในไดเรกทอร /proc/ ของเครองนนๆ ดงนนนกพฒนาสามารถใชคำสง adb pull เพอดงไฟล config.gz ออกมา แลวเปลยนชอไฟลเปน .config ดงคำสงขางลาง แตอยางไรกตามนกพฒนากยงสามารถดาวนโหลดเพมเตมและตงคาเคอรเนลพเศษเพมเตมได$ adb pull /proc/config.gz .$ gunzip config.gz $ cp config .config

272


ขนตอนสดทายกอนทจะคอมไพลเพอสราง Kernel image ใหม นกพฒนาสามารถปรบแตงคาตางๆ ทมอยใน เคอรเนลไดตามตองการ ตวอยางเชน Networking support, Device Drivers, Firmware Driv-ers, File systems, Security options, Cryptographic API, Virtualization, Library routines เปนตน

$ make menuconfig

ทดลองเพมการรองรบการใชงาน Bluetooth และ NFC เพมเตม โดยการเขาไปเลอกจากเมน Network-ing support

273


เลอกใหรองรบ Kernel Loading Module (KLM) โดยการเลอกในเมน enable loadable module support ดงแสดงในรปขางลาง

274


คอมไพลเคอรเนลรนใหมสำหรบ Goldfish

เรมตนโดยการตงคาสภาพแวดลอมสำหรบ cross-compiling และสถาปตยกรรมของ Goldfish Emula-tor ซงในทนคอสถาปตยกรรม x86 $ export CROSS_COMPILE=~/aosp/external/qemu/distrib/kernel-toolchain/android-kernel-toolchain-

$ export REAL_CROSS_COMPILE=~/aosp/prebuilts/gcc/linux-x86/x86/i686-android-linux-4.4.3/bin/i686-android-linux-

$ export ARCH=x86

$ export SUBARCH=x86

$ make -j3

หลงจากคอมไพลสนสดลงกจะไดไฟล kernel image ชอวา “bzImage” เกดขนอยในไดเรกทอร arch/x86/boot/ ดงรายการคำสงขางลาง$ ls arch/x86/boot/a20.c cpustr.h mtools.conf.in version.oa20.o ctype.h pm.c vesa.hapm.c early_serial_console.c pmjump.o video-bios.cbioscall.o early_serial_console.o pmjump.S video-bios.obioscall.S edd.c pm.o video.cbitops.h edd.o printf.c video.hboot.h header.o printf.o video-mode.cbzImage header.S regs.c video-mode.ocmdline.c install.sh regs.o video.ocmdline.o main.c setup.bin video-vesa.ccode16gcc.h main.o setup.elf video-vesa.ocompressed Makefile setup.ld video-vga.ccopy.o mca.c string.c video-vga.ocopy.S mca.o string.o vmlinux.bincpu.c memory.c tools voffset.hcpucheck.c memory.o tty.c zoffset.hcpucheck.o mkcpustr tty.ocpu.o mkcpustr.c version.c

ทำการเรยกโปรแกรม Android Emulator ขนมาใหมอกครงโดยระบตำแหนงทเกบไฟล kernel image ตวใหม โดยใช option -kernel ดงคำสงขางลางน$ cd ~/aosp$ source build/envsetup.sh$ lunch full_x86-eng$ emulator -kernel ~/aosp/goldfish/arch/x86/boot/bzImage -wipe-data &

275


การพฒนา Kernel Module สำหรบระบบปฏบตการแอนดรอยด ในตอนนตว Android Emulator สามารถใชงานกบเคอรเนลตวใหม (รน 3.4) ซงขนตอนหลงจากน

นกพฒนาจะสามารถศกษาและทดสอบการปรบแตงคาตางๆภายใน Android Kernel ไดแลว นอกจากนนกยงสามารถพฒนาโปรแกรม kernel module หรอ kernel device driver ในระดบ kernel space เพอปรบปรงระบบปฏบตการแอนดรอยดหรอรองรบการตดตอกบอปกรณภายในไดยดหยนมากขน

ตวอยางการพฒนา kernel module อยางงาย ดงแสดงในขนตอนขางลางน

$ mkdir ~/aosp/goldfish/my_modules$ cd ~/aosp/goldfish/my_modules/

การเขยนโมดลสามารถเขยนไดหลายแบบ ดงตวอยางโปรแกรม hello.c และ hello1.c ขางลาง

// hello.c#include <linux/module.h> /* Needed by all modules */#include <linux/kernel.h> /* Needed for KERN_ALERT */MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("Wiroon Sriborrirux EE-Burapha, 2013");MODULE_DESCRIPTION("Demo module");

int init_module(void)

276


{ printk(KERN_INFO "Hello world! 1\n"); return 0;}

void cleanup_module(void){ printk(KERN_ALERT "Cleaning up module 1\n");}

ตวอยางโปรแกรม hello1.c// hello1.c// Defining __KERNEL__ and MODULE allows us to access kernel-level code not usually available to userspace programs.#undef __KERNEL__#define __KERNEL__

#undef MODULE#define MODULE

// Linux Kernel/LKM headers: module.h is needed by all modules and kernel.h is needed for KERN_INFO.#include <linux/module.h> // included for all kernel modules#include <linux/kernel.h> // included for KERN_INFO#include <linux/init.h> // included for __init and __exit macros

MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("Wiroon Sriborrirux EE-Burapha, 2013");MODULE_DESCRIPTION("Demo module");

static int __init hello_init(void){ printk(KERN_INFO "Hello world! 2\n"); return 0; // Non-zero return means that the module couldn't be loaded.}

static void __exit hello_cleanup(void){ printk(KERN_INFO "Cleaning up module 2\n");}module_init(hello_init);module_exit(hello_cleanup);

ทำการสรางไฟล Makefile เพอใชในการคอมไพลโปรแกรมทสรางขน ดงน

$ vim Makefile

VERSION = 3PATCHLEVEL = 4

277


SUBLEVEL = 0EXTRAVERSION=

obj-m += hello.o hello1.o

all: make -C /home/student/aosp/goldfish/ M=$(PWD) modulesclean: make -C /home/student/aosp/goldfish/ M=$(PWD) clean

กอนจะทำการคอมไพลโมดล hello จำเปนจะตองคอมไพล Kernel เพอใหพรอมสำหรบการใชงานโมดลดวยคำสง

$ cd ~/aosp/goldfish/$ make ARCH=x86 CROSS_COMPILE=~/aosp/prebuilts/gcc/linux-x86/x86/i686-android-linux-4.4.3/bin/i686-android-linux- modules_prepare

make[1]: Nothing to be done for `all'.make[1]: Nothing to be done for `relocs'. CHK include/linux/version.h CHK include/generated/utsrelease.h CC kernel/bounds.s GEN include/generated/bounds.h CC arch/x86/kernel/asm-offsets.s GEN include/generated/asm-offsets.h CALL scripts/checksyscalls.sh CC scripts/mod/empty.o MKELF scripts/mod/elfconfig.h HOSTCC scripts/mod/file2alias.o HOSTCC scripts/mod/modpost.o HOSTCC scripts/mod/sumversion.o HOSTLD scripts/mod/modpost

เรมการคอมไพล kernel module ทไดสรางไว (hello.c)

$ cd ~/aosp/goldfish/my_modules/$ makemake -C /home/student/aosp/goldfish/ M=/home/student/aosp/goldfish-/custom_modules modulesmake[1]: Entering directory `/home/student/aosp/goldfish' CC [M] /home/student/aosp/goldfish/custom_modules/hello.o CC [M] /home/student/aosp/goldfish/custom_modules/hello1.o Building modules, stage 2. MODPOST 2 modules CC /home/student/aosp/goldfish/custom_modules/hello.mod.o LD [M] /home/student/aosp/goldfish/custom_modules/hello.ko CC /home/student/aosp/goldfish/custom_modules/hello1.mod.o LD [M] /home/student/aosp/goldfish/custom_modules/hello1.komake[1]: Leaving directory `/home/student/aosp/goldfish'

$ ls

278


hello1.c hello1.mod.o hello.ko hello.o Makefile_oldhello1.ko hello1.o hello.mod.c Makefile modules.orderhello1.mod.c hello.c hello.mod.o Makefile1 Module.symvers

หลงจากการคอมไพลเสรจสมบรณกจะไดไฟลโมดลชอวา hello.ko ใหทำการคดลอกโดยสงผาน adb push ไปยง Android Emulator ดวยคำสงดงน

$ adb push hello.ko /data/local52 KB/s (2203 bytes in 0.040s)$ adb push hello1.ko /data/local54 KB/s (2238 bytes in 0.040s)$ adb shell# cd /data/local# lshello.kohello1.kotmp

ทดสอบโหลดโมดล hello และ hello1 ภายใตระบบปฏบตการแอนดรอยด ซงใช Kernel รนใหม (3.4.0) และตรวจสอบผลการทำงานของโมดล ดวยคำสง dmesg

# insmod hello.ko# insmod hello1.ko# lsmodhello1 506 0 - Live 0x00000000 (PO)hello 540 0 - Live 0x00000000 (O)# rmmod hello# rmmod hello1# dmesg...<3>[ 79.016988] init: sys_prop: permission denied uid:1003 name:service.bootanim.exit<4>[ 4000.418990] hello: module license 'unspecified' taints kernel.<4>[ 4000.419343] Disabling lock debugging due to kernel taint<6>[ 4064.182198] Hello world! 1<6>[ 4068.910892] Hello world! 2<6>[ 4086.416483] Cleaning up module 1<6>[ 4089.112969] Cleaning up module 2

279


การสรางโปรแกรมประยกตเพอฝงลงในแอนดรอยด

เมอตองการตดตงโปรแกรมประยกตสำหรบระบบปฏบตการแอนดรอยด (.APK) โดยทวไปแลวจะมวธการดวยกน 2 วธคอการนำขน Google PlayStore แลวดาวนโหลดเพอตดตง และวธทสองคอการนำไฟลตดตง (นามสกล .APK) มาตดตงลงในเครองโดยตรง แตอยางไรกตามถาตองการตดตงโปรแกรมประยกตทไดพฒนาขนมาฝงลงไปอยในระบบปฏบตการแอนดรอยดเพอใหเปนหนงในชดโปรแกรมพนฐานของอปกรณยหอนนตงแตแรกนกพฒนาจำเปนจะตองจดเตรยมตงแตการสรางระบบปฏบตการแอนดรอยดตงแตเรมตนโดยจะมขนตอนการทำดงตอไปน

1. เปดโปรแกรม Eclipse เพอสรางแอพพลเคชนอยางงาย โดยตงชอวา MyApp

280


281


// MainActivity.javapackage com.example.myapp;

import android.os.Bundle;import android.app.Activity;import android.view.Menu;

public class MainActivity extends Activity {

@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); }

@Overridepublic boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {// Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present. getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu); return true; }}

// activity_main.xml

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context=".MainActivity" >

<TextView android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="@string/hello_world" />

</RelativeLayout>

282


http://schemas.android.com/apk/res/android


http://schemas.android.com/tools


2. สรางไฟล Android.mk

283


3. สราง symbolic link เพอชไปยงไดเรกทอรโปรแกรม MyApp

$ cd ~/aosp/packages/apps$ ln -s /home/student/android/workspace/MyApp MyApp$ ls -altotal 148drwxr-xr-x 37 student student 4096 2013-08-19 02:27 .drwxr-xr-x 7 student student 4096 2012-09-04 04:30 ..drwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 BasicSmsReceiverdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 Bluetoothdrwxr-xr-x 7 student student 4096 2012-09-04 22:50 Browserdrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Calculatordrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Calendardrwxr-xr-x 7 student student 4096 2012-09-04 22:50 Cameradrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 CellBroadcastReceiverdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 CertInstallerdrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Contactsdrwxr-xr-x 6 student student 4096 2012-09-04 22:50 DeskClockdrwxr-xr-x 7 student student 4096 2012-09-04 22:50 Emaildrwxr-xr-x 6 student student 4096 2012-09-04 22:50 Exchangedrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Gallerydrwxr-xr-x 8 student student 4096 2012-09-04 22:50 Gallery2drwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 HTMLViewerdrwxr-xr-x 6 student student 4096 2012-09-04 22:50 KeyChaindrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Launcher2drwxr-xr-x 6 student student 4096 2012-09-04 22:50 LegacyCameradrwxr-xr-x 6 student student 4096 2012-09-04 22:50 Mmsdrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Musicdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 MusicFXlrwxrwxrwx 1 student student 37 2013-08-19 02:27 MyApp -> /home/student/android/workspace/MyAppdrwxr-xr-x 8 student student 4096 2012-09-04 22:50 Nfcdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 PackageInstallerdrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Phonedrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 Protipsdrwxr-xr-x 3 student student 4096 2012-09-04 22:50 Provisiondrwxr-xr-x 6 student student 4096 2012-09-04 22:50 QuickSearchBoxdrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Settingsdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 SoundRecorderdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 SparePartsdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 SpeechRecorderdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 Stkdrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 Tagdrwxr-xr-x 4 student student 4096 2012-09-04 22:50 VideoEditordrwxr-xr-x 5 student student 4096 2012-09-04 22:50 VoiceDialer

4. ลบไดเรกทอร gen/ และ bin/ ทอยภายใตไดเรกทอรของโปรแกรม MyApp

$ cd MyApp $ rm -rf gen bin

5. เพมชอแอพพลเคชนเขาไปในไฟล ~/aosp/build/target/product/core.mk ในสวนของ PRODUCT_PACKAGES

284


$ cd /home/student/aosp/build/target/product/

$ gedit core.mk

6. ตงคาสภาพแวดลอมสำหรบ AOSP ใหมอกครง

$ cd ~/aosp $ source build/envsetup.sh $ lunch 2============================================PLATFORM_VERSION_CODENAME=RELPLATFORM_VERSION=4.1.1TARGET_PRODUCT=full_x86TARGET_BUILD_VARIANT=engTARGET_BUILD_TYPE=releaseTARGET_BUILD_APPS=TARGET_ARCH=x86TARGET_ARCH_VARIANT=x86-atomHOST_ARCH=x86HOST_OS=linuxHOST_OS_EXTRA=Linux-2.6.32-42-server-x86_64-with-Ubuntu-10.04-lucidHOST_BUILD_TYPE=releaseBUILD_ID=JRO03LOUT_DIR=out============================================

7. คอมไพลและสรางโปรแกรม MyApp

$ cd package/apps/MyApp$ make$ mm============================================PLATFORM_VERSION_CODENAME=REL

285


PLATFORM_VERSION=4.1.1TARGET_PRODUCT=full_x86TARGET_BUILD_VARIANT=engTARGET_BUILD_TYPE=releaseTARGET_BUILD_APPS=TARGET_ARCH=x86TARGET_ARCH_VARIANT=x86-atom....Processing target/product/generic_x86/obj/APPS/MyAppAndroid_intermediates/package.apkDone!Install: out/target/product/generic_x86/system/app/MyAppAndroid.odexInstall: out/target/product/generic_x86/system/app/MyAppAndroid.apkmake: Leaving directory `/home/student/aosp'

8.ลบไฟล system.img ทอยในไดเรกทอร ~/aosp/out/target/product/generic_x86 และแฟมทงหมดภายในไดเรกทอร ~/aosp/out/target/product/generic_x86/obj/PACKAGING/systemimage_intermediates/

$ cd ~/aosp/out/target/product/generic_x86$ rm -rf system.img obj/PACKAGING/systemimage_intermediates/

9. คอมไพล AOSP ใหมอกครง

$ cd ~/aosp$ make -j3ringtones/Rigel.ogg ignored.PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/ringtones/ogg/Scarabaeus.ogg:system/media/audio/ringtones/Scarabaeus.ogg ignored.PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/ringtones/ogg/Solarium.ogg:system/media/audio/ringtones/Solarium.ogg ignored.PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/ringtones/ogg/Themos.ogg:system/media/audio/ringtones/Themos.ogg ignored.PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/ringtones/ogg/UrsaMinor.ogg:system/media/audio/ringtones/UrsaMinor.ogg ignored.PRODUCT_COPY_FILES frameworks/base/data/sounds/ringtones/ogg/Zeta.ogg:system/media/audio/ringtones/Zeta.ogg ignored.Target system fs image: out/target/product/generic_x86/obj/PACKAGING/systemimage_intermediates/system.imgRunning: mkyaffs2image -f out/target/product/generic_x86/system out/target/product/generic_x86/obj/PACKAGING/systemimage_intermediates/system.imgInstall system fs image: out/target/product/generic_x86/system.img

286


10. ขนตอนสดทายทำการเรยกโปรแกรม Android Emulator ขนมาใหมอกครง

$ emulator -kernel ~/aosp/goldfish/arch/x86/boot/bzImage -system out/target/product/generic_x86/system.img -ramdisk out/target/product/generic_x86/ramdisk.img &

287


ชดเครองมอและคำสงภายใน Android Emulator

เพอศกษากลไกการทำงานภายใน และสามารถจดการตว Android Emulator ไดเปนอยางด นกพฒนาจะตองเรยนรชดคำสงอยางนอย ดงแสดงในตารางขางลางน

ตาราง 5.7 ตวอยางคำสงทนาสนใจภายใน Android Emulator

คำสง รายละเอยด

services เปนคำสงททำหนาทเรยกด Service ทอย Android ทงหมด

dumpsysเปนคำสงททำหนาทเรยกดขอมลระบบทเราตองการเชนระดบแบตเตอรการทำงานของCPU

dumpstate เปนคำสงททำหนาทเรยกสถานะการทำงานของแตละโปรแกรมใน Android

rawbu เปนคำสงทใชในการ backup และ restore ขอมลทอย /data

am ตวจดการ Activity

pm ตวจดการ Package

dalvikvm เปนคำสงทใชในการรนไฟล Java Class ในรปแบบ DEX format

288


คำสง รายละเอยด

getpropเปนคำสงแสดงขอมลการระบบ เชน DNS servers, gateways, GSM, serv-ices ทกำลงทำงาน, build parameters, เวอรชน เปนตน

เราจะเรมตนจากการเรยกโปรแกรม Android Emulator ดวยคำสง

$ cd ~/aosp/$ source build/envsetup.sh including device/asus/grouper/vendorsetup.shincluding device/generic/armv7-a-neon/vendorsetup.shincluding device/generic/armv7-a/vendorsetup.shincluding device/moto/wingray/vendorsetup.shincluding device/samsung/crespo/vendorsetup.shincluding device/samsung/maguro/vendorsetup.shincluding device/ti/panda/vendorsetup.shincluding sdk/bash_completion/adb.bash

$ lunch

You're building on LinuxLunch menu... pick a combo: 1. full-eng 2. full_x86-eng 3. vbox_x86-eng 4. full_grouper-userdebug 5. mini_armv7a_neon-userdebug 6. mini_armv7a-userdebug 7. full_wingray-userdebug 8. full_crespo-userdebug 9. full_maguro-userdebug 10. full_panda-userdebug

Which would you like? [full-eng] 2

============================================PLATFORM_VERSION_CODENAME=RELPLATFORM_VERSION=4.1.1TARGET_PRODUCT=full_x86TARGET_BUILD_VARIANT=engTARGET_BUILD_TYPE=releaseTARGET_BUILD_APPS=TARGET_ARCH=x86TARGET_ARCH_VARIANT=x86-atomHOST_ARCH=x86HOST_OS=linuxHOST_OS_EXTRA=Linux-3.2.17-x86_64-with-Ubuntu-10.04-lucidHOST_BUILD_TYPE=releaseBUILD_ID=JRO03LOUT_DIR=out============================================

$ emulator &

289


การกำหนดสทธใหกบพารทชน (Mounting)รปแบบการใชงานคำสง:

mount -o rw,remount -t "filesystem" "Device" "Mount Point"

$ adb shell

การตงให root file system สามารถเขยนได

# mount -o rw,remount -t rootfs /

การตงใหพารทชน /system สามารถเขยนได

# mount -o rw,remount -t yaffs2 /dev/block/mtdblock4 /system$ adb shell

การเรยกใชโปรแกรมบรการภายใน Android Emulator

# serviceUsage: service [-h|-?] service list service check SERVICE service call SERVICE CODE [i32 INT | s16 STR] ...Options: i32: Write the integer INT into the send parcel. s16: Write the UTF-16 string STR into the send parcel.

# service listFound 65 services:0! phone: [com.android.internal.telephony.ITelephony]1! iphonesubinfo: [com.android.internal.telephony.IPhoneSubInfo]2! simphonebook: [com.android.internal.telephony.IIccPhoneBook]3! isms: [com.android.internal.telephony.ISms]4! commontime_management: []5! samplingprofiler: []6! diskstats: []7! appwidget: [com.android.internal.appwidget.IAppWidgetService]8! backup: [android.app.backup.IBackupManager]9! uimode: [android.app.IUiModeManager]10! serial: [android.hardware.ISerialManager]11! usb: [android.hardware.usb.IUsbManager]12! audio: [android.media.IAudioService]13! wallpaper: [android.app.IWallpaperManager]14! dropbox: [com.android.internal.os.IDropBoxManagerService]15! search: [android.app.ISearchManager]16! country_detector: [android.location.ICountryDetector]17! location: [android.location.ILocationManager]18! devicestoragemonitor: []19! notification: [android.app.INotificationManager]20! updatelock: [android.os.IUpdateLock]21! throttle: [android.net.IThrottleManager]

290


22! servicediscovery: [android.net.nsd.INsdManager]23! connectivity: [android.net.IConnectivityManager]24! wifi: [android.net.wifi.IWifiManager]25! wifip2p: [android.net.wifi.p2p.IWifiP2pManager]26! netpolicy: [android.net.INetworkPolicyManager]27! netstats: [android.net.INetworkStatsService]28! textservices: [com.android.internal.textservice.ITextServicesManager]29! network_management: [android.os.INetworkManagementService]30! clipboard: [android.content.IClipboard]31! statusbar: [com.android.internal.statusbar.IStatusBarService]32! device_policy: [android.app.admin.IDevicePolicyManager]33! lock_settings: [com.android.internal.widget.ILockSettings]34! mount: [IMountService]35! accessibility: [android.view.accessibility.IAccessibilityManager]36! input_method: [com.android.internal.view.IInputMethodManager]37! input: [android.hardware.input.IInputManager]38! window: [android.view.IWindowManager]39! alarm: [android.app.IAlarmManager]40! vibrator: [android.os.IVibratorService]41! battery: []42! hardware: [android.os.IHardwareService]43! content: [android.content.IContentService]44! account: [android.accounts.IAccountManager]45! permission: [android.os.IPermissionController]46! cpuinfo: []47! dbinfo: []48! gfxinfo: []49! meminfo: []50! activity: [android.app.IActivityManager]51! package: [android.content.pm.IPackageManager]52! scheduling_policy: [android.os.ISchedulingPolicyService]53! telephony.registry: [com.android.internal.telephony.ITelephonyRegistry]54! usagestats: [com.android.internal.app.IUsageStats]55! batteryinfo: [com.android.internal.app.IBatteryStats]56! power: [android.os.IPowerManager]57! entropy: []58! sensorservice: [android.gui.SensorServer]59! media.audio_policy: [android.media.IAudioPolicyService]60! media.camera: [android.hardware.ICameraService]61! SurfaceFlinger: [android.ui.ISurfaceComposer]62! media.player: [android.media.IMediaPlayerService]63! media.audio_flinger: [android.media.IAudioFlinger]64! drm.drmManager: [drm.IDrmManagerService]

ตวอยางการเรยกใชงาน

# service call statusbar 1Result: Parcel(00000000 '....')

291


# service call statusbar 2Result: Parcel(00000000 '....')

292


คำสง dumpsys คอเครองมอทใชสำหรบเรยกดขอมลภายในสถานะตางๆ ของตวใหบรการของระบบ (system service) ตวอยางเชน หนวยประมวลผลกลาง หนวยความจำ แบตเตอร ตวเกบขอมล เปนตน

$ adb shell dumpsys | grep "DUMP OF SERVICE"Output CommandDUMP OF SERVICE SurfaceFlinger:DUMP OF SERVICE accessibility:DUMP OF SERVICE account:DUMP OF SERVICE activity:DUMP OF SERVICE alarm:DUMP OF SERVICE appwidget:DUMP OF SERVICE audio:DUMP OF SERVICE backup:DUMP OF SERVICE battery:DUMP OF SERVICE batteryinfo:DUMP OF SERVICE clipboard:DUMP OF SERVICE commontime_management:DUMP OF SERVICE connectivity:DUMP OF SERVICE content:DUMP OF SERVICE country_detector:DUMP OF SERVICE cpuinfo:DUMP OF SERVICE dbinfo:DUMP OF SERVICE device_policy:DUMP OF SERVICE devicestoragemonitor:DUMP OF SERVICE diskstats:DUMP OF SERVICE drm.drmManager:DUMP OF SERVICE dropbox:DUMP OF SERVICE entropy:DUMP OF SERVICE gfxinfo:DUMP OF SERVICE hardware:DUMP OF SERVICE input:DUMP OF SERVICE input_method:DUMP OF SERVICE iphonesubinfo:DUMP OF SERVICE isms:DUMP OF SERVICE location:DUMP OF SERVICE lock_settings:DUMP OF SERVICE media.audio_flinger:DUMP OF SERVICE media.audio_policy:DUMP OF SERVICE media.camera:DUMP OF SERVICE media.player:DUMP OF SERVICE meminfo:DUMP OF SERVICE mount:DUMP OF SERVICE netpolicy:DUMP OF SERVICE netstats:DUMP OF SERVICE network_management:DUMP OF SERVICE notification:DUMP OF SERVICE package:DUMP OF SERVICE permission:DUMP OF SERVICE phone:DUMP OF SERVICE power:DUMP OF SERVICE samplingprofiler:DUMP OF SERVICE scheduling_policy:DUMP OF SERVICE search:DUMP OF SERVICE sensorservice:DUMP OF SERVICE serial:DUMP OF SERVICE servicediscovery:DUMP OF SERVICE simphonebook:DUMP OF SERVICE statusbar:DUMP OF SERVICE telephony.registry:DUMP OF SERVICE textservices:

293


DUMP OF SERVICE throttle:DUMP OF SERVICE uimode:DUMP OF SERVICE updatelock:DUMP OF SERVICE usagestats:DUMP OF SERVICE usb:DUMP OF SERVICE vibrator:DUMP OF SERVICE wallpaper:DUMP OF SERVICE wifi:DUMP OF SERVICE wifip2p:DUMP OF SERVICE window:

$ adb shell dumpsys batteryCurrent Battery Service state: AC powered: true USB powered: false status: 2 health: 2 present: true level: 50 scale: 100 voltage:0 temperature: 0 technology: Li-ion

$ adb shell dumpsys wifiWi-Fi is disabledStay-awake conditions: 1Internal state:current HSM state: DriverUnloadedStatemLinkProperties LinkAddresses: [] Routes: [] DnsAddresses: [] mWifiInfo SSID: <none>, BSSID: <none>, MAC: <none>, Supplicant state: UNINITIALIZED, RSSI: -9999, Link speed: -1, Net ID: -1, Metered hint: falsemDhcขาfoInternal addr: null/0 mRoutes: dns: null,null dhcpServer: null leaseDura-tion: 0mNetworkInfo NetworkInfo: type: WIFI[], state: UNKNOWN/IDLE, reason: (unspecified), extra: (none), roaming: false, failover: false, isAvailable: falsemLastSignalLevel -1mLastBssid nullmLastNetworkId -1mReconnectCount 0mIsScanMode falseSupplicant statusnullmLastPriority -1Configured networks Latest scan results:Locks acquired: 0 full, 0 full high perf, 0 scanLocks released: 0 full, 0 full high perf, 0 scanLocks held:Scan count since last plugged inWifiWatchdogStateMachine dumpWatchdogStatus: State: android.net.wifi.WifiWatchdogStateMachine$NotConnectedState@b444f100mWifiInfo: [null]mLinkProperties: [null]mCurrentSignalLevel: [0]mArpCheckIntervalMs: [120000]mRssiFetchIntervalMs: [1000]mWalledGardenIntervalMs: [1800000]

294


mNumArppings: [5]mMinArpResponses: [1]mArppingTimeoutMs: [100]mPoorNetworkDetectionEnabled: [true]mWalledGardenTestEnabled: [true]mWalledGardenUrl: [http://clients3.google.com/generate_204]WifiStateMachine dumpWifiStateMachine: total messages=3 msg[0]: time=09-21 16:03:00.308 state=DefaultState orgState=DriverUnloadedState what=69632(0x11000) msg[1]: time=09-21 16:03:00.389 state=DefaultState orgState=DriverUnloadedState what=131085(0x2000d) msg[2]: time=09-21 16:03:00.408 state=DefaultState orgState=DriverUnloadedState what=131147(0x2004b)curState=DriverUnloadedState

$ adb shell dumpsys cpuinfoLoad: 3.24 / 1.4 / 0.51CPU usage from 533936ms to 513149ms ago: 23% 2477/system_server: 22% user + 0.7% kernel / faults: 625 minor 4.8% 2445/surfaceflinger: 4.6% user + 0.1% kernel / faults: 592 minor 1.5% 2634/android.process.acore: 1.4% user + 0% kernel / faults: 252 minor 1.9% 2782/android.process.media: 1.7% user + 0.1% kernel / faults: 125 minor 1.7% 2619/com.android.launcher: 1.4% user + 0.2% kernel / faults: 145 minor 1.5% 2570/com.android.inputmethod.latin: 1.3% user + 0.1% kernel / faults: 141 mi-nor 1.4% 2708/com.android.deskclock: 1.3% user + 0% kernel / faults: 150 minor 1.3% 2765/com.android.email: 1.3% user + 0% kernel / faults: 106 minor 1.3% 2851/com.android.providers.calendar: 1.3% user + 0% kernel / faults: 148 mi-nor 1.3% 2552/com.android.systemui: 1.2% user + 0% kernel / faults: 60 minor 0.9% 2731/com.android.contacts: 0.8% user + 0% kernel / faults: 160 minor 1% 2589/com.android.phone: 0.8% user + 0.1% kernel / faults: 55 minor 0.7% 2681/zygote: 0.6% user + 0% kernel / faults: 160 minor 0.9% 2805/com.android.exchange: 0.9% user + 0% kernel / faults: 120 minor 0.5% 2659/com.android.smspush: 0.4% user + 0% kernel / faults: 165 minor 0.8% 2878/com.android.calendar: 0.8% user + 0% kernel / faults: 99 minor 0.5% 806/adbd: 0% user + 0.5% kernel / faults: 11 minor 0.1% 2428/mediaserver: 0% user + 0% kernel / faults: 27 minor 0% 4/events/0: 0% user + 0% kernel 0% 783/servicemanager: 0% user + 0% kernel +0% 2900/sh: 0% user + 0% kernel +0% 2902/dumpsys: 0% user + 0% kernel48% TOTAL: 45% user + 3.3% kernel

$ adb shell dumpsys meminfoApplications Memory Usage (kB):Uptime: 9118113 Realtime: 9118113Total PSS by process: 22980 kB: system (pid 2477) 19899 kB: com.android.settings (pid 2681) 19648 kB: com.android.launcher (pid 2619) 12665 kB: com.android.systemui (pid 2552) 8792 kB: com.android.phone (pid 2589) 7504 kB: com.android.contacts (pid 2731) 7085 kB: com.android.inputmethod.latin (pid 2570) 6619 kB: android.process.acore (pid 2634) 5815 kB: com.android.email (pid 2765) 5402 kB: android.process.media (pid 2782)

295


http://clients3.google.com/generate_204%5D

http://clients3.google.com/generate_204%5D

5328 kB: com.android.calendar (pid 2878) 4603 kB: com.android.providers.calendar (pid 2851) 4287 kB: com.android.deskclock (pid 2708) 4282 kB: com.android.exchange (pid 2805) 2824 kB: com.android.smspush (pid 2659) 2686 kB: com.android.defcontainer (pid 2965)

Total PSS by OOM adjustment: 22980 kB: System 22980 kB: system (pid 2477) 21457 kB: Persistent 12665 kB: com.android.systemui (pid 2552) 8792 kB: com.android.phone (pid 2589) 19648 kB: Foreground 19648 kB: com.android.launcher (pid 2619) 2824 kB: Visible 2824 kB: com.android.smspush (pid 2659) 7085 kB: Perceptible 7085 kB: com.android.inputmethod.latin (pid 2570) 22585 kB: Previous 19899 kB: com.android.settings (pid 2681) 2686 kB: com.android.defcontainer (pid 2965) 43840 kB: Background 7504 kB: com.android.contacts (pid 2731) 6619 kB: android.process.acore (pid 2634) 5815 kB: com.android.email (pid 2765) 5402 kB: android.process.media (pid 2782) 5328 kB: com.android.calendar (pid 2878) 4603 kB: com.android.providers.calendar (pid 2851) 4287 kB: com.android.deskclock (pid 2708) 4282 kB: com.android.exchange (pid 2805)

Total PSS by category: 53374 kB: Dalvik 23817 kB: Unknown 19418 kB: Other mmap 18091 kB: Native 11556 kB: .apk mmap 11425 kB: .so mmap 1936 kB: Ashmem 718 kB: .ttf mmap 68 kB: Other dev 12 kB: Cursor 4 kB: .jar mmap 0 kB: .dex mmap

Total PSS: 140419 kB KSM: 0 kB saved from shared 0 kB 0 kB unshared; 0 kB volatile

$ adb shell dumpsys meminfo com.android.providers.calendarApplications Memory Usage (kB):Uptime: 8961566 Realtime: 8961566** MEMINFO in pid 2851 [com.android.providers.calendar] ** Shared Private Heap Heap Heap Pss Dirty Dirty Size Alloc Free ------ ------ ------ ------ ------ ------ Native 806 684 760 1908 1692 143 Dalvik 2145 8904 1608 6407 6093 314 Cursor 0 0 0 Ashmem 0 0 0

296


Other dev 4 0 0 .so mmap 522 1828 216 .jar mmap 4 0 0 .apk mmap 95 0 0 .ttf mmap 0 0 0 .dex mmap 0 0 0 Other mmap 912 24 24 Unknown 177 36 176 TOTAL 4665 11476 2784 8315 7785 457 Objects Views: 0 ViewRootImpl: 0 AppContexts: 1 Activities: 0 Assets: 2 AssetManagers: 2 Local Binders: 10 Proxy Binders: 8 Death Recipients: 0 OpenSSL Sockets: 0 SQL MEMORY_USED: 171 PAGECACHE_OVERFLOW: 53 MALLOC_SIZE: 62 DATABASES pgsz dbsz Lookaside(b) cache Dbname 4 120 117 24/36/11 /data/data/com.android.providers.calendar/databases/calendar.db Asset Allocations zip:/system/app/CalendarProvider.apk:/resources.arsc: 57K

เพอใหสามารถเรยกใชคำสง dumpsys ไดจะตองเพมบรรทด <uses-permission android:name="android.permission.DUMP" /> เขาไปในไฟล AndroidManifest.xmlคำสง dumpstate ใชสำหรบดสถานะการทำงานของแอนดรอยดทงหมด

$ adb shell# dumpstate......PROVIDER ContentProviderRecord{b4669e98 com.android.email/.provider.AttachmentProvider} pid=1306 Client: nothing to dumpPROVIDER ContentProviderRecord{b470bc88 com.android.providers.contacts/.CallLogProvider} pid=1151 Client: nothing to dumpPROVIDER ContentProviderRecord{b462a2a0 com.android.providers.downloads/.DownloadProvider} pid=1324 Client: nothing to dumpPROVIDER ContentProviderRecord{b46e1b68 com.android.providers.userdictionary/.UserDictionaryProvider} pid=1151 Client: nothing to dump[dumpsys: 0.4s elapsed]========================================================== dumpstate: done========================================================

297


คำสง dalvikvm (Dalvik VM) เปนคำสงทอนญาตใหผใชสามารถเรยกโปรแกรม Dalvik VM เพอรนไฟล Java class ทเปนรปแบบ DEX ดงตวอยางขางลาง

$ mkdir dalvik$ cd dalvik/

สรางโปรแกรมอยางงาย

$ cat hello.javapackage org.apache;

public class Hello { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); }}

ทำการคอมไพลโปรแกรมดวย JAVA Compiler

$ javac -d . -g Hello.java

ทำการรวมไฟลทไดจากการคอมไพลทงหมดมาเปนไฟล .jar

$ jar -cvf Temp.jar *

added manifestadding: Hello.java(in = 139) (out= 115)(deflated 17%)adding: org/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)adding: org/apache/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)adding: org/apache/Hello.class(in = 541) (out= 336)(deflated 37%)

ใชโปรแกรม “dx” เพอสรางไฟล classes.dex จากไฟล Temp.jar

$ dx --dex --output=./classes.dex Temp.jar $ lsclasses.dex Hello.java org Temp.jar

ถดไปใชโปรแกรม “aapt” เพอสรางไฟล .jar ตวใหม เพอใหสามารถทำงานภายใต Dalvik VM ได

$ aapt add CmdLine.jar classes.dex 'classes.dex'...

นำไฟล CmdLine.jar ทบรรจไฟล classes.dex เขาสตว Android Emulator แลวทำการทดสอบเรยกโปรแกรมดวย Dalvikvm ดงคำสงขางลางน

$ adb push CmdLine.jar /data

298


10 KB/s (547 bytes in 0.050s)

$ adb shell

# /system/bin/dalvikvm -Xbootclasspath:/system/framework/core.jar -versionDalvikVM version 1.6.0Copyright (C) 2007 The Android Open Source ProjectThis software is built from source code licensed under the Apache Licen-se,Version 2.0 (the "License"). You may obtain a copy of the License at http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0See the associated NOTICE file for this software for further details.Dalvik VM init failed (check log file)

# /system/bin/dalvikvm -Xbootclasspath:/system/framework/core.jar -classpath /data/CmdLine.jar org.apache.HelloHello World!

am (Activity Manager)

คำสง am จะสามารถใชในการจดการแอคทวต (activities) เชน เรยกใหทำงาน สงหยดการทำงาน และเฝาดสถานะการทำงาน เปนตน

# amusage: am [subcommand] [options]usage: am start [-D] [-W] [-P <FILE>] [--start-profiler <FILE>] [--R COUNT] [-S] [--opengl-trace] <INTENT> am startservice <INTENT> am force-stop <PACKAGE> am kill <PACKAGE> am kill-all am broadcast <INTENT>.... [--activity-single-top] [--activity-clear-task] [--activity-task-on-home] [--receiver-registered-only] [--receiver-replace-pending] [--selector] [<URI> | <PACKAGE> | <COMPONENT>]

# am start com.android.deskclock .ClockStarting: Intent { act=android.intent.action.MAIN cat=[android.intent.category.LAUNCHER] pkg=com.android.deskclock }Warning: Activity not started, its current task has been brought to the front

299




# am start -a android.intent.action.MAIN -n com.android.browser/.BrowserActivityStarting: Intent { action=android.intent.action.MAIN comp={com.android.browser/com.android.browser.BrowserActivity} }Warning: Activity not started, its current task has been brought to the front

# am start -a android.intent.action.MAIN -n com.android.settings/.SettingsStarting: Intent { action=android.intent.action.MAIN comp={com.android.settings/com.android.settings.Settings} }

คำสงในการจดการแพกเกต (package manager)

# pm list packagepackage:android

package:com.android.backupconfirm

package:com.android.bluetooth

package:com.android.browser

package:com.android.calculator2

....

package:com.android.wallpaper.holospiral

package:com.android.wallpaper.livepicker

package:com.example.myapp

package:com.svox.pico

package:jp.co.omronsoft.openwnn

300


เมอตองการตดตงโปรแกรม (.apk) เพม สามารถใชคำสง pm install ไดดงตวอยางขางลาง

# pm install /sdcard/com.twitter.android-1.apk

ตรวจสอบโปรแกรมทไดตดตงไปกอนหนาน

# pm list packages | grep twitter

แสดงไดเรกทอร ทเกบโปรแกรมทไดตดตงไป

# pm path com.twitter.android

คำสง svc (service control) ใชสำหรบดสถานะการทำงานและควบคมการทำงานของบรการภายใน

# svc helpAvailable commands: help Show information about the subcommands power Control the power manager data Control mobile data connectivity wifi Control the Wi-Fi manager usb Control Usb state

# svc powerControl the power managerusage: svc power stayon [true|false|usb|ac] Set the 'keep awake while plugged in' setting.

# svc dataControl mobile data connectivityusage: svc data [enable|disable] Turn mobile data on or off. svc data prefer Set mobile as the preferred data network# svc wifiControl the Wi-Fi managerusage: svc wifi [enable|disable] Turn Wi-Fi on or off.

svc wifi prefer Set Wi-Fi as the preferred data network

# svc usbControl Usb stateusage: svc usb setFunction [function] Set the current usb function.

svc usb getFunction Gets the list of currently enabled functions

301


บทท 6 พนฐานการเขยนโปรแกรมภาษาจาวาบน แอนดรอยดสำหรบนกพฒนา

ระบบปฏบตการแอนดรอยดถอไดวาเปนหนงในระบบปฏบตการสำหรบอปกรณชนดพกพาทประสบความสำเรจสงสดเทาทเคยมมาและยงเปนตวแทนสำคญของวงการระบบสมองกลฝงตวทพสจนใหเหนถงศกยภาพของระบบสมองกลฝงตวและบทบาททมความสำคญตอมวลมนษยชาต ทงในโลกของการสอสาร โปรแกรมประยกตทหลากหลายและมอบโอกาสทสำคญทางดานระบบสมองกลฝงตวแกเหลานกพฒนาทวทกมมโลกรวมทงบรษทผผลตในอตสาหกรรมอปกรณอเลกทรอนกสไดมโอกาสสรางสรรผลตภณฑทรวมเทคโนโลยดานตางๆของระบบสมองกลฝงตวไมวาจะเปนระบบปฏบตการ ระบบโปรแกรมระบบ โปรแกรมประยกต และบอรดสมองกลใหสามารถทำงานไดรวมกนไดอยางลงตว และสามารถตอบสนองการใชงานของผคนในปจจบน สามารถตอบโจทยระดบภาคอตสาหกรรม รวมถงสามารถทำใหเกดผลตภณฑทยกระดบการแขงขนใหกบประเทศเหลานนไดอยางทไมเคยมมากอนและเปนททราบกนดวาตนนำเทคโนโลยสวนใหญจะเกดขนจากประเทศทพฒนาแลว ดงนนประเทศทกำลงพฒนาสวนใหญจะตองอยในฐานะผใชมาโดยตลอดรวมทงคนทตองซอเทคโนโลยมาเพอพฒนาประเทศของตน แตอยางไรกตามเมอยคของซอฟทแวรเสร (Open Source) ระบบปฏบตการแบบเปด (Open Operating System) แหลงความรอนมหาศาลในโลกอนเตอรเนต รวมถงการออกแบบพฒนาฮารดแวรแบบเปด (Open Hardware) ไดมาถงจดลงตวในชวงไมกปทผานมา กทำใหเกดโอกาสทสำคญในการนำองคความรเหลานมาประยกตเพอเปนพนฐานในการตอยอดการพฒนาตางๆไดอกมากมายหลงจากน

ดงนนถานกพฒนาคนไทยพยายามทำความเขาใจในศาสตรดานระบบสมองกลฝงตวอยางจรงจงและนานเพยงพอทงยงสามารถมองเหนถงความสำคญของการนำระบบสมองกลผงตวทมระบบปฏบตการแอนดรอยดเพอมาแกปญหาระบบโครงสรางพนฐานทางดานอตสาหกรรมในเมองไทยอยางแทจรง รวมทงถาไดรบการสนบสนนทางดานผลตภณฑทเกดจากการพฒนาของคนไทยหนวยงานองคกรภาครฐหรอภาคเอกชนดวยแลว ผเขยนกมความเชอมนวาในอกไมกปขางหนาประเทศไทยกอาจมโอกาสสรางผลตภณฑทสามารถตอบโจทยความตองการพนฐานของประเทศโดยไมตองพงพาเทคโนโลยจากประเทศอนๆมากเกนไป ทงยงสามารถแขงขนไดในระดบนานาชาตไดอยางภาคภมใจได

302


ดงนนนกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวจงถอไดวาเปนกลไกสำคญของการขบเคลอนการพฒนาเทคโนโลยพนฐานของประเทศเพอใหเกดการนำไปสการประยกตใชในดานการเกษตรกรรมและอตสาหกรรมในดานตางๆไดอยางทวถง ดงนนนกพฒนาจะตองเขาใจหลกการหลายๆอยางโดยเฉพาะอยางยงพนฐานตางๆของระบบปฏบตการลนกซไมวาจะเปนการใชคำสงตงแตระดบพนฐานจนถงระดบสง พนฐานการเขยนโปรแกรม พนฐานการเชอมตอระหวางระบบฮารดแวรและระบบโปรแกรมใหเปนอยางด รวมถงรแนวทางวธการแกไขปรบแตงระบบปฏบตการลนกซและระบบปฏบตการแอนดรอยดจากทไดกลาวในบททผานมา เพอใหนกพฒนาสามารถเชอมโยงศาสตรความรทเกยวของตางๆ (เชนคอมพวเตอร อเลกทรอนกส และระบบสอสารเครอขาย) เขาดวยกน

เครองมอพฒนา Android Studio IDEในงาน Google I/O 2013 ทผานมาทางบรษทกเกลกไดเปดตวเครองมอตวใหมชอวา Android

Studio IDE ทถกพฒนาอยบนพนฐานของ IntelliJ IDEA เพอมาแทนทเครองมอพฒนาตวเดมทใชโปรแกรม Eclipse IDE โดยขอดของ Android Studio IDE คอทำงานไดเรวขน เปนโปรแกรมลกษณะ Live Layout, Live Coding (WYSIWYG Editor) ซงจะทำใหนกพฒนาสามารถเหนภาพรวมของโปรแกรมทกำลงพฒนาอยบนอปกรณแอนดรอยดทมขนาดหนาจอแตกตางกน สามารถดรปภาพและขอความทเราอางองจากไฟลอน (Preview) และมเครองมอตรวจสอบโคดโปรแกรม (Lint tools) ครบถวน เชนสามารถดประสทธภาพการทำงานของโปรแกรม การรองรบเวอรชนรนกอนๆ เปนตน

รปท 6.1 หนาตาโปรแกรม Android Studio

303


วธการตดตง ANDROID STUDIO IDE

สำหรบระบบปฏบตการ Windows: ดาวนโหลดไฟล EXE android-studio-bundle-<version>.exe ในกรณทกำลงตดตงอยมการ

รองขอใหตดตง JAVA เพมเตมหรออาจจะทำการตงคาตวแปรสภาพแวดลอม (environment variables) โดยการเลอก Start menu > Computer > System Properties > Advanced System Properties เลอกแทบ Advanced > Environment Variables กดปม “add a new system variable” จากนนใหใส path ของ JAVA_HOME เชน C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_21.สำหรบระบบปฏบตการ MacOS X:

ดาวนโหลดไฟล dmg android-studio-bundle-<version>.dmg ซงปญหาทพบเจอบอยครงคอการขอสทธอนญาต (Permissions) ใหทำการตงคาดงน เลอกท System Preferences > Security & Privacy ทแทบของ Allow applications downloaded ใหทำการเลอก Anywhereสำหรบระบบปฏบตการลนกซ:

ดาวนโหลดไฟล android-studio-bundle-<version>.tgz เมอดาวนโหลดเสรจเรยบรอยกใหแตกไฟล แลวรนคำสง ./studio.sh เมอตดตงโปรแกรมเสรจแลวใหตงคาตวแปรระบบในไฟล ~/.bashrc เชน PATH เพอชไปยงไดเรกทอร android-studio/bin/

เรมตนการใชงานโปรแกรม เมอเขาโปรแกรม Android Studio ครงแรกกจะแสดงหนาตางดงรปขางลาง

รปท 6.2 หนาตาสำหรบสรางหรอนำเขาโปรแกรม

304


ทดสอบสราง Project ใหม (New Project...) ซงเมอเขาไปแลวจะมการตงคาพนฐานตางๆ ดงแสดงในรปขางลาง เชน Application name: ชอของโปรแกรม Module name:

Package name: ชอของ Package ทใชงาน Project location: ทอยของโปรเจค

Minimum required SDK: เวอรชนของ SDK ตำสดทสามารถใชงานได Target SDK: เวอรชนของ SDK ทตองการใขงาน

Compile with: เวอรชนของ SDK ททำการรนโปรแกรม Theme: ลกษณะธมของโปรแกรม

รปท 6.3 ตงคารายละเอยดของโปรแกรม

ขนตอนถดไปโปรแกรมจะใหผใชทำการเลอกไอคอน ทใชเปนไอคอนของโปรแกรม

305


รปท 6.4 กำหนดรปไอคอนโปรแกรมและคาทางกราฟฟกตางๆ

สำหรบในขนตอนนนกพฒนาสามารถเลอกชนดของโปรแกรมเบองตนไดหลายแบบ ตวอยางเชน Blank Activity, Fullscreen Activity, Login Activity, Master/Detail Flow หรอ Settings Activity โดยในทนจะขอเลอก Blank Activity และตงชอ Activity หลกของโปรแกรมวา MainActivity จากนนกดปม Finish เพอสรางโคดโปรแกรม

รปท 6.5 เลอก template ของโปรแกรมและตงคา Activity

306


โปรแกรม Android Studio จะทำการสรางโปรเจค และจดเตรยมไฟลทสำคญสำหรบโปรเจคตามทตงไว

รปท 6.6 ดาวนโหลดองคประกอบผาน Gradle และสรางโครงสรางโปรเจค

รายการโคดโปรแกรมและไฟลตางๆ ดงแสดงในรปขางลางน

รปท 6.7 แสดงโครงสรางภายในโปรเจค

307


ขอมลภายในไดเรกทอร res (Resource) ของโปรแกรมจะประกอบดวยไฟลประเภท XML ซงไฟลทเกบขอมลของ Layout ทงหมดทใชในโปรแกรม และในไดเรกทอร res จะเปนทเกบไฟลมลตมเดยตางๆ เชน ไฟลภาพ ไฟลเสยง เมอทำการคอมไพลไฟลโปรแกรม ขอมลทงหมดในไดเรกทอร res กจะถกอางองรวมกบไฟลทถกสรางขนมาในระหวางการคอมไพลทชอวา R.java

การกำหนดคณลกษณะในไฟล AndroidMainfest.xml

ไฟลสำคญไฟลหนงคอไฟล AndroidManifest.xml ซงเปนไฟลทกำหนดคณลกษณะตางๆภายในโปรแกรมประยกตนนๆ ซงประกอบไปดวย Activities, Services, Broadcast Receivers และ Con-tent Providers ดงรปขางลาง

AndroidManifest.xml

Activ

ities

Serv

ices

Broa

dcas

t Rec

eivi

ers

Con

tent

Pro

vide

rs

รปท 6.8 องคประกอบภายในไฟล AndroidManifest.xml

นอกจากนนการพฒนาโปรแกรมแอนดรอยดบอยครงทจะมการขอเขาถงทรพยากรตางๆในระบบ ดงนนโปรแกรมเหลานจะตองมการประกาศการรองขอสทธ ไวภายในไฟลชอวา AndroidManifest.xml ดวย

ตวอยางไฟล AndroidManifest.xml<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" package="com.example.androidaudiostream" android:versionCode="1" android:versionName="1.0" >

<uses-sdk android:minSdkVersion="8" android:targetSdkVersion="17" /> <application android:allowBackup="true" android:icon="@drawable/ic_launcher" android:label="@string/app_name" android:theme="@style/AppTheme" > <activity

308




android:name="com.example.androidaudiostream.ActivityAudioDecode" android:label="@string/app_name" > <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.MAIN" /> <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" /> </intent-filter> </activity> </application></manifest>

จากตวอยางของ XML ดานบนเปนตวอยางของไฟล AndroidManifest.xml ทมอลเมนตชอวา manifest โดยหลกจะมการตงคาไวในสองตวแปรคอ android:versionCode ซงเปนคาทใชในการตรวจสอบขณะททำการตดตงเพอใหทราบวาเปนการตดตงแบบปรบปรงรนใหม (upgrade) หรอลดรนลง (downgrade) สวนของตวแปร android:versionName จะเปนคาระบเวอรชนทจะใชแสดงในโปรแกรม

อลเมนต <application> จะระบการตงคาเกยวกบฉลาก (label) และไอคอน (Icon) ของโปรแกรม

อลเมนต <activity> เปนการกำหนดชอแอคทวตทจะสามารถใชงานไดภายในโปรแกรม ซงจะตองกำหนดตว android:name เปนชอของแพคเกจทแอคทวตนนอย

อลเมนต <intent-filter> จะเปนการระบใหระบบปฏบตการแอนดรอยดรวามการเรยกใชงานคอมโพเน นต ต ว ไหนบ าง การประกาศอ ล เมนต < a c t i o n > เป นช อ android.intent.action.MAIN เปนการบอกวาแอคทวตนทำงานเปนแอคทวตหลกของโปรแกรม

การตดตงและเรยกใชโปรแกรมบนอปกรณแอนดรอยดเมอผเขยนโปรแกรมทำการเขยนโปรแกรมเรยบรอยแลวตองการทดสอบโปรแกรมทเขยนบนอป-

กรณแอนดรอยดซงจะมวธการทดสอบได 2 ทางคอ

การรนโปรแกรมผาน Emulator ในการทดสอบโปรแกรมผาน Emulator กอนอนผใชจะตองทำการสราง Emulator เขาไปอยใน

รายการอปกรณกอน หลงจากนนเมอผใชกดรนโปรแกรมกจะปรากฏหนาตางแสดงรายชอของอปกรณ แลวทำการเลอกอปกรณทตองการรนโปรแกรมทดสอบ ดงตวอยางในรปขางลาง

309


รปท 6.9 แสดงการเรยกใช Android Emulator

การรนโปรแกรมบนอปกรณจรงผาน ADBในการทดสอบโปรแกรมอกวธหนงคอการรนโปรแกรมผาน ADB เพอทำการตดตงโปรแกรมลง

อปกรณจรงดงรปขางลาง วธการนจะทำใหผเขยนโปรแกรมสามารถดความสมบรณของโปรแกรมไดดกวาการรนโปรแกรมบน Emulator

รปท 6.10 แสดงอปกรณ Android ทเชอมตออยกบเครองคอมพวเตอร

310


การยายโคดโปรแกรมเดม ECLIPSE IDE มาส ANDROID STUDIO

เนองจากนกพฒนาในยคแรกๆจะมความคนเคยกบการเขยนโปรแกรมดวยเครองมอพฒนา Eclipse IDE ดงนนเมอตองการยายโคดโปรเจคเดมทเคยพฒนาอยบน Eclipse IDE มาส Android Studio IDE จะมขนตอนการยายโคดโปรเจคดงน

ขนตอนท 1: Export โปรแกรมเดมจาก Eclipse IDE 1. ทำการเปดโปรเจคและอพเดต ADT Plugin (เวอรชน 22.0 หรอสงกวา) 2. เลอกเมน File > Export 3. โปรแกรมจะแสดงหนาตางขนมา ใหเลอก Generate Gradle build files ภายใน Android จากนน กดปม Finish

รปท 6.11 แสดงหนาตางการสราง Gradle build files

ขนตอนท 2: Import โปรแกรมเขาส Android Studio 1. เปดโปรแกรม Android Studio เลอกเมน File > Import Project 2. จากนนเลอกไปยงทอยโปรเจค เลอก build.gradle จากนนกดปม Finish 3. ใหเลอกตาม Dialog ทแสดงจากนนกด OK

311


APACHE ANT สำหรบการพฒนาแอนดรอยดApache Ant คอเครองมอสำหรบใชในการคอมไพลและสรางโปรแกรม JAVA โดยนกพฒนา

โปรแกรมสามารถสรางสครปท (Script) ในรปแบบ XML ทมการระบ packages ทเกยวของเพอสงใหโปรแกรม ant ทำการคอมไพลและสรางออกมาเปนโปรแกรม .APK (Android Package) ไดเหมอนกบการสรางไฟล Makefile และใชคำสง “make” ในระบปฏบตการลนกซ

เมอไดทำการตดตงโปรแกรม Ant (http://ant.apache.org) สามารถทดสอบเขยนโปรแกรมพนฐาน (src\ant\Test.java) ดงตวอยางขางลาง

package ant;class Test { public static void main(String args[]) { System.out.println("Hello World from ANT"); }}

สครปทไฟล src\ant\build.xml

<project basedir="." default="make"> <property name="root" value="../.." /> <property name="classes" value="${root}/classes" /> <property name="srcroot" value="${root}/src" /> <path id="project.class.path"> <pathelement location="${classes}" /> </path> <target name="make"> <javac debug="true" srcdir="${srcroot}" includes="ant/**/*.java" destdir="${classes}"> </javac> </target> <target name="run" depends="make" description="Run Test"> <java classname="ant.Test" classpathref="project.class.path" fork="true"> </java> </target> <target name="clean" description="clean all classes"> <delete dir="${classes}/ant"/> </target></project><?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

คอมไพลและสรางโปรแกรมออกมาเปน .APK

C:\...\src\ant>ant makeBuildfile: build.xmlmake:

312


http://ant.apache.org/

http://ant.apache.org/

BUILD SUCCESSFULTotal time: 0 seconds

C:\...\src\ant>ant runBuildfile: build.xmlmake:run: [java] test ANTBUILD SUCCESSFULTotal time: 0 seconds

C:\...\src\ant>ant cleanBuildfile: build.xmlclean: [delete] Deleting directory C:\...\classes\antBUILD SUCCESSFULTotal time: 0 seconds

ไฟลโปรแกรม (.APK) จะถกสรางเกบไวในไดเรกทอร bin ผใชสามารถนำไฟล .APK ไปตดตงลงใน An-droid Emulator หรออปกรณแอนดรอยด โดยใชคำสง adb install <ชอโปรแกรม>.apk

ANDROID ACTIVITY

การพฒนาโปรแกรมประยกตแอนดรอยด : แอคทวต (Activity)

แอคทวต (Activity) มความสำคญมากสำหรบโปรแกรมประยกต เพราะเปนสวนทใชตดตอกบผใชผาน UI ดงแสดงในรปขางลาง

UI Activity

Service

OperatingSystem

สง broadcast Intent

การ Intent โดยตรง

รปท 6.12 แสดงกลไกการทำงานของโปรแกรมภายในแอนดรอยด

แตละ activity จะแทนหนงหนาตางทจะแสดงขนบนหนาจอในขณะนนดงแสดงในรปขางลาง

313


รปท 6.13 การแสดงผลของแตละ activity

ซงในแตละโปรแกรมประยกตสามารถสรางแอคทวตไดหลายตวแตจะตองกำหนดแอคทวตเพยงตวใดตวหนงเทานนทจะใหทำงานเปนแอคทวตหลกของโปรแกรมประยกตนน ซงแตละแอคทวตสามารถทจะเรยกใหตวแอคทวตอนขนมาทำงานไดโดยทแอคทวตกอนหนาจะถกเกบไวในสแตก (Stack) ของระบบตามลำดบไปดงรปขางลาง

ActivityActivity

Activity

Activity ททางานอยเบองหนา (foreground)(visible และ focused)

Task (stack of activity)

Activity ททางานอยเบองหลง (background)

รปท 6.14 ขบวนการจดการของ activities แตละตวในขณะททำงานอย

ภายในโปรแกรมประยกตจะม 4 องคประกอบหลกไดแก1) Activity2) Service3) Intent4) Broadcast Receiver

314


ตาราง 6.1 แสดงลกษณะการทำงานของ 4 องคประกอบหลกในโปรแกรม Android

ประเภท ลกษณะการทำงาน ตวอยางการทำงาน

Activityโปรเซสททำงานรวมกบ User

Interfaceแสดงขอความ, รปภาพ, เลนเกมส ฯลฯ

Service โปรแกรมททำงานอยเบองหลง เลนเพลง, ระบบซงคขอมล

Intent

Intent ชนด Directed Intent การแจงไปยงโปรเซสทระบไว

IntentIntent ชนด Broadcast Intent การแจงแบบกระจายไปยงทกโปรเซส

IntentIntent Filter รายการของ Intents ใน Activity หรอ

Services

Broadcast Receiver การขอเรยกใชขอมล GPS, Internet, สมดโทรศพท ฯลฯ

วงจรชวต (lifecycle) ของแอคทวต

Starting

Running

Stopped Stopped

Destroyed

1. onCreate()2. onStart()3. onResume()

onPause()onResume()

onStop()

onDestroy()

รปท 6.15 วงจรชวตของแอคทวต (Activity)

315


ชวงวงจรชวตของแอคทวตนนสามารถแบงออกไดเปน 3 ชวงการทำงาน ดงรปขางบน คอ1. Entire Lifetime คอการเรมตนและการปดตวของแอคทวต ในชวงการทำงานนจะมการเรยกใชฟงกชนคอ onCreate() และเมอแอคทวตถกสงปดจะมการเรยกใชฟงกชนคอ onDestroy()

2. Visible Lifetime คอชวงเวลาทแอคทวตนน กำลงทำงานอยโดยหลงจากทแอคทวตถกสรางขนมาแลว แอคทวตนน กำลงจะเรมตนการทำงานจะมการเรยกใชฟงกชน onStart() และเมอแอคทวตนนถกสงปดจะตองมการปดการทำงานแอคทวตกอนจะมการเรยกใชฟงกชน onStop()

3. Foreground Lifetime คอชวงเวลาทแอคทวตนน กำลงทำงานอยเบองหนาเชน เมอแอคทวตนนเรมตนการทำงานจะถกดนขนมาดานบนเพอตดตอกบผใชงานโดยจะเรยกฟงกชน onResume() และถาแอคทวตนนกำลงจะหยดการทำงานชวคราวหรอถาวร กจะเรยกใชฟงกชน onPause() หรอ onDestroy()

รปท 6.16 รายละเอยดของวงจรชวตของแอคทวต

316


ตวอยางโคดการทำงานของแอคทวตจากโคดตวอยางดงตอไปนจะเปนการอธบายหลกการทำงานของแอคทวตใหเขาใจไดงายขน โดยจะ

มการทำงานตาม Lifecycle ทไดอธบายแลวขางตน

public class ActivityA extends Activity {

@Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_a); Log.d("Embedded Debug”, onCreate - Called when the Activity is first created”); }

@Override protected void onStart() { Log.d("Embedded Debug”, onStart - Called when the Activity is becoming visible to the User”); super.onStart(); }

@Override protected void onRestart() { Log.d("Embedded Debug”, onRestart - Called after your activity has been stopped, prior to it being started again”); super.onRestart(); }

@Override protected void onResume() { Log.d("Embedded Debug”, onResume - Called when the Activity will start in-teracting with the User”); super.onResume(); }

@Override protected void onPause() { Log.d("Embedded Debug”, onPause - Called when the system is about to start resuming a previous activity”); super.onPause(); }

@Override protected void onStop() { Log.d("Embedded Debug”, onStop - Called when the Activity is no longer visi-ble to the User because another activity has been resumed and is covering this one”); super.onStop(); }

@Override protected void onDestroy() {

317


Log.d("Embedded Debug”, onDestroy - the final call you receive before your activity is destroyed”); super.onDestroy(); }

public void startActivityB(View v) { Intent intent = new Intent(ActivityA.this, ActivityB.class); startActivity(intent); }

public void startActivityC(View v) { Intent intent = new Intent(ActivityA.this, ActivityC.class); startActivity(intent); }

public void finishActivityA(View v) { ActivityA.this.finish(); }

}

ไฟล AndroidManifest.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:orientation="vertical" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:background="@color/dark_blue" android:padding="8dip" >

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:orientation="vertical" android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:layout_gravity="center_horizontal" > <Button android:id="@+id/btn_start_b" android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="wrap_content" android:text="@string/btn_start_b_label" android:onClick="startActivityB" />

<Button android:id="@+id/btn_start_c" android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="wrap_content" android:text="@string/btn_start_c_label"

318






android:layout_toRightOf="@id/btn_start_b" android:onClick="startActivityC" /> <Button android:id="@+id/btn_finish_a" android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="wrap_content" android:text="@string/btn_finish_a_label" android:layout_toRightOf="@id/btn_start_c" android:onClick="finishActivityA" /> <Button android:id="@+id/btn_start_dialog" android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="wrap_content" android:text="@string/btn_start_dialog_label" android:layout_toRightOf="@id/btn_finish_a" android:onClick="startDialog" /> </RelativeLayout></LinearLayout>

จากตวอยางโคดโปรแกรมขางตน เปนการแสดงตวอยางการเรยกใชงานแอคทวต โดยจะแสดงใหเหนถงวงจรชวตของแอคทวต จากโคดโปรแกรมไดแสดงตวอยางของแอคทวต A เมอรนโปรแกรม โปรแกรมจะทำการเรมตนดวยกนเรยกใชงานแอคทวต A ขนมา จากนนจะทำการแสดง layout ทไดออกแบบไวซงภายใน layout ไดมการตงคาใหเรยกใชงานฟงกชนตางๆ เชนการเรยกแอคทวต B เรยกแอคทวต C เปนตน ดงตวอยางโคดและผลการทำการของโปรแกรมในรปขางลาง

android:onClick="startActivityB"

319


รปท 6.17 ผลลพธการรนโปรแกรม

USER INTERFACE

เมอเขาใจหลกการทำการของแอคทวตแลว ในสวนการตดตอระหวางแอคทวตกบผใชกมสวนสำคญไมนอยเนองจากเปนกราฟฟกสำหรบใชในการตดตอกบผใชทวไป ซงจะเรยกกนโดยทวไปวา User Inter-face (UI) การสรางหนาตาของโปรแกรมหรอ UI ขนมาไดนนมเครองมออยตางๆมากมาย แตอยางไรกตามการออกแบบและพฒนาโปรแกรมเพอตอบสนองความตองการของผใชงานใหไดดทสดนนกยงตองใหความสนใจในการสรางประสบการณการใชงานโปรแกรมทเรยกวา User Experience (UX) ควบคไปดวย ดงนนนกพฒนาจะตองมการศกษาวเคราะหพฤตกรรมการใชงานกบอปกรณไฮเทคโนโลยเหลานไมวาจะเปนเทคโนโลยหนาจอสมผสและแสดงผล หนวยประมวลผลกลาง หนวยความจำ และการพฒนาปรบปรงระบบปฏบตการทางดานระบบสมองกลฝงตวควบคกนไปดวยตวอยางเชนการทำความเขาใจหนวยคาการแสดงผลกราฟฟกทจะถกขนอยกบเทคโนโลยหนาจอสมผสและแสดงผล การออกแบบโปรแกรมทางดานกราฟฟกเพอรบคาจากผใชโดยตองใหเหมาะสมกบขนาดของหนาจออปกรณทใชงาน โดยจะกลาวถงในรายละเอยดตอไปน

หนวยคาการแสดงผลกราฟฟก

การทำความเขาใจหลกการทางดานการออกแบบกราฟฟก นกพฒนาสวนใหญจะคอนขางมปญหาในเรองนพอสมควรเนองจากมรายละเอยดอยไมนอย ปจจบนอปกรณทใชระบบปฏบตการแอนดรอยดนนมอยมากมายหลากหลายรนและมความหลากหลายของสดสวนหนาจอแสดงผล เชนขนาดหนาจอ 480x320, 800x480, 960x540, 1280x720 ซงจะมผลตอการออกแบบหนาตาของโปรแกรม ดงนนการกำหนดตำแหนงการวางกราฟฟกหรอองคประกอบตางๆจะไมสามารถกำหนดจดส (Pixel) แบบตายตวไดเพราะหากมการกำหนดคาจดสตายตวเมอเปดโปรแกรมบนเครองหนาจอทมความละเอยดแตกตางกนกจะทำใหการแสดงผลกราฟฟกผดเพยนไปจากเดมทกำหนดไวได

320


ดงนนทางผพฒนาของบรษทกเกลจงไดคดคนหนวยจดสใหมขนมาเพอใหความละเอยดหนาจอทแตกตางกนเกดความคลาดเคลอนนอยทสดเรยกหนวยนวาหนวย “dp” (Density Independent Pixel) หรอจดสเสมอน (Virtual Pixel) ซงเปนหนวยของความละเอยดหนาจอทสมมตขนมาโดยองจากความละเอยด (Resolution), ขนาด (Size) และความหนาแนนจดส (Pixel) (Density) ของหนาจอบนอปกรณนนซงนกพฒนาจะตองใชคา dp ในการกำหนดขนาดของขอความ (Text) ขนาดของรปภาพหรอขนาดของปมตางๆ โดยมหลกการคำนวณคา dp ดงน

1 dp = (ความหนาแนนของจอ) / 160

แอนดรอยดไดแบงหนาจอเปนหลายขนาดโดยมคาความละเอยดของแตละหนาจอ ดงแสดงในรปขางลาง

3" 5" 7" 11" 13"

120 160 240 320 480 640

ldpi mdpi hdpi xdpi xxdpi xxxdpi

Actual size (inches)

Actual density (dpi)

small normal large xlarge xxlarge xxxlarge

รปท 6.18 เปรยบเทยบรายละเอยดของขนาดหนาจอและคา dpi

ลาสดบนระบบปฏบตการแอนดรอยด เวอรชน 4.3 ไดประกาศออกมาอยางเปนทางการแลววาพรอมจะรองรบคาความละเอยดหนาจอระดบ extra extra high dpi (xxhdpi) ขนาด 640 dpi ดงรปขางบน และในอนาคตอนใกลนคาความละเอยดของหนาจอบนอปกรณแอนดรอยดกจะเทยบเทากบคาความละเอยดหนาจอโทรทศนท 4K ไดอยางแนนอน

• ldpi (low dpi) คอ หนาจอทมขนาดของความหนาแนน ไมเกน 120 dpi • mdpi (medium dpi) คอ หนาจอทมความหนาแนน ตงแต 120 - 160 dpi เชนรน T-Mobile G1• hdpi (high dpi) คอ หนาจอทมความหนาแนน ตงแต 160 - 240 dpi เชนรน Nexus S• xdpi (extra high dpi) คอ หนาจอทมความหนาแนน 240 dpi ขนไป (320 dpi บนรน Galaxy Nexus/N4 หรอ 480 dpi บนรน HTC One)

321


• xxdpi (extra extra high dpi) คอ หนาจอทมความหนาแนน 480 dpi ขนไป• xxxdpi (extra extra extra high dpi) คอ หนาจอทมความหนาแนน 640 dpi ขนไป

ซงคา dpi (Dot Per Inch) หมายถง จำนวนจดสทมไดทงหมดในพนทขนาด 1 ตารางนว ดงแสดงในรปดานขวา ยกตวอยางเชน จำนวนจดในพนทขนาด 1 ตารางนว จะมจดสเรยงกนอยจำนวนทงสน 300 x 300 Pixel ซงคา dpi ยงสงกจะมผลตอการแสดงผลโดยเฉพาะกบการใชในโปรแกรมเกมสในลกษณะ FPS หรอเกมสลกษณะ Shootingทตองการใชการแสดงผลกราฟฟกทเปลยนแปลงอยางรวดเรว เปนตน

สตรการคำนวณคา dp จากคา dpi คอ

dp = pixel * (160 / dpi)

ตวอยางการคำนวณคา dp ของเครองยหอ Samsung Galaxy Note 10.1 ทมขนาดหนาจอแบบ mdpi ซงเทยบคา dpi เทากบ 160 (ตามรปท 6.8) และเครองนมคาความละเอยดหนาจออยท 1280 x 800 Pixel คา dp จะมคาเทากบ

1280 * (160 / 160) = 1280 dp 800 * (160 / 160) = 800 dp

ดงนนเครอง Samsung Galaxy Note 10.1 นจะมคาขนาดหนาจอแบบ dp เทากบ 1280 x 800 dp

ซงเมอนำเครอง Samsung Nexus 10 ทมขนาดหนาจอแบบ xhdpi ทคา dpi เทากบ 320 dpi (ตามรปท 6.8) และความละเอยดหนาจอสงถง 2560 x 1600 Pixel ซงจะเหนวามคาสงกวาเครอง Samsung Galaxy Note 10.1 แตเมอคำนวณคา dp จะมคาเทากบ

2560 * (160 / 320) = 1280 dp 1600 * (160 / 320) = 800 dp

จะเหนไดวาคา dp ของทง 2 เครองมคา 1280 x 800 dp เทากน ดงนนนกพฒนากควรยดคา dp เปนหลกในการวางรปแบบกราฟฟกทจะเปนหนาตาโปรแกรม โดยทยงคงแสดงในสดสวนทถกตองเชนเดม

อางองสวนหนงมาจาก: http://www.akexorcist.com/2013/03/android-design-dp.html

322


1 นว

5 จด

ส

5 จดส

1 จดส (pixel)

ความละเอยด เทากบ 5 dpi(5 จดสตอ 1 นว)

รปท 6.19 แสดงการคดคาความละเอยด (dpi) ของหนาจอ

View และ ViewGroup

View คอสวนตดตอกบผใชพนฐานเนองจากเปนองคประกอบพนฐานการของสราง UI ตางๆภายในโปรแกรมตวอยางเชน TextView, ImageView, SurfaceView, ViewGroup เปนตน สำหรบคลาส ViewGroup เปนสวนขยายของ View ทสามารถม View ไดหลายตวโดยสามารถสรางการควบคมเชอมตอไปยง View ทงหมดได

ViewGroup

View

ViewGroup

View

View

รปท 6.20 แสดงความสมพนธของ ViewGroup และ View

Input Controls

คอสวนวตถ (Object) ทใชตดตอกบผใช ซงสามารถโตตอบกบผใชได ยกตวอยางเชน ปม (Button), ชองใสขอความ (text fields), บารตงคา (seek bars), ปมเลอก (checkboxes), ปมขยาย (zoom but-tons), ปมกลบคา (toggle buttons) เปนตน

รปท 6.21 ตวอยาง Input Controls

Layout Containers

ถาเปรยบเทยบกบการเขยนโปรแกรมดวย JAVA AWT หรอ JAVA Swing ตว layout กเปรยบเสมอน JAVA Containers สวน View กจะเปรยบเสมอน JAVA Components หรอ Widgets นนเอง โดยความสมพนธระหวาง layout และ view แสดงดงรปขางลาง

323


Parent Layout

Button

Another Layout View (aka Widget)

TextView EditView

รปท 6.22 แสดงความสมพนธของ Layout และ components ตางๆ

โดย layout แตละตวจะสามารถบรรจ View และ layout อนๆเขาไปไดหลายๆตว ไดแก1. RelativeLayout ซงเปน layout ทกำหนดไวเปนตวพนฐานตงแตเรมสรางโปรเจค ซงเปน layout

ทมการจดเรยงตววตถ (object) โดยมการอางองตำแหนงของวตถนนกบวตถอนภายใน layout หรออางองกบตว layout ทวตถนนอยภายใน โดยการอางองผานหมายเลข (android:id) ของวตถหรอ layout

รปท 6.23 การตงคาแบบ RelativeLayout

2. FrameLayout เปน layout ทมการจดวางวตถเปนชนๆ โดยจะเรมวางวตถเรมตนจากมมซายบน (top-left) ของ layout เสมอและจะนำวตถทวางทหลงมาไวชนบนสดของ layout

324


รปท 6.24 การตงคาแบบ FrameLayout

3. LinearLayout เปน layout ทมการจดเรยงวตถเปนแนวเสนตรง ซงอาจจะเปนแนวตงหรอแนวนอนกได โดยการกำหนดคาใน android:orientation (horizontal/vertical)

รปท 6.25 การตงคาแบบ LinearLayout แนวตง

325


รปท 6.26 การตงคาแบบ LinearLayout แนวนอน 4. TableLayout เปน layout ทมการจดวางวตถในแบบตาราง โดยวตถแตละตวจะถอเปน 1 คอลมน ซงสามารถเพมแถวไดโดยเพม XML tag ของ TableRow

รปท 6.27 การตงคาแบบ TableLayout ไมมแถว

326


รปท 6.28 การตงคาแบบ TableLayout มแถว

5. AbsoluteLayout เปน layout ทมการจดวางวตถตามตำแหนงจรงบนหนาจอ โดยจะกำหนดตำแหนงของวตถไดผานคา android:layout_x และ android:layout_y

รปท 6.29 การตงคาแบบ AbsoluteLayout

327


6. ListView เปนคลาสทสบทอดจากคลาส ViewGroup ทมมมมองการแสดงแบบรายการ (list) ของไอเทม (item) โดยทสามารถเลอนขนลง (Scrolling) เพอดเนอหาทงหมดได ซงเนอหาของรายการแตละรายการจะถกแทรกลงอตโนมตผานทางอะแดปเตอร (Adapter)

รปท 6.30 การตงคา ListView

7. GridView เปนอกคลาสทสบทอดจากคลาส ViewGroup ทมมมมองการแสดงแบบสองมต (แถว-คอลมน) ในลกษณะตาราง สามารถทำการเลอนขนลงเพอดขอมลทงหมดได ซงรายการจะถกแทรกลงอตโนมตผานทางอะแดปเตอรเชนเดยวกนแบบ ListView

รปท 6.31 การตงคา GridView

หนาตาง Dialog และ Alert

คอหนาตางตอบโต (Dialog) ทใชในการแจงเตอนหรอรบคาจากผใช ดงรปขางลาง

328


รปท 6.32 แสดง Dialog พนฐาน

การแจงเตอนอกแบบหนงคอการแจงเตอนในลกษณะแสดงเปนขอความสนๆชวระยะเวลาหนง ใหปรากฏบนหนาจอ เรยกวา Toast แตจะไมมการโตตอบกบผใชแตอยางใด โดยใชคำสง Toast.makeText(this, “text”, Toast.LENGTH_SHORT).show() ดงรปขางลาง

รปท 6.33 แสดงการแสดงขอความแบบ toast

ANDROID ADAPTER

อะแดปเตอร (Adapter) ทำหนาทตดตอระหวาง AdapterView กบขอมลทตองการใหแสดงใน ListView, GridView, spinner หรอ Gallery นอกจากน Adapter ยงใชในการจดการ View กบชดขอมลโดยท AdapterView จะสามารถแสดงขอมลบางสวนซงถกกำหนดโดย Adapter เชนในกรณมขอมลมากและไมสามารถแสดงไดในครงเดยว

329


Adapter Adapter ViewDataSource

CursorArrayList

List ViewGrid ViewSpinner

รปท 6.34 แสดงความสมพนธของ Adapter

ตวอยางการใชงาน Adapter

1. ArrayAdapterตวอยางนจะแสดงการเพมคาเขาไปแสดงบน listview และลบคาเมอมการกดทตำแหนง list

โคดภายในไฟล device_list.xml<ListView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:id="@+id/listview" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="wrap_content" />

รปท 6.35 แสดงรายละเอยดภายในไฟล device_list.xml

โคดภายในไฟล device_name.xml<TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="wrap_content" android:padding="5dp" android:textSize="18sp" />

330






รปท 6.36 แสดงรายละเอยดภายในไฟล device_name.xml

ซงภายในไฟล MainActivity.java มรายละเอยดดงนpackage com.example.basicarrayadapter;

import java.util.ArrayList;import java.util.HashMap;import java.util.List;import android.app.Activity;import android.content.Context;import android.os.Bundle;import android.view.View;import android.widget.AdapterView;import android.widget.ArrayAdapter;import android.widget.ListView;

public class MainActivity extends Activity {

ListView listview; private ArrayAdapter<String> mNewDevicesArrayAdapter; String[] values = new String[] { "Android", "iPhone", "WindowsMobile", "Blackberry", "WebOS", "Ubuntu", "Windows7", "Max OS X", "Linux", "OS/2", "Ubuntu", "Windows7", "Max OS X", "Linux", "OS/2", "Ubuntu", "Windows7", "Max OS X", "Linux", "OS/2", "Android", "iPhone", "WindowsMobile" };

@Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.device_list);

listview = (ListView) findViewById(R.id.listview); mNewDevicesArrayAdapter = new ArrayAdapter<String>(this, R.layout.device_name);

331


for (int i = 0; i < values.length; ++i) { mNewDevicesArrayAdapter.add(values[i]); }

listview.setAdapter(mNewDevicesArrayAdapter);

listview.setOnItemClickListener(new AdapterView.OnItemClickListener() { public void onItemClick(AdapterView<?> parent, View view, int position, long id) {

String item = (String) parent.getItemAtPosition(position); mNewDevicesArrayAdapter.remove(item); mNewDevicesArrayAdapter.notifyDataSetChanged(); } }); }}

สำหรบการแสดงขอมลโดยใช ArrayAdapter จะมขนตอนดงน

• ทำการอางอง ID ของตว ListView ทเปน xml เขากบโคดโปรแกรม • ทำการอางอง Layout ของ xml ทจะแสดงคาใน ListView • ทำการเพมขอมลลงใน ArrayAdapter • ทำการเชอม ArrayAdapter เขากบ listview เพอแสดงขอมล

รปท 6.37 แสดงการทำงานของโปรแกรม

332


ANDROID INTENT

Intent เปนรปแบบการสงขอมลระหวางโปรแกรมภายในระบบปฏบตการแอนดรอยด ซงจะพบบอยในการใชเพอเรยก Activity ตวอน โดยสามารถสงขอมลไดหลายรปแบบ ทงยงเปนชองทางการสงขอมลทนยมใชมากในการเขยนโปรแกรมเชนกน ดงรปขางลาง

รปท 6.38 แสดงการใช intent แยกการทำงานของ Activity แตละตว

ประเภทของ Intents

Intent แบงไดเปน 2 ประเภทหลกดงน

1. Implicit Intent เปน Intent ทระบบปฏบตการแอนดรอยดไดเตรยมไวใหแลว สามารถเรยกใชงานไดในทนท ตวอยางเชน เวบเบราวเซอร เครองมอการคนหา รายชอผตดตอในโทรศพท การโทรออก และ แผนท เปนตน ตวอยางการประกาศ Intent เพอเรยกเวปไซตคนหาขอมล ดงตวอยางขางลาง

Intent i = new Intent(Intent.ACTION_WEB_SEARCH);

2. Explicit Intent เปน intent ทตองสรางขนเองเพอกำหนดการทำงานเฉพาะอยางตามทตองการ ตวอยางการประกาศ Intent เพอเรยก activity ทตองการเชน ActivityTwo.class ดงตวอยางขางลาง

Intent i = new Intent(this, ActivityTwo.class);

333


BROADCAST RECEIVER

Broadcast receivers เปนสวนทจะทำงานกตอเมอไดรบการตอบสนองหรอเกดเหตการณตามทโปรแกรมไดกำหนดเอาไวลวงหนาดวยการลงทะเบยนเพอรบการแจงของระบบดงแสดงในรปขางลาง โดยเงอนไขเหลานจะสามารถตอบสนองในขณะทผใชกำลงเปดโปรแกรมอยหรอแมจะปดโปรแกรมไปแลวกตามท ตวอยางการทำงานเชน ในขณะทผใชกำลงขบรถหรอไมสะดวกในการรบสายแตเมอมคนโทรศพทเขามาตวโปรแกรมกทำการตดสายทกำลงโทรฯเขามาทนทและจะทำการสงขอความ (SMS) กลบไปหาคนทกำลงโทรเขามาโดยอตโนมต หรออกตวอยางเชนในกรณทตงคาไววาเมอเครองบทเสรจเรยบรอย (AC-TION_BOOT_COMPLETED) กใหระบบปฏบตการทำการเปดโปรแกรมทไดลงทะเบยนใน Broadcast receiver ใหทำขนมาทนท

AndroidSystem

BroadcastReceiver

ลงทะเบยน Intent

ไดรบการแจงเตอนวามการขอใช Intent

รปท 6.39 แสดงการใชทำงานของ intent

ขนตอนการพฒนาโปรแกรม Broadcast receivers•ทำการตงคาใน AndroidManifest.xml ตามทไดลงทะเบยนไว หรอสามารถตงคาแบบตามสถานการณทเปลยนแปลงผานฟงกชน Context.registerReceiver()

• เขยนคลาสขนมาโดยสบทอดตอมาจากคลาส BroadcastReceiver •ภายในจะมฟงกชน onReceive() สำหรบกำหนดการทำงานของโปรแกรมเมอเกดเหตการณ (event) ตามทไดตงคาไว

System broadcastsเหตการณของระบบ (system events) ทไดถกกำหนดเปนคาคงทไวภายในระบบปฏบตการแอน

ดรอยด ดงแสดงในตารางขางลางน

334


ตาราง 6.2 แสดงรายการเหตการณของระบบ

Event Usage

Intent.ACTION_BATTERY_LOW ระดบแบตเตอรอยในระดบตำ

Intent.ACTION_BATTERY_OKAY ระดบแบตเตอรอยในระดบด

Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED แอนดรอยดบทเสรจเรยบรอย

Intent.ACTION_DEVICE_STORAGE_LOW ระดบหนวยความจำอยในระดบตำ

Intent.ACTION_DEVICE_STORAGE_OK ระดบหนวยความจำอยในระดบด

Intent.ACTION_HEADSET_PLUG ตรวจสอบหฟงวาตออยหรอไม

Intent.ACTION_LOCALE_CHANGED เมอมการเปลยนแปลงภาษาของอปกรณ

Intent.ACTION_MY_PACKAGE_REPLACED อพเดทแทนโปรแกรมเดม

Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED ตดตงโปรแกรมใหม

Intent.ACTION_POWER_CONNECTED ตอสายไฟเขากบอปกรณ

Intent.ACTION_POWER_DISCONNECTED ถอดสายไฟออกจากอปกรณ

KeyChain.ACTION_STORAGE_CHANGED เกดการเปลยนแปลง keystore

BluetoothDevice.ACTION_ACL_CONNECTED Bluetooth ACL เกดการเชอมตอ

AudioManager.ACTION_AUDIO_BECOMING_NOISY เลอก audio output ทมสญญาณรบวนนอย

ตวอยางโปรแกรมตรวจสอบการเชอมตอกบหฟงโดยใชเหตการณของระบบชอวา ACTION_HEAD-SET_PLUG ซงใชในการตรวจสอบการเชอมตอชดหฟง ซงถาตอหฟงอยกจะสงคาเปน “1” ถาไมกจะสงคา “0” แทนตวอยางโปรแกรมทดสอบการบรอดทแคสท เมอมการเสยบหฟงเขาอปกรณแอนดรอยด// MainActivity.java

package com.example.demoeebuubroadcastreceiver;import android.content.Intent;import android.content.IntentFilter;import android.os.Bundle;import android.app.Activity;import android.view.Menu;public class MainActivity extends Activity { @Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); IntentFilter intentfilter = new IntentFilter(Intent.ACTION_HEADSET_PLUG);

335


MyBroadCast mybroadcast = new MyBroadCast(); registerReceiver(myboradcast,intentfilter); }

@Overridepublic boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) { // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present. getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu); return true; }}

// MyBroadCast..java

package com.example.demoeebuubroadcastreceiver;import android.content.BroadcastReceiver;import android.content.Context;import android.content.Intent;import android.widget.Toast;

public class MyBroadCast extends BroadcastReceiver { @Override public void onReceive(Context context, Intent intent) { if (intent.getAction().equals(Intent.ACTION_HEADSET_PLUG)) {

int state = intent.getIntExtra("state", -1); switch (state) { case 0: Toast.makeText(context, "Headset is unplugged", Toast.LENGTH_LONG).show(); break; case 1: Toast.makeText(context, "Headset is plugged", Toast.LENGTH_LONG).show(); break; default: Toast.makeText(context, "Unknow", Toast.LENGTH_LONG).show(); } } }}

การแสดงผล (ดานซายไมไดตอหฟง ดานขวาตอหฟง)

336


รปท 6.40 แสดงการตรวจจบของโปรแกรมในการตรวจสอบการเสยบห

การพฒนาโปรแกรมดวย Android Native Development Kit

พนฐาน ANDROID NDK

โปรแกรมแอนดรอยดสามารถแยกออกไดเปน 2 ประเภท ดงแสดงในรปขางลาง ไดแก • โปรแกรมดารวค (Dalvik applications) คอโปรแกรมทรวมโปรแกรมภาษาจาวา และ SDK API ตามมาตราฐานของแอนดรอยด รวมทงการรวมเอาไฟลประกอบตางๆ (resource files) ตวอยางเชน ไฟล XML ไฟลรปชนด PNG รวมเขาดวยกนจนกลายเปนไฟล APK

• โปรแกรมแอนดรอยด NDK (Android NDK applications) ซงรวมโคดโปรแกรมภาษาจาวา ไฟลประกอบตางๆ (resource files) รวมทงโคดโปรแกรมภาษา C/C++ (หรออาจมโคดโปรแกรมภาษาแอสเซมบล (Assembly) โดยทโคดโปรแกรมภาษา C/C++ จะถกคอมไพลเปนไลบราร (Dynamic linked library) ซงมนามสกลไฟลเปน “.so” แลวจะถกเรยกโดยโคดโปรแกรมภาษาจาวา ตามกลไกของ JNI (JAVA Native Interface) และสดทายทงหมดกจะถกรวมกลายมาเปนไฟล APK

337


Android NDK Application Dalvik Application

Java* NativeLibrary

โคดโปรแกรมภาษา Java

ทาการ Compileดวยคาสง Javac

Compilewith Javac

Dynamic Library

Java NativeLibrary Class

Android App Class

โคดโปรแกรมภาษา C Head File

ทาการ Compileและ Link โคด C

สรางไฟล C header ดวยคาสง Javah -jni

Application File

Makefile

รปท 6.41 แสดงกลไกการสรางโปรแกรม NDK และ โปรแกรมแอนดรอยดทวไป

Android NDK เปนอกชดเครองมอในการพฒนาโปรแกรมประเภท Android NDK โดยนกพฒนาจะเขยนโปรแกรมทงในสวนของโปรแกรมภาษา C/C++ หรอ ภาษา Assembly (Native Language) และสวนโปรแกรมภาษาจาวา ซงทำใหสามารถเพมประสทธภาพการทำงานโดยรวมของโปรแกรมประยกต เหมาะในการพฒนาโปรแกรมประยกตประเภทการเขา-ถอดรหสสญญาณวดโอ (Video en-coding and decoding) การประมวลภาพ (Image processing) หรอการคำนวณทางคณตศาสตรทซบซอนและตองการความเรวในการคำนวณโดยตรงจากหนวยประมวลผลกลาง เปนตน เหตผลหลกททำใหการเขยนโปรแกรมดวย Native language (C/C++, Assembly) สามารถเพมประสทธภาพการทำงานของโปรแกรมประยกตใหสามารถตอบสนองการทำงาน และการประมวลผลขอมล หรอการคำนวณทางคณตศาสตรไดดกวาการเขยนโปรแกรมดวยภาษาจาวา เพยงอยาง ไดแก

• โคดโปรแกรม (C/C++ หรอ Assembly) จะถกคอมไพลจนมาเปนรหสไบนาร (binary code) เรยบรอยแลว ซงสามารถทำงานไดทนทในระดบระบบปฏบตการ แตในขณะทโคดโปรแกรม JAVA เรมตนจะถกแปลใหกลายเปน JAVA byte-code โดยตว DVM (Dalvik Virtual Machine) ถงแมวาแอนดรอยดตงแตรน 2.2 หลงจากนนจะมการเพมการวเคราะหและปรบแตงประสทธภาพใหกบ JAVA byte-code ดวยเทคนคการแปลงบางสวนใหเปนรหสไบนาร (binary code) ดวย JIT Com-piler (Just-In-Time Compiler) แลวกตาม แตกยงทำงานไดชากวาโคดโปรแกรม C/C++ อยด

•การพฒนาโปรแกรมดวย Android NDK จะชวยใหนกพฒนาสามารถเขาถงและเรยกใชความสามารถพเศษบางอยางของหนวยประมวลผลกลางทมอยในบางตว ซงไมสามารถเรยกผาน Android SDK ได

338


ตวอยางเชน ตว NEON ซงเปนหนวยประมวลผลรวมของ ARM CPU เปนเทคโนโลยแบบ SIMD (Single Instruction Multiple Data) ทมการยอมใหมการประมวลผลสวนของขอมลไดแบบขนาน (Parallel processing) ซงเทคโนโลยตวนสามารถเพมความเรวในการประมวลผลทางดานมลตมเดย เชน การทำ Video encoding/decoding การแสดงผลในดานกราฟฟกทงแบบสองมตและสามมต การประมวลผลสญญาณเสยงพด เปนตน ดงตวอยางการใชงานดงน

ไฟล Android.mk

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)LOCAL_MODULE := neon_utilsLOCAL_SRC_FILES := neon_add.cLOCAL_CFLAGS += -mfloat-abi=softfp -mfpu=neon -march=armv7include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)

NDK_PATH:=$(call my-dir)/../..

include $(CLEAR_VARS)LOCAL_MODULE := test_conditional_loadLOCAL_C_INCLUDES := $(NDK_PATH)/sources/cpufeaturesLOCAL_SRC_FILES := main.cLOCAL_STATIC_LIBRARIES := neon_utils cpufeatures

include $(BUILD_EXECUTABLE)include $(NDK_PATH)/sources/cpufeatures/Android.mk

ตวอยางไฟลโปรแกรม main.c

#include <stdio.h>#include <cpu-features.h>

int main(){ int32_t int32_4[] = {2,3,4,5};

if (android_getCpuFeatures() & ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_NEON)

339


{ neon_add(int32_4); printf("NEON supported\n"); } else { printf("NEON Not Supported\n"); } printf("values = %d, %d, %d, %d\n", int32_4[0], int32_4[1], int32_4[2], int32_4[3]); return 0;}

ตวอยางไฟลโปรแกรม neon_add.c

#include <arm_neon.h>void neon_add(int32_t * ptr){ int32x4_t vin = vld1q_s32(ptr); int32x4_t vout = vaddq_s32(vin, vin); vst1q_s32(ptr, vout);}

ความสามารถในการนำโคดโปรแกรม native มาใชใหม (Code Reusability) โดยเฉพาะโปรแกรมแบบเปด (Open source) และไลบรารตางๆ ซงถกพฒนาดวยโปรแกรมภาษา C/C++ ซงถกใชอยแลวภายในระบบปฏบตการลนกซในงานประยกตอน นกพฒนาเพยงทำความเขาใจและปฏบตตามเงอนไขขอตกลงทางลขสทธการใชงานโคดโปรแกรม กสามารถนำมาใชรวมในการพฒนา Android NDK ไดทนท เชน ไลบราร zlib ทใชสำหรบการบบอดขอมล หรอ ไลบราร OpenMAX ทสามารถนำมาใชในการพฒนาโปรแกรมดานมลตมเดย สำหรบเลนและจดการไฟลวดโอหรอไฟลเสยง เปนตน

เรมตนการพฒนาโปรแกรม ANDROID NDK

ขนตอนการตดตง Android NDKดาวนโหลดโปรแกรมเครองมอ Android NDK เวอรชนลาสดไดจาก Android NDK และทำการตดตงและตงคาตามคำแนะนำจากเวปไซต ทขนอยกบระบบปฏบตการทนกพฒนาใชงานอย เชน ระบบปฏบตการลนกซ หลงจากแตกไฟลแลวใหตงคาตำแหนงของไดเรกทอร Android NDK เปนตวแปรระบบ ภายในไฟล ~/.bashrc ดงตวอยางขางลาง

$ cat ~/.bashrc

340


http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html

http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html

...export USE_CCACHE=0export CCACHE_DIR=~/ccacheexport JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/jdkexport ANT_HOME=~/android/antexport ANDROID_SDK_HOME=~/android/sdkexport ANDROID_NDK_HOME=~/android/ndkexport AOSP_HOME=~/aospexport PATH=$HOME/bin:$JAVA_HOME/bin:$ANT_HOME/bin:$ANDROID_SDK_HOME/tools:$ANDROID_SDK_HOME/platform-tools:$ANDROID_NDK_HOME:$PATH

ขนตอนการพฒนาโปรแกรมขนตอนการพฒนาโปรแกรม Android NDK มดวยกน 2 สวนใหญๆคอ

1.การเขยนโปรแกรม native ดวยภาษา C/C++ เพอสรางเปนไลบราร (Dynamic link library)2.การเขยนโปรแกรมประยกตเพอเรยกใชงานไลบราร ดวยภาษาจาวา

ตวอยางการพฒนาโปรแกรม native ในขนตอนนจะใช Android NDK รน r7b และ GNU make รน 3.81 ดงขนตอนขางลางน$ ls -al ~/android-ndk-r7b/total 320drwxr-xr-x@ 19 sriborrirux staff 646 Mar 17 2012 .drwxr-xr-x+ 94 sriborrirux staff 3196 Oct 6 02:12 ..-rw-r--r--@ 1 sriborrirux staff 6148 Mar 17 2012 .DS_Store-rw-r-----@ 1 sriborrirux staff 1306 Dec 19 2011 GNUmakefile-rw-r-----@ 1 sriborrirux staff 1360 Dec 19 2011 README.TXT-rw-r--r--@ 1 sriborrirux staff 4 Jan 25 2012 RELEASE.TXTdrwxr-xr-x@ 6 sriborrirux staff 204 Jan 25 2012 builddrwxr-xr-x@ 29 sriborrirux staff 986 Jan 25 2012 docs-rw-r-----@ 1 sriborrirux staff 201 Dec 19 2011 documentation.html-rwxr-x---@ 1 sriborrirux staff 2985 Dec 19 2011 ndk-build-rw-r-----@ 1 sriborrirux staff 279 Dec 19 2011 ndk-build.cmd-rwxr-x---@ 1 sriborrirux staff 21832 Dec 19 2011 ndk-gdb-rwxr-xr-x@ 1 sriborrirux staff 103928 Jan 25 2012 ndk-stackdrwxr-x---@ 8 sriborrirux staff 272 Jan 25 2012 platformsdrwxr-xr-x@ 3 sriborrirux staff 102 Jan 25 2012 prebuiltdrwxr-x---@ 17 sriborrirux staff 578 Oct 6 02:09 samplesdrwxr-xr-x@ 5 sriborrirux staff 170 Dec 18 2010 sourcesdrwxr-xr-x@ 10 sriborrirux staff 340 Jan 25 2012 testsdrwxr-xr-x@ 4 sriborrirux staff 136 Jan 25 2012 toolchains

$ ndk-build --versionGNU Make 3.81Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc.This is free software; see the source for copying conditions.There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR APARTICULAR PURPOSE.This program built for i386-apple-darwin11.3.0

341


สวนการพฒนาโปรแกรมประยกตในขนตอนท 2 นนจะทำการพฒนาดวยโปรแกรม Android Studio ททางบรษทกเกล ไดพฒนาตอยอดมาจาก InteliJ IDEA เพอมาแทนทโปรแกรม Eclipse IDE (ทตองตดตง Android ADT Plugin เพมเตม) ซงตวโปรแกรม Android Studio กไดรวมเครองมอสำหรบการพฒนาและเครองมอจดการตางๆสำหรบโปรแกรมแอนดรอยดไวครบถวนดงแสดงในรปขางลาง

รปท 6.42 หนาตาง Android SDK Manager

ทางบรษทกเกลจะมการปรบปรงใหโปรแกรม Android Studio สามารถรองรบการพฒนาโปรแกรม Android NDK ไดประมาณตนป พ.ศ. 2557 เปนตนไป แตอยางไรกตามเนอหาตอไปน จะเปน

342


ขนตอนการปรบแตงบางอยางซงไดทำในชวงปลายป พ.ศ. 2556 เพอทำใหโปรแกรมประยกตทเขยนบน Android Studio สามารถตดตอกบโปรแกรม native C/C++ ได

ตวอยางโปรแกรม HELLO WORLD ดวย ANDROID NDK

นกพฒนาสามารถเรยนรโปรแกรมตวอยางไดจากไดเรกทอร ~/android-ndk-r7b/samples/

$ ls -altotal 0drwxr-x---@ 17 sriborrirux staff 578 Oct 6 02:09 .drwxr-xr-x@ 19 sriborrirux staff 646 Mar 17 2012 ..drwxr-x---@ 7 sriborrirux staff 238 Oct 1 2011 bitmap-plasmadrwxr-x---@ 7 sriborrirux staff 238 Jan 25 2012 hello-gl2drwxr-x---@ 10 sriborrirux staff 340 Oct 5 21:26 hello-jnidrwxr-x---@ 8 sriborrirux staff 272 Jul 14 2011 hello-neondrwxr-x---@ 4 sriborrirux staff 136 Jul 14 2011 module-exportsdrwxr-x---@ 6 sriborrirux staff 204 Jan 25 2012 native-activitydrwxr-x---@ 8 sriborrirux staff 272 Oct 1 2011 native-audiodrwxr-x---@ 10 sriborrirux staff 340 Nov 3 2011 native-mediadrwxr-x---@ 7 sriborrirux staff 238 Oct 1 2011 native-plasmadrwxr-x---@ 7 sriborrirux staff 238 Oct 1 2011 san-angelesdrwxr-x---@ 3 sriborrirux staff 102 Dec 18 2010 test-libstdc++drwxr-x---@ 8 sriborrirux staff 272 Jul 14 2011 two-libs

ในทนจะหยบยกตวอยางโปรแกรมในไดเรกทอร hello-jni มาปรบใชกบโปรแกรม Android Studio โดยใหทำตามขนตอนดงนขนตอนท 1: คอมไพลโปรแกรม hello-jni.c

$ cd samples/hello-jni/$ lsAndroidManifest.xml default.properties jni res src tests$ cd jni/

เปดไฟล hello-jni.c เพอแกไขชอฟงกชนใหมจาก Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI เปนJava_com_example_hellondk_MainActivity_stringFromJNI

$ vim hello-jni.c

#include <string.h>#include <jni.h>

Java_com_example_hellondk_MainActivity_stringFromJNI( JNIEnv* env, jobject thiz ) {

343


return (*env)->NewStringUTF(env, "Hello from JNI !");}

ทำการคอมไพลโดยใชคำสง ndk-build

$ ndk-build Gdbserver : [arm-linux-androideabi-4.4.3] libs/armeabi/gdbserverGdbsetup : libs/armeabi/gdb.setupCompile thumb : hello-jni <= hello-jni.cSharedLibrary : libhello-jni.soInstall : libhello-jni.so => libs/armeabi/libhello-jni.so$ cd ..

เมอถอยออกมาจากไดเรกทอร jni/ จะเหนไดเรกทอรทถกสรางใหมจากการคอมไพลชอ libs ดงแสดงในคำสง ls ขางลางน

$ lsAndroidManifest.xml! res default.propertieslibs! src jni! obj! tests

ขนตอนท 2: การเตรยมไลบราร เพอใหใชไดกบ Android Studioในขนตอนนจะแตกตางจากการพฒนาดวยโปรแกรม Eclipse IDE คอจะตองมการปรบเปลยนบาง

อยางพเศษ ไดแก การเตรยมไลบรารในรปแบบ .jar แทนทจะเปน .so เพอให Android Studio อางองผานการตงคาในไฟล build.gradle ได การเตรยมไลบรารจะม 5 ขนตอนยอยดงน

$ mv libs lib <---- 1. เปลยนชอไดเรกทอร libs ใหเปน lib$ zip -r native-libs.zip lib/ <---- 2. ทำการแพกไดเรกทอร lib ใหเปนไฟลไลบาร adding: lib/ (stored 0%) adding: lib/armeabi/ (stored 0%) adding: lib/armeabi/gdb.setup (deflated 54%) adding: lib/armeabi/gdbserver (deflated 39%) adding: lib/armeabi/libhello-jni.so (deflated 48%)(reverse-i-search)`mv': mv libs lib

$ mv native-libs.zip native-libs.jar <---- 3. เปลยนชอนามสกลไฟลใหเปน .jar$ lsAndroidManifest.xml! lib! res default.properties!src jni! obj! tests native-libs.jar

$ mv lib libs <---- 4. เปลยนชอไดเรกทอรกลบมาเปน libs เชนเดม$ mv native-libs.jar libs/ <---- 5. ยายไฟลไลบรารกลบไปอยในไดเรกทอร libs

สำหรบการสรางโปรแกรมภาษาจาวา ดวย Android Studio เพอเรยกใชไลบราร hello-jni นน สามารถทำตามขนตอนดงน

344


ขนตอนท 1: สรางโปรเจคใหมดวย Android Studio เปดโปรแกรม Android Studio แลวเลอกเมน File -> New Project แลวตงชอ Application

name วา “HelloNDK” และตงชอ Package name วา “com.example.hellondk”

รปท 6.43 ตงคารายละเอยดของโปรแกรม NDK

เลอกชนดโปรแกรมเปน Blank Activity แลวตงชอ Activity วา “MainActivity”

รปท 6.44 กำหนด template ใหโปรแกรมและตงคา Activity

345


ขนตอนท 2: นำเขาไลบราร hello-jni มาวางไวในโปรเจค โดยการใชเมาสลากไดเรกทอร libs/ ทอยภายใตไดเรกทอร ~/android-ndk-r7b/

samples/hello-jni/ แลวมาวางไวในโปรเจคภายใต src/main

รปท 6.45 การนำเขาไดเรกทอร libs

ขนตอนท 3: แกไขไฟล build.gradle ภายในโปรเจคจะปรากฏไฟลชอวา build.gradle ซงเปนไฟลทใชในการตงคาเพมเตมสำหรบคอม

ไพล ใหเพม task nativeLibsToJar, tasks.withType (Compile) และ dependencies เขาไปในไฟล build.gradle ใหเหมอนขางลางน

buildscript { repositories { mavenCentral() } dependencies { classpath 'com.android.tools.build:gradle:0.5.+' }}apply plugin: 'android'repositories { mavenCentral()}

android { compileSdkVersion 17 buildToolsVersion "17.0.0" defaultConfig { minSdkVersion 7

346


targetSdkVersion 16 }}

task nativeLibsToJar( type: Zip, description: 'create a jar archive of the native libs') { destinationDir file("src/main/libs/native-libs") baseName 'native-libs' extension 'jar' from fileTree(dir: 'src/main/libs', include: '**/*.so') into 'lib/'}

tasks.withType (Compile) { compileTask -> compileTask.dependsOn (nativeLibsToJar)}

dependencies { compile fileTree(dir: "src/main/libs/native-libs", include: 'native-libs.jar')}

ขนตอนท 4: เขยนโปรแกรมภาษาจาวา เพอใหทำงานตามทตองการใหแกไขไฟล MainActivity.java และไฟล activity_main.xml ใหมรายละเอยดดงน

// MainActivity.javapackage com.example.hellondk;import android.os.Bundle;import android.app.Activity;import android.view.Menu;import android.widget.TextView;public class MainActivity extends Activity { @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); TextView tv = new TextView(this); tv =(TextView)findViewById(R.id.hello); tv.setText(stringFromJNI()); } @Override public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) { getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu); return true; }

347


public native String stringFromJNI(); static { System.loadLibrary("hello-jni"); }}

แกไขไฟล activity_main.xml โดยการเพม android:id="@+id/text" และ

android:textSize="40dp" android:text="No Message..."

รปท 6.46 แสดงรายละเอยดภายในไฟล activity_main.xml

// activity_main.xml<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context=".MainActivity"> <TextView android:id="@+id/text" android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:textSize="40dp" android:text="No Message..."/></RelativeLayout>

ขนตอนท 5: รนโปรแกรมประยกตเพอเรยกใชไลบราร ทำการสราง Android Virtual Device และรนโปรแกรม HelloNDK ดงแสดงในรปขางลางน

348






รปท 6.47 ผลลพธการรนโปรแกรม

พนฐานการพฒนา JAVA NATIVE INTERFACE (JNI)Java Native Interface หรอเรยกยอๆวา JNI เปนสวนหนงทอยในชดเครองมอพฒนา JDK (Java

Software Development Kit) ซง JNI นจะทำหนาทเปนสวนเชอมตอระหวางโปรแกรม native (C/C++) และโปรแกรม JAVA ทำใหโปรแกรม JAVA สามารถเรยกโคดโปรแกรม หรอฟงกชนของโปรแกรมทถกพฒนาดวยโปรแกรมภาษา C/C++ หรอแมแตภาษาอนๆได นอกจากนนโปรแกรมภาษาอนกยงสามารถเรยกฟงกชนภายในโปรแกรมภาษาจาวาไดเชนกน โดยเรยกผาน Invocation API ทอยภายใน JVM (Java virtual machine)

สำหรบระบบปฏบตการแอนดรอยดโคดโปรแกรม JAVA (JAVA Code) กจะถกรนบน Dalvik ซงเปนเครองเสมอน (Virtual Machine) คลายกบ (แตไมเหมอน) JVM ของบรษท Oracle แตตว Dalvik นนไดถกพฒนาใหมทงหมดโดยนกพฒนาของกเกลเอง ในขณะทโคดโปรแกรม native (Native Code) จะถกคอมไพลเปนโคดไบนาร ซงพรอมถกเรยกไดทนทในระดบระบบปฏบตการ ดงนน JNI จงทำตวเองเหมอนสะพานเชอมกนระหวางโลกสองโลกน ดงรปแสดงความสมพนธระหวาง JAVA code, Dalvik VM, native code, และ ระบบปฏบตการแอนดรอยด ขางลางน

JAVA Code

Android System

Dalvik VM JNI Native Code

รปท 6.48 แสดงการสอสารระหวางโปรแกรม Java และ Native C

349


จากรปขางบนทง Dalvik VM และ Native Code ตางกทำงานอยบนระบบปฏบตการแอนดรอยด ดงนนระบบปฏบตการจะตองเตรยมสภาพแวดลอมสำหรบการเรยกคำสงระหวางกน (execution environ-ment) และจะเหนวา JNI เปนสวนหนงทอยใน Dalvik VM ซงจะอำนวยความสะดวกให Native Code ใหสามารถเขาถงตวแปรภายในคลาส (Data fields) และสมาชกฟงกชนภายในคลาส (Member func-tions) ไดจากการกำหนดสทธการเขาถง (Access Permissions) คลาสภายในโคด JAVA

ดงนนการแลกเปลยนขอมลระหวางโปรแกรม JAVA และโปรแกรม native (C/C++) นนจงเปนประเดนสำคญทนกพฒนาควรทำความเขาใจ ซงใน JNI นนกไดมการกำหนดตวแปรทสามารถรองรบตวแปรมาตราฐานของแตละภาษา ดงแสดงในตารางขางลางน

ตาราง 6.3 แสดงประเภทของตวแปรในภาษาจาวา เทยบกบตวแปรใน JNI

J A V A T Y P E J N I J A V A A R R A Y T Y P E

J N I

byte jbyte byte[] jbyteArray

short jshort short[] jshortArray

int jint int[] jintArray

long jlong long[] jlongArray

float jfloat float[] jfloatArray

double jdouble double[] jdoubleArray

char jchar char[] jcharArray

boolean jboolean boolean[] jbooleanArray

void jvoid Object[] jobjectArray

Object jobject

Class jclass

String jstring

array jarray

Throwable jthrowable

นอกจากนน JNI ยงมการกำหนดคา (definition) ทจำเปนพนฐานไวใหเบองตน เพอความสะดวกในการใชงาน เชน

#define JNI_FALSE 0 #define JNI_TRUE 1

typedef jint jsize;

350


เมอนกพฒนาไดสรางฟงกชนภายในโคดโปรแกรม native จะมขบวนการหนงทสำคญไมนอยไปกวากน คอการลงทะเบยน native ฟงกชน (Native Method Registration) ซงโดยทวไป JNI เองจะสามารถคนหาสำรวจชอฟงกชนภายในโปรแกรม native โดยอตโนมตอยแลวดงตวอยางโปรแกรม HelloNDK กอนหนาน แตการพฒนาโปรแกรมใหมระบบและทำให JNI ไมตองเสยเวลาเพอทำการคนหาสำรวจชอฟงกชนทงหมดของโปรแกรม native กอนจะเรมทำการเรยกใช นกพฒนาสามารถสรางโปรแกรม native โดยใหทำการลงทะเบยนชอฟงกชนภายในทงหมดใหกบ JNI ทอยภายใน Dalvik VM โดยการเรยกใชฟงกชนของ JNI ชอ RegisterNatives(JNIEnv *env, jclass clazz, const

JNINativeMethod *methods, jint nMethods); ดงตวอยางขางลาง

...JNINativeMethod nm[2];nm[0].name = "NativePlus";nm[0].signature = "(II)I";nm[0].fnPtr = NativePlus;nm[1].name = "NativeMultiply";nm[1].signature = "(II)I";nm[1].fnPtr = NativeMultiply;

jclass cls = (*env)->FindClass(env, "com/example/NativeApp/Activity");// Register methods with env->RegisterNatives.(*env)->RegisterNatives(env, cls, nm, 2);

อารกวเมนต cls (clazz) ในฟงกชน RegisterNatives(..) จะถกอางองไปยงคลาสทเกบรายการฟงกชนของโปรแกรม native ทไดถกลงทะเบยนแลว และตวแปรแบบโครงสราง (data struc-ture) nm (JNINativeMethod) จะเกบรายละเอยดของฟงกชนในโปรแกรม native ทลงทะเบยนทงหมด โดยมรายละเอยดดงน

typedef struct {

char *name; <--- ชอฟงกชน (method name)

char *signature; <--- ตวอธบายคณลกษณะของฟงกชน (descriptor) void *fnPtr; <--- ตวชไฟลยงตำแหนงของฟงกชน (function pointer) } JNINativeMethod;

รปแบบทวไปของการกำหนด method signature คอ

method-name(argument-types)return-type

JVM จะใชอกขระเพอเปนตวแทนประเภทของตวแปรในภาษาจาวา ดงแสดงในตารางขางลางน

ตาราง 6.4 อกขระเพอแทนสญลกษณใหกบตวแปรของภาษาจาวา

351


JVM SIGNATURE JAVA TYPE

Z boolean

B byte

C char

S short

I int

J long

F float

D double

V void

Lclass ชอคลาส[type ชนดตวแปร

(arg-type)ret-type ชนดตวแปรของอากวเมนต และการคนคากลบ

ตวอยางการใชงาน

ฟงกชน SIGNATURE

void fun1() fun1()V

int fun2(int n, long l) fun2(IJ)I

long fun3(int n, String s, int[] arr) fun3(ILjava/lang/String;[I)J

boolean fun4(int[] arr) fun4([I)Z

double fun5(String s, int n) fun5(Ljava/lang/String;I)D

void fun6(int n, String[] arr, char c) fun6(I[Ljava/lang/String;C)V

long fun7(int n, String s, int[] arr) fun7(ILjava/lang/String;[I)J

ตวอยางการสรางและเรยกใช JNI METHODS

การพฒนาโปรแกรม native (C/C++) โดยทมการสรางฟงกชนแลวทำการลงทะเบยนไปยง Dalvik VM ดวยฟงกชน RegisterNatives ของ JNI เพอใหโปรแกรมประยกตภาษาจาวา บนแอนดรอยดสามารถเรยกใชงานได มขนตอนการพฒนาดงน

352


ขนตอนท 1: สรางโปรแกรม native และสรางฟงกชนสำหรบการคำนวณทางคณตศาสตรสรางไดเรกทอรชอ NativeCalculation และไดเรกทอรยอยชอ jni/ ซงใชในการเกบโคดโปรแกรม

(.c, .h) และ Android.mk โดยใชคำสงดงน

$ mkdir NativeCalculation$ mkdir NativeCalculation/jni$ cd NativeCalculation/jni

$ vim Android.mk LOCAL_PATH := $(call my-dir)include $(CLEAR_VARS)LOCAL_MODULE := NativeCalculationLOCAL_SRC_FILES := NativeCalculation.cLOCAL_LDLIBS := -lloginclude $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

$ vim NativeCalculation.h#include <jni.h>#ifndef _Included_foo_Sqrt#define _Included_foo_Sqrt#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif#undef foo_Sqrt_EPSILON#define foo_Sqrt_EPSILON 0.05

#ifdef __cplusplus}#endif#endif

$ vim NativeCalculation.c#include <jni.h>#include <android/log.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "NativeCalculation.h"

jint NativePlus(JNIEnv *pEnv, jobject pObj, jint pa, jint pb) { return pa+pb;}

jint NativeMultiply(JNIEnv *pEnv, jobject pObj, jint pa, jint pb) { return pa*pb;}

jdouble NativeSqrt(JNIEnv *pEnv, jobject pObj, jdouble pa) { jdouble x0 = 10.0, x1 = pa, diff; do {

353


x1 = x0 - (((x0 * x0) - pa) / (x0 * 2)); diff = x1 - x0; x0 = x1; } while (labs(diff) > 0.05);

return x1;}

jdoubleArray NativeArraySumAndAverage(JNIEnv *pEnv, jobject pObj, jintArray rets) { jboolean isCopy; // Convert rets to C's jint[] jint *intArr = (*pEnv)->GetIntArrayElements(pEnv, rets, &isCopy); __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "NativeArraySumAndAverage", "a new copy is created: %d", isCopy); if (NULL == intArr) return NULL;

jsize len = (*pEnv)->GetArrayLength(pEnv, rets); int i; jint sum = 0; jdouble average = 0.0;

for (i = 0; i < len; ++i) { __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "NativeArraySumAndAverage of ", "%d = %d", i, intArr[i]); sum += intArr[i]; } average = (jdouble)sum / len; (*pEnv)->ReleaseIntArrayElements(pEnv, rets, intArr, 0);

jdouble outCArray[] = {sum, average};

// Convert the C's Native jdouble[] to JNI jdoublearray, and then return // allocate array[2] jdoubleArray returnJNIArray = (*pEnv)->NewDoubleArray(pEnv, 2); if (NULL == returnJNIArray) return NULL; // copy outCArray to returnJNIArray (*pEnv)->SetDoubleArrayRegion(pEnv, returnJNIArray, 0 , 2, outCArray);

return returnJNIArray;}

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* pVm, void* reserved){ JNIEnv* env; if ((*pVm)->GetEnv(pVm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_6)) { return -1; } JNINativeMethod nm[4]; nm[0].name = "NativePlus"; nm[0].signature = "(II)I";

354


nm[0].fnPtr = NativePlus; nm[1].name = "NativeMultiply"; nm[1].signature = "(II)I"; nm[1].fnPtr = NativeMultiply; nm[2].name = "NativeSqrt"; nm[2].signature = "(D)D"; nm[2].fnPtr = NativeSqrt; nm[3].name = "NativeArraySumAndAverage"; nm[3].signature = "([I)[D"; nm[3].fnPtr = NativeArraySumAndAverage;

jclass cls = (*env)->FindClass(env, "com/example/NativeCalculation/MainActivity"); // Register methods with env->RegisterNatives. (*env)->RegisterNatives(env, cls, nm, 4); return JNI_VERSION_1_6;}

ขนตอนท 2: คอมไพลโปรแกรม native และเตรยมไลบราร เพอใหใชไดกบ Android Studio

$ ndk-buildCompile thumb : NativeCalculation <= NativeCalculation.cSharedLibrary : libNativeCalculation.soInstall : libNativeCalculation.so => libs/armeabi/libNativeCalculation.so

$ lsAndroid.mk!! NativeCalculation.c! NativeCalculation.h$ cd ..$ mv libs lib$ zip -r NativeCalculation.zip lib/ adding: lib/ (stored 0%) adding: lib/android-support-v4.jar (deflated 14%) adding: lib/armeabi/ (stored 0%) adding: lib/armeabi/libNativeCalculation.so (deflated 47%)$ mv NativeCalculation.zip NativeCalculation.jar$ mn lib libs$ mv NativeCalculation.jar libs/

สำหรบการสรางโปรแกรมภาษาจาวา ดวย Android Studio เพอเรยกใชไลบราร NativeCalcula-tion นน สามารถทำตามขนตอนดงน

ขนตอนท 1: สรางโปรเจคใหมดวย Android Studio เลอกเมน File -> New Project แลวตงชอ Application name วา “NativeCalculation” และ

ตงชอ Package name วา “com.example.NativeCalculation” ดงรป

355


รปท 6.49 การตงคาโปรแกรม Calculation NDK

ขนตอนท 2: นำเขาไลบราร NativeCalculation มาวางไวในโปรเจค โดยการใชเมาสลากไดเรกทอร libs/ แลวนำมาวางไวในโปรเจคภายใตไดเรกทอร src/main ดง

แสดงในรปขางลาง

รปท 6.50 การนำเขาไดเรกทอร lib และระบรายละเอยดในไฟล MainActivity.java

356


ขนตอนท 3: แกไขไฟล build.gradle ภายในโปรเจค จะปรากฏไฟลชอวา build.gradle ซงเปนไฟลใชในการตงคาเพมเตมสำหรบคอม

ไพล ใหเพม task nativeLibsToJar, tasks.withType (Compile) และ dependencies เขาไปในไฟล build.gradle ใหเหมอนขางลางน

buildscript { repositories { mavenCentral() } dependencies { classpath 'com.android.tools.build:gradle:0.5.+' }}apply plugin: 'android'

repositories { mavenCentral()}

android { compileSdkVersion 18 buildToolsVersion "18.1.0"

defaultConfig { minSdkVersion 7 targetSdkVersion 16 }}

task nativeLibsToJar( type: Zip, description: 'create a jar archive of the native libs') { destinationDir file("src/main/libs/NativeCaculation") baseName 'NativeCaculation' extension 'jar' from fileTree(dir: 'src/main/libs', include: '**/*.so') into 'lib/'}

tasks.withType (Compile) { compileTask -> compileTask.dependsOn (nativeLibsToJar)}

dependencies { compile fileTree(dir: "src/main/libs/NativeCaculation", include: 'NativeCaculation.jar')}

ขนตอนท 4: เขยนโปรแกรมภาษาจาวา เพอใหทำงานตามทตองการ

357


ใหแกไขไฟล MainActivity.java และไฟล activity_main.xml ใหมรายละเอยดงน

package com.example.NativeCalculation;import android.app.Activity;import android.os.Bundle;import android.view.Menu;import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity { private TextView tv; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); this.tv = new TextView(this); this.tv =(TextView)findViewById(R.id.calculation_text); callingNative(); } @Override public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) { // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present. getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu); return true; } private void callingNative() { int a = 2342, b = 452; double c = 2353.0; int d = NativePlus(a, b); this.tv.setText(a + "+" + b + "=" + d); d = NativeMultiply(a, b); this.tv.append("\n" + a + "x" + b + "=" + d); double e = NativeSqrt(c); this.tv.append("\nSqrt(" + c + ")" + "=" + e); int numbers[] = new int[10000]; for (int i=0; i < numbers.length ; ++i) { numbers[i] = i; } double[] results = this.NativeArraySumAndAverage(numbers); this.tv.append("\nSummation of Numbers (1-" + numbers.length + ") = " + re-sults[0]); this.tv.append("\nAverage of Numbers (1-" + numbers.length + ") = " + re-sults[1]); } private native int NativePlus(int a, int b); private native int NativeMultiply(int a, int b); private native double NativeSqrt(double a); private native double[] NativeArraySumAndAverage(int[] numbers); static { System.loadLibrary("NativeCalculation"); }}

358


แกไขไฟล activity_main.xml โดยการเพม android:id="@+id/calculation_text" และ android:textSize="40dp" android:text="No Message..."

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context=".MainActivity"> <TextView android:id="@+id/calculation_text" android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:textSize="30dp" android:text="No Message..." /></RelativeLayout>

ขนตอนท 5: รนโปรแกรมประยกตเพอเรยกใชไลบรารผลการรนโปรแกรม NativeCalculation ซงเปนการเรยกใชฟงกชนในการบวกเลข คณเลข หาราก

ทสอง บวกเลขในอาเรย และหาคาเฉลยของเลขในอาเรย แสดงผลลพธดงรปขางลางน

รปท 6.51 แสดงผลลพธการรนโปรแกรมคำนวณทางคณตศาสตร

ตวอยางการพฒนา ANDROID NDK MULTI-THREADING

เพอใหการทำงานในระดบ Native code สามารถดงศกยภาพทางดาน multi-processing tech-nique ทเปนพนฐานสำคญทมากบระบบปฏบตการลนกซตงแตแรกดวยการนำ Posix Thread ททำใหโปรเซสสามารถแบงงานออกเปนงานยอยๆ (thread) แลวแยกกนประมวลผล ซงเรยกวา multi-

359






threading programming เพอใหโปรแกรมประยกตภาษาจาวา สามารถเรยกใชงาน posix thread ได โดยตวอยางขางลางนจะแสดงใหเหนถงการใช mutex เพอทำใหเทรดแตละตวทำงานไดสอดประสานไมขดแยงหรอแยงใชทรพยากรในเวลาเดยวกน ดงตวอยางการพฒนาในบทท 4 โดยการนำฟงกชน pthread_mutex ทเกยวของมาใช ตวอยางเชน

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

ซงการเรยกใช mutex เพอใหเทรดนำไปเปนเงอนไขในการขอเขาใชทรพยากรของระบบนน โดยมฟงกชนใหเรยกใชไดดงน int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_lock_timeout_np(pthread_mutex_t *mutex, unsigned msecs);

ขนตอนการพฒนาโปรแกรม native และโปรแกรมประยกต มขนตอนดงน

ขนตอนท 1: สรางโปรแกรม native และสรางฟงกชนเทรดสรางไดเรกทอรชอ NativeThreadMutex และไดเรกทอรยอยชอ jni/ ซงใชในการเกบโคด

โปรแกรม (.c, .h) และ Android.mk โดยใชคำสงดงน

$ mkdir NativeThreadsMutex$ mkdir NativeThreadsMutex/jni$ cd NativeThreadsMutex/jni

$ vim NativeThreadsMutex.cpp #include <jni.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include "mylog.h"

void jni_start_threads();void *run_by_thread1(void *arg);void *run_by_thread2(void *arg);

void jni_start_threads_dead();void *run_by_thread1dead(void *arg);void *run_by_thread2dead(void *arg);

jint JNI_OnLoad(JavaVM* pVm, void* reserved){ JNIEnv* env; if (pVm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {

360


return -1; } JNINativeMethod nm[2]; nm[0].name = "jni_start_threads"; nm[0].signature = "()V"; nm[0].fnPtr = (void*)jni_start_threads; nm[1].name = "jni_start_threads_dead"; nm[1].signature = "()V"; nm[1].fnPtr = (void*)jni_start_threads_dead; jclass cls = env->FindClass("com/example/NativeThreadsMutex/MainActivity"); // Register methods with env->RegisterNatives. env->RegisterNatives(cls, nm, 2); return JNI_VERSION_1_6;}

//pthread_mutex_t mux1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_t mux1;pthread_mutex_t mux2;void jni_start_threads() { pthread_t th1, th2; int threadNum1 = 1, threadNum2 = 2; int ret; pthread_mutex_init(&mux1, NULL); pthread_mutex_init(&mux2, NULL); ret = pthread_create(&th1, NULL, run_by_thread1, (void*)&threadNum1); if(ret) { LOGE(1, "cannot create the thread %d thread: %d", threadNum1, ret); } LOGI(1, "thread 1 started"); ret = pthread_create(&th2, NULL, run_by_thread2, (void*)&threadNum2); if(ret) { LOGE(1, "cannot create the thread %d: %d", threadNum2, ret); } LOGI(1, "thread 2 started"); ret = pthread_join(th1, NULL); LOGI(1, "thread 1 end %d", ret); ret = pthread_join(th2, NULL); LOGI(1, "thread 2 end %d", ret); pthread_mutex_destroy(&mux1); pthread_mutex_destroy(&mux2);}

int cnt = 0;int THR = 10;void *run_by_thread1(void *arg) { int* threadNum = (int*)arg; while (cnt < THR) { pthread_mutex_lock(&mux1); while ( pthread_mutex_trylock(&mux2) ) { pthread_mutex_unlock(&mux1); //avoid deadlock usleep(50000); //if failed to get mux2, release mux1 first

361


pthread_mutex_lock(&mux1); } ++cnt; LOGI(1, "thread %d: cnt = %d", *threadNum, cnt); pthread_mutex_unlock(&mux1); pthread_mutex_unlock(&mux2); sleep(1); }}

void *run_by_thread2(void *arg) { int* threadNum = (int*)arg; while (cnt < THR) { pthread_mutex_lock(&mux2); while ( pthread_mutex_trylock(&mux1) ) { pthread_mutex_unlock(&mux2); //avoid deadlock usleep(50000); //if failed to get mux2, release mux1 first pthread_mutex_lock(&mux2); } ++cnt; LOGI(1, "thread %d: cnt = %d", *threadNum, cnt); pthread_mutex_unlock(&mux2); pthread_mutex_unlock(&mux1); sleep(1); }}

void jni_start_threads_dead() { pthread_t th1, th2; int threadNum1 = 1, threadNum2 = 2; int ret; pthread_mutex_init(&mux1, NULL); pthread_mutex_init(&mux2, NULL); ret = pthread_create(&th1, NULL, run_by_thread1dead, (void*)&threadNum1); if(ret) { LOGE(1, "cannot create the thread %d thread: %d", threadNum1, ret); } LOGI(1, "thread 1 started"); ret = pthread_create(&th2, NULL, run_by_thread2dead, (void*)&threadNum2); if(ret) { LOGE(1, "cannot create the thread %d: %d", threadNum2, ret); } LOGI(1, "thread 2 started"); ret = pthread_join(th1, NULL); LOGI(1, "thread 1 end %d", ret); ret = pthread_join(th2, NULL); LOGI(1, "thread 2 end %d", ret); pthread_mutex_destroy(&mux1); pthread_mutex_destroy(&mux2);}

362


void *run_by_thread1dead(void *arg) { int* threadNum = (int*)arg; while (cnt < THR) { pthread_mutex_lock(&mux1); usleep(50); pthread_mutex_lock(&mux2); ++cnt; LOGI(1, "thread %d: cnt = %d", *threadNum, cnt); pthread_mutex_unlock(&mux2); pthread_mutex_unlock(&mux1); sleep(1); }}

void *run_by_thread2dead(void *arg) { int* threadNum = (int*)arg; while (cnt < THR) { pthread_mutex_lock(&mux2); usleep(50); pthread_mutex_lock(&mux1); ++cnt; LOGI(1, "thread %d: cnt = %d", *threadNum, cnt); pthread_mutex_unlock(&mux1); pthread_mutex_unlock(&mux2); sleep(1); }}

$ vim mylog.h

#ifndef COOKBOOK_LOG_H#define COOKBOOK_LOG_H

#include <android/log.h>

#define LOG_LEVEL 4#define LOG_TAG "NativeThreadsMutex"

#define LOGU(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_UNKNOWN, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGD(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_DEFAULT, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGV(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_VERBOSE, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGDE(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGI(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGW(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_WARN, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGE(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}#define LOGF(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_FATAL, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}

363


#define LOGS(level, ...) if (level <= LOG_LEVEL) {__android_log_print(ANDROID_LOG_SILENT, LOG_TAG, __VA_ARGS__);}

#endif

$ vim Android.mkLOCAL_PATH := $(call my-dir)include $(CLEAR_VARS)LOCAL_MODULE := NativeThreadsMutexLOCAL_SRC_FILES := NativeThreadsMutex.cppLOCAL_LDLIBS := -lloginclude $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

ขนตอนท 2: คอมไพลโปรแกรม native และเตรยมไลบราร เพอใหใชไดกบ Android Studio

$ ndk-build Compile++ thumb : NativeThreadsMutex <= NativeThreadsMutex.cppSharedLibrary : libNativeThreadsMutex.soInstall : libNativeThreadsMutex.so => libs/armeabi/libNativeThreadsMutex.so$ cd ..$ mv libs lib$ zip -r NativeThreadsMutex.zip lib/ adding: lib/ (stored 0%) adding: lib/android-support-v4.jar (deflated 14%) adding: lib/armeabi/ (stored 0%) adding: lib/armeabi/libNativeThreadsMutex.so (deflated 49%)$ mv NativeThreadsMutex.zip NativeThreadsMutex.jar$ mv lib libs$ mv NativeThreadsMutex.jar libs/

สำหรบการสรางโปรแกรมภาษาจาวา ดวย Android Studio เพอเรยกใชไลบราร NativeThreads-Mutex นน สามารถทำตามขนตอนดงน

ขนตอนท 1: สรางโปรเจคใหมดวย Android Studio เลอกเมน File -> New Project แลวตงชอ Application name วา “NativeThreadsMutex”

และตงชอ Package name วา “com.example.NativeThreadsMutex”

364


รปท 6.52 การตงคาโปรแกรม NativeThreadsMutex NDK

ขนตอนท 2: ทำการรนโปรแกรม และตรวจสอบการทำงานผานโปรแกรม adb เมอรนโปรแกรม ผลลพธจะแสดงอยใน logcat ดงนนเพอดผลลพธ จะใชคำสง adb logcat ดง

แสดงขางลางน

$ adb logcat -v time NativeThreadsMutex:I *:S10-05 19:19:45.469 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1 started10-05 19:19:45.469 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2 started10-05 19:19:45.479 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2: cnt = 110-05 19:19:45.479 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1: cnt = 210-05 19:19:46.488 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2: cnt = 310-05 19:19:46.492 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1: cnt = 410-05 19:19:47.489 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2: cnt = 510-05 19:19:47.499 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1: cnt = 610-05 19:19:48.490 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2: cnt = 710-05 19:19:48.499 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1: cnt = 810-05 19:19:49.489 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2: cnt = 910-05 19:19:49.499 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1: cnt = 1010-05 19:19:50.499 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 1 end 010-05 19:19:50.499 I/NativeThreadsMutex( 2836): thread 2 end 0

365


บทท 7 การพฒนาโปรแกรมเพองานประยกตบนระบบสมองกลฝงตว

ตวอยางการพฒนาโปรแกรมบนบอรด Raspberry Piในบทนจะแสดงตวอยางการประยกตทางดานระบบสมองกลฝงตว โดยเนอหาในสวนแรกจะเปน

ตวอยางการพฒนาโปรแกรมสำหรบบอรดสมองกลฝงตวซงเปนบอรดทไดรบความนยมมากในปจจบนชอวาบอรด Raspberry Pi ซงเปนบอรดสมองกลฝงตวททำหนาทเหมอนคอมพวเตอรขนาดเลก (Single-board computer) ทพฒนาโดยนาย Eben Upton ซงทำงานอยบรษท Broadcom และเปนนกพฒนาหลกภายใตองคกรไมแสวงหากำไรชอวา Raspberry Pi Foundation ในประเทศองกฤษ โดยมวตถประสงคหลกคอตองการสรางบอรดตวนขนมาเพอสงเสรมการเรยนการสอนทางดานวทยาศาตรและคอมพวเตอรในโรงเรยน

ซงความตงใจเดมของโครงการ Raspberry Pi คอเพอตองการเพยงจะทำเปนบอรดไมโครคอนโทรลเลอรทมความสามารถคลายกบบอรด Arduino แตในทสดกไดตดสนใจออกแบบพฒนาใหเปนระดบบอรดคอมพวเตอรขนาดเลกแทน เพอตองการใหครและนกเรยนสามารถพฒนาโปรแกรมภายในบอรด Raspberry Pi ไดทนท โดยไมตองใชเครองคอมพวเตอรเปนเครอง Host สำหรบพฒนาโปรแกรมเหมอนบอรดสมองกลฝงตวทวไป ทางองคกร Raspberry Pi ไดทำขอตกลงความรวมมอทางลขสทธรวมกบบรษท Element14 และบรษท RS Components ซงเปนบรษทยกษใหญดานการสงซออปกรณอเลกทรอนกสแบบออนไลน เพอใหเปนผผลตและผแทนจำหนายบอรด Raspberry Pi รายละเอยดทางดานเทคนคดงน

1. ใช System-on-Chip จากคาย Broadcom รน BCM2835 ซงมหนวยประมวลผลกลาง ARM1176JZF-S ความเรวสญญาณนาฬกา 700 MHz สามารถถก Over Clock ไดถง 1 GHz

2. หนวยความจำ SDRAM ขนาด 256 MB ในรน A และ SDRAM 512 MB ในรน B

3. สามารถเกบขอมลและบต Image file ระบบปฏบตการไดจาก SD Card

4. มUSB 2.0 ใหใชงาน

5. มชองเสยบ Video แบบ Composite RCA และ HDMI

6. มหวแจก Audio ขนาด 3.5 มลลเมตร

7. ม Ethernet 10/100

8. ม GPIO 17 พนใหใชงาน

9. มแหลงจายไฟเลยง +3.3 V และ +5V

10. ขนาดของบอรด 85.60 มลลเมตร x 53.98 มลลเมตร

11. นำหนก 45 กรม

366


รปท 7.1 แสดงความสามารถในการเชอมตอกบอปกรณภายนอกตางๆกบบอรด Raspberry Pi

บอรด Raspberry Pi สามารถเชอมตอกบอปกรณตางไดหลายหลากดงแสดงในรปขางบน ซงเหมาะสำหรบนกพฒนาระบบสมองกลฝงตวทไมตองการเครอง Host เพอใชในการพฒนาโปรแกรมแตจะสามารถพฒนาโปรแกรมดวยโปรแกรม Arduino IDE เพอใชในการโปรแกรมภาษา C เพอเปนโปรแกรมเฟรมแวร (firmware) สำหรบไมโครคอนโทรเลอร ATMEL ทใชในบอรด Arduino หรอโปรแกรมภาษาอนๆ เชน ภาษาPython ดวยโปรแกรม Python IDE ภาษาเพรล (Perl) ภาษาเบสก (Basic) หรอ ภาษา C++ เปนตน

บอรด Raspberry Pi ยงรองรบระบบปฏบตการทเปนทนยมอยในปจจบน ตวอยางเชน ระบบปฏบตการ Debian GNU/Linux, Fedora, FreeBSD, NetBSD, Plan 9, Raspbian OS, RISC OS และ Slackware Linux นอกจากนนบอรดนกยงเหมาะกบการนำไปประยกตทำเปนเครอง Media server หรอ Set-top-box สำหรบงานทางดานมลตมเดย ดงตวอยางโปรเจค OpenELEC (Open Embedded

367


Linux Entertainment Center) ทมการนำระบบปฏบตการลนกซ มาปรบแตงใสโปรแกรม XBMC media center แลวนำมาตดตงในบอรด Raspberry Pi

การประยกตใชงานบอรด RaspBerry Pi

ในดานการศกษา บอรด Raspberry Pi สามารถใชเปนบอรดสรางแรงบนดาลใจใหกบเดก หรอนกศกษา ทมความสนใจในการนำไปสรางเปนของเลน หรอใชในการควบคมอปกรณภายนอกตางได

รปท 7.2 การนำ Raspberry Pi ไปใชในการสอนภายในโรงเรยน

สำหรบการประยกตในงานดานอตสาหกรรม บอรด Raspberry Pi เองกไดรบความนยมไมนอยจากเหลานกพฒนา เนองจากมความยดหยนในการเลอกใชภาษาโปรแกรมทจะนำมาพฒนาโปรแกรมลงภายในบอรดและสามารถตดตงไลบรารพเศษเพมเตมลงไปได ตวอยางเชน บอรด Data Acquisition (DAQ), Mini Super Computer ดงรปขางลาง

รปท 7.3 การนำ Raspberry Pi ไปประยกตในการประมวลผลขนาน

368


http://www.xbmc.org/

http://www.xbmc.org/

แนวทางการพฒนาบนบอรด Raspberry Pi

ต งแตในอดตจนถงปจจบนมบอรดสมองกลฝงตวสำหรบการเรยนร และเปนบอรดประยกต (Evaluation Kit) ออกมาจำนวนมากมาย ซงสวนใหญจะตองมการเตรยมเครองคอมพวเตอร (Host) ไวอกเครองสำหรบตดตง เครองมอพฒนา cross-compiling toolchains และชดโปรแกรมสำหรบใชในการพฒนาภาษาโปรแกรมตางๆ นอกจากนนจะตองเตรยมสายเคเบลแบบสายอนกรม (Serial cable) เพอเชอมตอกบบอรดสมองกลฝงตวผานพอรทคอนโซล (console) เพอใหสามารถเขาถงระบบปฏบตการภายในบอรดผานหนาจอเทอรมนลและสามารถพมพชดคำสงการตงคาตางๆ หรอเพอดบกโคดโปรแกรมได

แตดวยวธการดงทกลาวมาขางตนกยงสรางความยงยากไมนอยใหกบนกพฒนามอใหมทงหลาย แตเมอมาถงยคการมาของบอรด Raspberry Pi ทำใหนกพฒนาสามารถพฒนาโปรแกรมและทำการคอมไพลโปรแกรมอยบนบอรดสมองกลไดทนท โดยเพยงนำบอรด Raspberry Pi มาตอกบจอมอนเตอร คยบอรด และเมาส เทานน นอกจากนนนกพฒนากยงสามารถทำการ remote หนาจอ (Remote Desktop) ผานเครองคอมพวเตอร (Host) โดยใชโปรแกรม VNC (หรอ ssh ในกรณ text mode) เขาไปยงบอรด Raspberry Pi ไดเชนกน ดงแสดงในรปขางลาง


Ethernet Hub


สาย RS-232

สาย LAN

ARM, PowerPC, MIPS(Linux OS)

x86, x86_64 (Desktp OS)

สาย LAN

รปท 7.4 การเชอมตออปกรณสำหรบการพฒนาระบบสมองกลฝงตวแบบทวไป

Ethernet Hub

บอรด RaspBerry Pi (Target)

สาย LAN สาย LAN

Remote Desktop (vnc)Remote Login (ssh)

เครองคอมพวเตอร

สาย RS-232

HDMI

รปท 7.5 การเชอมตออปกรณสำหรบการพฒนาระบบสมองกลฝงตวของ Raspberry Pi

369


การเขาสระบบฏบตการภายใน Raspberry Pi ผานโปรแกรม Secure Shell (ssh)

การตดตงและเปดการใชงาน ssh (secure shell) เปนการสรางการเชอมตอ command line ระยะไกล ผานทางโปรโตคอล ssh ระหวางเครองคอมพวเตอร และบอรด Raspberry Pi วธการตดตงมดงน $ sudo raspi-config

รปท 7.6 แสดงการตงคาของ Raspberry Pi ผานคำสง raspi-config

แลวเลอกเมน SSH แลวตงคาใหเปน ENABLE ถดไป

ทดสอบเปดการเชอมตอระยะไกลจากเครองอนผาน ssh client ไปยงบอรด Raspberry Pi (IP Ad-dress: 10.20.4.222 ดวยชอผใช pi)

(จากเครอง Mac)$ ssh 10.20.4.222 -l pi

370


เปดการเชอมตอระยะไกลจากเครองอนผาน ssh client ไปยงบอรด Raspberry Pi ดวยโปรแกรม Putty บนระบบปฏบตการ Windows

รปท 7.7 หนาตาโปรแกรม PuTTY ในสวนหนาแสดงการตงคาตางๆ

ทำการใสไอพแอดเดลสของบอรด Raspberry PI แลวเลอก Open จากนนจะเขาไปทหนา terminal ใหทำการ login : pi และ password : raspberry ตอจากนนกจะเขาสหนา terminal ของ Raspbian โดยสมบรณ

รปท 7.8 หนาตางโปรแกรม Terminal ในระหวางการลอกอนเขาสระบบ

371


การเขาสระบบฏบตการภายใน Raspberry Pi ผานโปรแกรม VNC (Remote Desktop)

เรมตนดวยการตดตงโปรแกรม VNC server ชอวา tightvncserver ลงเขาไปในบอรด Raspberry Pi ดวยคำสงดงน

$ sudo apt-get install tightvncserver

ทำการเปดบรการโปรแกรม VNC server พรอมระบขนาดของหนาจอ Raspberry Pi $ vncserver :1 -geometry 1024x786 -depth 16 -pixelformat rgb565

สำหรบเครองคอมพวเตอร ใหทำการตดตงโปรแกรม VNC viewer (รองรบหลายระบบปฏบตการ) แลวระบ IP ของเครอง Raspberry Pi ดงแสดงในรปขางลางน

รปท 7.9 แสดงการ Remote Desktop เขาไปยงบอรด Raspberry Pi

372


GPIOs ภายในบอรด Raspberry PI

GPIO เปนหนงในคณสมบตพเศษทบอรด Raspberry Pi เปดใหนกพฒนาสามารถใชงานได แมวาคณสมบตบางอยางมไมครบเหมอนบอรดไมโครคอนโทรลเลอรทวไปแตกเพยงพอทจะสรางโปรแกรมประยกตไดมากมาย เพราะตวบอรด Raspberry Pi เองนนดวยคณสมบตทสามารถเขยนโปรแกรมไดบนบอรดเหมอนเครองคอมพวเตอร Host เมอบวกกบการใหสามารถเขาถง GPIOs ตางๆไดงาย กยงทำใหนกพฒนามอใหมจนถงระดบกลางสะดวกและงายตอการตดตงโปรแกรมหรอเขยนโปรแกรมเปนอยางด จงทำใหบอรด Raspberry Pi เปนอกหนงบอรดทไดรบความนยมเปนอยางสง

รปท 7.10 ตำแหนง GPIO บนบอรด Raspberry Pi

โดยทวไป GPIO (General purpose I/O) ของบอรด Raspberry Pi จะอยตรงสวนขา (ขา) P1 ซงมจำนวนของขา 2x13 หรอ 26 ขา โดยขาทงหมดไมไดมแค GPIO เพยงอยางเดยว แตประกอบไปดวย SPI, I2C, serial UART, ไฟเลยง 3.3 V, ไฟเลยง 5 V และ GND

รายละเอยด GPIO ของบอรด Raspberry Pi-P1 มจำนวน 26 ขา มระยะหางระหวางขา 2.54 มม. (100 mil) -เอาพตทของแตละขา จะอยในชวง 0-3.3V และอนพตไมควรมากกวา 3.3 V ถา มอนพตทเปน 5 V ควรผานวงจรปรบแรงดนใหเปน 3.3V กอนทเขามาทขาอนพต -ไฟเลยง 3.3 V สามารถจายกระแสไดไมเกน 50 mA-ไฟเลยง 5V สามารถจายกระแสไดไมเกน 100 mA-มดจตอล อนพต/เอาพต 8 ขา-ม I2C 2 ขา-ม SPI 5 ขา

373


-ม UART 2 ขา-มขาทยงไมใชอกอยางนอย 6 ขา

พนฐานการพฒนาโปรแกรมภาษาPython (Python)

การใชงานและพฒนา GPIO บนบอรด Raspberry Pi สวนใหญเปนการสงคาให GPIO ทอยบนบอรดสามารถใชงานได ไมวาจะเปนการสงงานจากเทอรมนล หรอจะเปนการเขยนโคดสงงาน โดยทสวนใหญระบบปฏบตการทอยบนบอรด Raspberry Pi อยางเชน ระบบปฏบตการ Raspbian ไดเตรยมเครองมอ Python IDE พรอมทง Python Cross complier และ C/C++ Cross complier ไวใหแลว ซงนกพฒนาสามารถใชงานไดทนทโดยไมตองตดตงโปรแกรม toolchains เพมเตม

ตวอยางการสงเอาพตขา GPIO ผาน command lineเขาสระบบปฏบตการภายใน Raspberry Pi ในสทธ super user เพอสามารถเขาถงขา GPIO ได

$ sudo su

export GPIO ขา จากไฟล /sys/class/gpio/export

# echo “4” > /sys/class/gpio/export

กำหนดชนดของ GPIO4 ใหเปนแบบเอาพท

# echo “out” > /sys/class/gpio/gpio4/direction

สามารถสงให GPIO4 ตดหรอดบได ดวยคำสง

# echo “1” > /sys/class/gpio/gpio4/value <--- (สงให LED ตด)

หรอ

# echo “0” > /sys/class/gpio/gpio4/value <--- (สงให LED ดบ)

เมอตองการยกเลกใชงาน GPIO ใหใชคำสง unexport ไฟล /sys/class/gpio/unexport

# echo “4” > /sys/class/gpio/unexport

374


ตวอยางการรบคาจากขา GPIO ทเปน Push button ผาน command line

รปท 7.11 การตอวงจรเพอรบการกดสวทซกบบอรด Raspberry Pi

เขาสระบบปฏบตการภายใน Raspberry Pi ในสทธ super user เพอสามารถเขาถงขา GPIO ได

$ sudo su

export GPIO ขา จากไฟล /sys/class/gpio/export

# echo “4” > /sys/class/gpio/export

กำหนดชนดของ GPIO4 ใหเปนแบบเอาพท

# echo “in” > /sys/class/gpio/gpio4/direction

อานคาของอนพท ดวยคำสง cat

# cat /sys/class/gpio/gpio4/value

เมอตองการยกเลกใชงาน GPIO ใหใชคำสง unexport ไฟล /sys/class/gpio/unexport

# echo “4” > /sys/class/gpio/unexport

375


ตวอยางการสงเอาพตขา GPIO เพอขบ LED

รปท 7.12 การตอวงจรเพอควบคม LED ดวยบอรด Raspberry Pi

สรางไฟล gpio_out_LED.py โดยมรายละเอยดโคดดงนimport RPi.GPIO as GPIOimport timeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(12,GPIO.OUT)while (1): GPIO.output(12,GPIO.HIGH) time.sleep(1) GPIO.output(12,GPIO.LOW) time.sleep(1)

ในการตงคารปแบบการนบหมายเลขขานน มดวยกน 2 แบบคอ แบบท 1: GPIO.BOARD เปนการอางองหมายเลขขา GPIO ทอยบนบอรด Raspberry Pi แบบท 2: GPIO.BCM เปนการอางองหมายเลขขา GPIO หนวยประมวลผล Broadcom BCM2835 CPU

ตวอยางเชน GPIO.BOARD เทากบตำแหนงขาหมายเลข 12 แตถาเปน GPIO.BCM จะเปนตำแหนงขาหมายเลข 18

376


ตวอยางการสงเอาพตขา GPIO โดยการรบจากการกดปม push button

รปท 7.13 การตอวงจรเพอรบการกดสวทซผานขา 18

สรางไฟล gpio_button.py โดยมรายละเอยดโคดดงนimport RPi.GPIO as GPIOimport timeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(12, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)channel = 12def check_button(): if(GPIO.input(channel) == GPIO.LOW): print ('Button Pressed.')while (1): check_button() time.sleep(1)

จากรปดานบน ถาผใชงานไมตองการทจะตอตวตานทานเพอทำการ pull-up หรอ pull-down สามารถเพมพารามเตอร pull_up_down ใน GPIO.setup ได เชน

GPIO.setup(12,GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) (ตอตวตานทาน pull-up )

หรอ

GPIO.setup(12,GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN) (ตอตวตานทาน pull-down )

การตงคาการตรวจจบการกดปม มอยดวยกน 2 สถานะ คอ วงจรอนพตแบบศกยตำ (Active Low) และ วงจรอนพตแบบศกยสง (Active High) ซงสามารถเขยนโปรแกรม python เพอตรวจจบได ดงน

377


if(GPIO.input(channel) == GPIO.LOW): (ตอวงจรอนพตแบบศกยตำ - Active low) print ('Button Pressed.')

หรอ

if(GPIO.input(channel) == GPIO.HIGH): (ตอวงจรอนพตแบบศกยสง - Active high) print ('Button Pressed.')

ตวอยางโคดโปรแกรม gpio_button.py ขางตนจะเปนการอานคาสถานะการกดปมโดยการวนรอบเขามาอานคาสถานะทกๆ 1 วนาทดวยเทคนคโพลลง (polling technique) แตอยางไรกตามอาจจะไมเหมาะกบการนำไปใชงานจรง เนองจากอาจมงานอยางอนทโปรแกรมตองทำดวย ไมเพยงแตวนรอบเพออานสถานะของการกดปมเพยงอยางเดยว ดงนนการนำเทคนคอนเตอรรพท (Interrupt technique) ทนยมเขยนกนบนไมโครคอลโทรเลอรทวไป จงเหมาะสมมากกวาแบบเทคนคโพลลง

ซงภาษา Python สามารถสรางฟงกชนในลกษณะ threaded callback เพอตรวจจบสญญาณของอนพต โดยการเขยนโคดโปรแกรมดงตวอยางขางลาง

def my_callback(channel): print('Button on press...') GPIO.add_event_detect(12, GPIO.FALLING, callback=my_callback, bounce-time=200)

ตวอยางโคดโปรแกรมตวใหมimport RPi.GPIO as GPIOimport timeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(12, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)channel = 12def my_callback(channel): print('Button on press...') GPIO.add_event_detect(12, GPIO.FALLING, callback=my_callback, bounceti-me=200)

while (1):

378


ตวอยางการประยกตบอรด Raspberry Pi ใหเปน Web Server

นอกจากเขยนโคดโปรแกรมหรอใชคำสงเพอเขาถง GPIO ของบอรด Raspberry Pi แลว นกพฒนายงสามารถสงงาน GPIO ผานหนาบราวเซอร (Web Browser) ซงจะสะดวกตอผใชงานเนองจากสามารถสงงานหรอเฝาตดตามดสถานะของอปกรณทตอกบ GPIO ของบอรด Raspberry Pi จากระยะไกลได ตวอยางการนำไปประยกตเชน การนำบอรด Raspberry Pi เชอมตอกบอปกรณไฟฟาภายในบาน แลวสามารถสงงานเครองใชไฟฟาหรอดสถานะเครองใชไฟฟาผานบราวเซอรจากททำงาน เปนตน

ตวอยางการตดตง Web server ลงบอรด Raspberry Pi

ตดตงโปรแกรมจดการแพกเกต (pip) และ โปรแกรม Flask ซงเปน web application frame-work ขนาดเลกทถกพฒนาดวยภาษา Python รวมกบ Werkzeug WSGI toolkit และ Jinja2 engine$ sudo apt-get install python-pip$ sudo pip install Flask

จากนนทดลองเขยนโปรแกรม Hello world$ mkdir hello$ cd hello/$ nano hello.py from flask import Flask app = Flask(__name__) @app.route(“/”) def hello(): return “Hello world!” if __name__ == “__main__”: app.run(‘0.0.0.0’)$ python hello.py * Running on http://0.0.0.0:5000/

จากนนเปดหนาบราวเซอรบนเครองคอมพวเตอร แลวพมพ raspberrypi:5000 ชอง URL

รปท 7.14 ผลลพธการเรยกไฟล hello.py ผานหนาบราวเซอร ทพอรตหมายเลข 5000

379


ตวอยางการเพมไฟล HTML และ CSS เขาไปในโปรแกรม hello.pyสรางไดเรกทอรชอ “templates/” อยภายในไดเรกทอร hello/ เพอเกบไฟล HTML ชอวา

home.html เนองจากฟงกชน home() นนจะคนหาไฟล home.html ทอยภายในไดเรกทอร tem-plates/ นอกจากนนถาตองการใช CSS กตองสรางไดเรกทอรเพมเตมชอวา static/css/ ไวภายในไดเรกทอร hello/ เพอเกบไฟล CSS

$ cd hello/$ mkdir templates$ mkdir static$ mkdir static/css$ cd static/css

$ nano main.cssbody { margin: 0; padding: 0; font-family: "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif; color: #444;}/* * Create dark grey header with a white logo */header { background-color: #2B2B2B; height: 35px; width: 100%; opacity: .9; margin-bottom: 10px;}header h1.logo { margin: 0; font-size: 1.7em; color: #fff; text-transform: uppercase; float: left;}header h1.logo:hover { color: #fff; text-decoration: none;}/* * Center the body content */ .container { width: 940px; margin: 0 auto;}

380


div.jumbo { padding: 10px 0 30px 0; background-color: #eeeeee; -webkit-border-radius: 6px; -moz-border-radius: 6px; border-radius: 6px;}h2 { font-size: 3em; margin-top: 40px; text-align: center; letter-spacing: -2px;}h3 { font-size: 1.7em; font-weight: 100; margin-top: 30px; text-align: center; letter-spacing: -1px; color: #999;}

สรางไฟล layout.html เพอกำหนดรปแบบการแสดงของหนาเวป

$ nano layout.html<!DOCTYPE html><html> <head> <title>Flask</title> <strong><link rel="stylesheet" href="{{ url_for('static', filename='css/main.css') }}"></strong> </head> <body> <header> <div class="container"> <h1 class="logo">Flask App</h1> </div> </header> <div class="container"> {% block content %} {% endblock %} </div> </body></html>

แกไขไฟล home.html เพอเรยกใชรปแบบในไฟล layout.html

381


$ nano home.html{% extends "layout.html" %}{% block content %} <div class="jumbo"> <h2>Welcome to the Embedded System<h2> <h3>This is the home page for the Home Automation<h3> </div>{% endblock %}

ขนตอนสดทาย ทำการทดดสอบเปดหนาบราวเซอรทตำแหนง localhost:5000 อกครง

รปท 7.15 ผลลพธการเขาหนาบราวเซอร ทมการกำหนด CSS Style ไว

เครองมอพฒนาพนฐานสำหรบ Android และ Arduino Accessory Development Kit (ADK) คอการพฒนาตอยอดของฮารแวรสำหรบนกพฒนามอ

สมครเลน ทใชเปนจดเรมตนในการเรยนรในการพฒนาโปรแกรมสรางสรรคตางๆ ใหสามารถเชอมตอกบอปกรณเสรมสำหรบเครองโทรศพทและแทปเลตทมระบบปฏบตการแอนดรอยดได นบเปนจดเรมตนสำคญในวงการอปกรณชนดพกพาทสามารถจะเกดการสรางสรรคสงใหมมากยงขน

ซงภายในงาน Google I/O 2011 ทางบรษทกเกลกไดเปดตว ADK รนแรก และตอมาบรษทในญ ป นช อ RT Corporation ไดพ ฒนาบอรด RT-ADK ซ งถ อว าเปนบอรด Arduino (http://www.arduino.cc) ทถกผลตออกมา โดยภายในใชไมโครคอนโทรลเลอร ATMega 2560 พรอมกบชดเซนเซอรตางๆ เพอรองรบเทคโนโลยนโดยเฉพาะ นอกจากนนจดเดนของ Arduino คอไดถกออกแบบใหสามารถขยายการเชอมตอกบบอรดโมดลอนๆ ทเรยกวาบอรด Shield เชนบอรด Ethernet Shield บอรด WIFI Shield บอรด Bluetooth Shield เปนตน

382


รปท 7.16 สามารถในการเชอมตออปกรณภายนอกผาน ADK และบอรด RT-ADK รนแรก

รปแบบในการตดตอสอสารจะเปนแบบ Android Open Accessory (AOA Protocol) เพอทำการตดตอสอสารกนไดกบอปกรณแอนดรอยด (Android Devices) ผานสายการเชอมตอ USB

Android Open AccessoryAndroid Open Accessory ไดถกพฒนาขนมาเพอใหอปกรณแอนดรอยดสามารถเชอมตอกบ

อปกรณภายนอกผานทาง USB ไปยง USB Host ของอปกรณภายนอก แตอปกรณภายนอกจะไมสามารถใชพลงงานไฟฟาจากอปกรณแอนดรอยดได ดงนนอปกรณภายนอกจะตองมแหลงจายพลงงานไฟฟาของตวเองและตองมระดบกระแสไมนอยกวา 500mA ทความตางศกยไฟฟา 5V เพอใหสามารถสอสารกบอปกรณแอนดรอยดได สำหรบบอรด Arduino นนนกพฒนาสามารถเขยนโปรแกรมโดยใชโปรแกรม Arduino IDE (www.arduino.cc) หรอโปรแกรม ADK2012 IDE (บรษทกเกล)

โปรแกรม ADK2012 IDEหลกจากดาวนโหลดโปรแกรม ADK2012 IDE จาก Android ADK แลวทำการตดตงลงเครอง

คอมพวเตอรเรยบรอย หนาตาของโปรแกรมจะคลาย Arduino IDE แตจะมสวนของไลบารทางดาน Us-bAccessory ทกเกลไดพฒนาเพมเตมเขามาดงแสดงในรปขางลาง ในกรณทนกพฒนาตองการลงไลบรารเพมเตมกทำไดโดยการแตกไฟลไลบรารแลวคดลอกไปใวในไดเรกทอรชอวา libraries

383


http://www.arduino.cc

http://www.arduino.cc

http://developer.android.com/tools/adk/adk2.html

http://developer.android.com/tools/adk/adk2.html

รปท 7.17 หนาตาโปรแกรม ADK2012 IDE

ปจจบนไดมการพฒนาบอรด Arduino ออกมาดวยกนหลายรนดงแสดงในตารางขางลาง ดงนนนกพฒนาควรทำความเขาใจรายละเอยดความสามารถของบอรดแตละรนและพฒนาโปรแกรมเพอดงเอาความสามารถมาใชงานไดอยางเตมทเพอใหเหมาะสมกบงานประยกต

ตาราง 7.1 แสดงรนตางๆของ Arduino

รนบอรด Arduinoรนบอรด Arduino

Arduino Uno Arduino BT w/ ATmega328

Arduino Duemilanove w/ ATmega328 Arduino BT w/ ATmega168

Arduino Diecimila or Duemilanove w/ ATmega 168 LilyPad Arduino USB

Arduino Nano w/ ATmega328 LilyPad Arduino w/ ATmega328

Arduino Nano w/ ATmega168 LilyPad Arduino w/ ATmega168

Arduino Mega 2560 or Mega ADK Arduino Pro or Pro Mini (5V, 16MHz) w/ ATmega328

Arduino Mega (ATmega1280) Arduino Pro or Pro Mini (5V, 16MHz) w/ ATmega168

Arduino Leonardo Arduino Pro or Pro Mini (3.3V, 8MHz) w/ ATmega328

Arduino Esplora Arduino Pro or Pro Mini (3.3V, 8MHz) w/ ATmega168

Arduino Micro Arduino NG or older w/ ATmega168

Arduino Mini w/ ATmega328 Arduino NG or older w/ ATmega8

384


Arduino Mini w/ ATmega168 Arduino Robot Control

Arduino Ethernet Arduino Robot Motor

Arduino Fio

รปท 7.18 ตวอยางบอรด Arduino แตละรน

หลกการทำงานของโปรแกรมภายในบอรด Arduino ดงแสดงในรปขางลาง โดยเมอบอรด Arduino เรมทำงาน ขน โคดโปรแกรมภายในฟงกชนตงคา Setup() กจะถกเรยกในครงแรก ซงสวนจะเปนการตงคาการทำงานใหกบบอรด และการกำหนดรายละเอยดการทำงานใหกบพอรตตางๆ หลงจากนน

385


โปรแกรมจะเขาสฟงกชนลป loop() ในขนตอนนโปรแกรมจะวนทำงานอยภายในฟงกชน loop() นไปเรอยๆจนกวาจะมคำสงใหรเซตการทำงานของบอรดใหมอกครง (Arduino Reset)

รปท 7.19 แสดงขนตอนการทำงานภายในโปรแกรม Arduino

ตวอยางการเชอมตอระหวาง Android กบ Arduino ผาน ADKคลาสสำคญภายใน ADK2012 IDE สำหรบใชในการสอสารผาน ADK ระหวางแอนดรอยดและ Ar-

duino นนไดแกคลาส AndroidAccessory ซงมรายละเอยดภายในดงนclass AndroidAccessory { private: const char *manufacturer; const char *model; const char *description; const char *version; const char *uri; const char *serial; ... int getProtocol(byte addr); void sendString(byte addr, int index, const char *str); bool switchDevice(byte addr); bool findEndpoints(byte addr, EP_RECORD *inEp, EP_RECORD *outEp); bool configureAndroid(void); public: AndroidAccessory(const char *manufacturer, const char *model, const char *description, const char *version, const char *uri, const char *serial); void powerOn(void);

386


bool isConnected(void); int read(void *buff, int len, unsigned int nakLimit = USB_NAK_LIMIT); int write(void *buff, int len); };

ฟงกชนหลกทจะเรยกใชภายในฟงกชน setup() เพอใชในการเปด Android Accessory คอ pow-erOn(), read() และ write() โดยทตวแปร buff นนจะใชในการเกบขอมลทตองการจะสงออกหรอรบเขามาจากฝงโปรแกรมแอนดรอยดผานทาง USB ตามขนาดความยาวของขอมล (len) ในกรณทเปนการรบสงขอมลแบบเตมความเรว (Full Speed USB) ในฟงกชน read() นนสวนของคา NAK จะเปนการบอกคาสถานะวาอปกรณทจะสงขอมลใหนนยงไมพรอมทจะสงกลบหรอยงไมมขอมลทจะสงใหในเวลาน นอกจากนนกยงถกใชในการแจงเตอนระหวางถายโอนขอมลไปยงเครองรบวาไมมขอมลทจะสงใหแลว

ตวอยางขางลางเปนการเขยนโปรแกรมเพอทำการเชอมตอ ADK แลวรบขอมลทถกสงมาจากแอนดรอยด

#include <AndroidAccessory.h> AndroidAccessory acc("Google, Inc.", "DemoKit", "DemoKit Arduino Board", "1.0", "http://www.android.com", "0000000012345678");

void Setup(){ acc.powerOn(); // สงเปดใชงาน Android Accessory } void loop(){ if (acc.isConnected()) { // อานคาทถกสงออกมาจาก Android int len = acc.read(msg, sizeof(msg), 1); } }

การเขยนโปรแกรมสวนแอนดรอยด

ในฝงของแอนดรอยดจะใชคลาสหลกไดแกคลาส UsbManager และคลาส UsbAccessory ทกเกลไดจดเตรยมไวใหเบองตนแลว โดยขนตอนแรกนกพฒนาจะตองสรางโปรเจคของแอนดรอยดขนมาแลวทำการระบการเรยกใช UsbAccessory เขาไปในไฟล AndroidManifest.xml ดงแสดงดานลาง

<application android:icon="@drawable/icon" android:label="@string/app_name" > <uses-library android:name="com.android.future.usb.accessory" /> ...

387


http://www.android.com


... ... </application>

โคดสวนหนงภายในโปรแกรมแอนดรอยดเพอขอเปดและเขาถงการรบสงขอมลผาน USB

// เปนการกาหนด Intent เบองตนสาหรบการดกอเวนทกรณทมการเชอมตอ ADKprivate PendingIntent mPermissionIntent;private static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.android.example.USB_PERMISSION";

private UsbManager mUsbManager;private UsbAccessory mAccessory;

@Overridepublic void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); mUsbManager = UsbManager.getInstance(this); mPermissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(this, 0, new Intent( ACTION_USB_PERMISSION), 0);// กาหนด filter IntentFilter filter = new IntentFilter(ACTION_USB_PERMISSION); filter.addAction(UsbManager.ACTION_USB_ACCESSORY_DETACHED);// register ใหสามารถรบ intent ได registerReceiver(mUsbReceiver, filter); setContentView(R.layout.main); textView = (TextView) findViewById(R.id.textView);}

/** Called when the activity is resumed from its paused state andimmediately after onCreate(). */@Overridepublic void onResume() { super.onResume(); if (mInputStream != null && mOutputStream != null) { return; } UsbAccessory[] accessories = mUsbManager.getAccessoryList(); UsbAccessory accessory = (accessories == null ? null : accessories[0]); if (accessory != null) {// ตรวจสอบสทธในการเรยกใชงาน Accessory if (mUsbManager.hasPermission(accessory)) { openAccessory(accessory); // สงเปดการใชงาน accessory } else { synchronized (mUsbReceiver) { if (!mPermissionRequestPending) { mUsbManager.requestPermission(accessory, mPermissionIntent); mPermissionRequestPending = true; } }}} else {

388


Log.d(TAG, "mAccessory is null"); }}/** เมอ Application ถกปดโปรแกรมจะทาการปด Accessory */@Overridepublic void onPause() { super.onPause(); closeAccessory();}

/** เมอปด Application จะทาการ unregister Intent */@Overridepublic void onDestroy() { super.onDestroy(); unregisterReceiver(mUsbReceiver);}

จากโคดตวอยางขางตนเปนการตรวจสอบและสงเปดโหมดการเชอมตอผาน USB ซงหากมการ

เชอมตอเขามาของบอรด Arduino ผานสาย USB กจะทำในฟงกชน openAccessory(accessory) เมอสงเปดการทำงานแลวภายในจะมการสราง Thread ขนมา เพอทำการอานขอมลทถกสงออกมาจากบอรด Arduino ดงรปขางลาง

รปท 7.20 ผลลพธการรบขอมลจากบอรด Arduino ผานพอรต USB

ตวอยางการอานและแสดงสญญาณไฟฟากลามเนอ (EMG)

รปท 7.21 แสดงภาพรวมของระบบ

สำหรบตวอยางนเปนการตรวจวดสญญาณกลามเนอทไดรบจากเซนเซอร EMG ทเชอมตอกบบอรด Ar-duino แลวถกสงขอมลตอไปยงอปกรณแอนดรอยดผานสาย USB ดวยมาตราฐาน AOA Protocol หลงจากนนจงนำมาแสดงผลในลกษณะกราฟเสน ซงมแนวทางการพฒนาดวยกน 2 สวนดงน

389


พฒนาสวนโปรแกรมภาษาซบนบอรด Arduino และการตอกบเซนเซอร EMG

รปท 7.22 แสดงการเชอมตอเซนเซอร EMG กบบอรด Arduino

หลกการทำงานของเซนเซอร EMG คอแผน EMG จะทำหนาทเปนสอนำไฟฟาเมอผใชขยบรางกายจะเกดสญญาณทางไฟฟาเคลอนทไปตามกลามเนอของรางกาย ดงนนแผน EMG จะทำการขยายสญญาณทางไฟฟานน ใหอยในชวงทบอรด Arduino สามารถตรวจวดไดโดยคาสญญาณทไดออกมาจะเปนคาระดบแรงดนกระแสตรงขนาดชวง 0-5 โวลท

ในสวนของบอรด Arduino จะประกอบไปดวย มสองสวนททำงานรวมกนคอ สวนแรกเปนสวนของการอานคา Analog Read Voltage (จากตวอยาง) สวนทสองเปนการเชอมตอ ADK กบอปกรณ An-droid จากนนจะทำการอานคา Analog เพอสงขอมลทอานไดผาน ADK ไปยงอปกรณ Android เพอนำขอมลไปวเคราะหตอไป


ในสวนนจะเปนการเขยนโปรแกรมบนบอรด Arduino เพอทำการเปด accessory mode แลวอานคาแรงดนทไดจากเซนเซอร EMG เมอไดขอมลกจะทำการจดขอมลในรปแบบ “E<คาทอานได>” เพอสงผาน USB ไปยงแอนดรอยดตอไป ดงตวอยางโปรแกรมขางลางน#include <Wire.h>#include <Servo.h>#include <Max3421e.h>#include <Usb.h>#include <AndroidAccessory.h>#define LED3_RED 2

390


#define LED3_GREEN 4#define LED3_BLUE 3#define LED2_RED 5#define LED2_GREEN 7#define LED2_BLUE 6#define LED1_RED 8#define LED1_GREEN 10#define LED1_BLUE 9

AndroidAccessory acc("Google, Inc.", "DemoKit", "DemoKit Arduino Board", "1.0", "http://www.android.com", "0000000012345678");

boolean sendData=false;void setup();void loop();

void init_leds(){ digitalWrite(LED1_RED, 1); digitalWrite(LED1_GREEN, 1); digitalWrite(LED1_BLUE, 1);

pinMode(LED1_RED, OUTPUT); pinMode(LED1_GREEN, OUTPUT); pinMode(LED1_BLUE, OUTPUT);

digitalWrite(LED2_RED, 1); digitalWrite(LED2_GREEN, 1); digitalWrite(LED2_BLUE, 1);

pinMode(LED2_RED, OUTPUT); pinMode(LED2_GREEN, OUTPUT); pinMode(LED2_BLUE, OUTPUT);

digitalWrite(LED3_RED, 1); digitalWrite(LED3_GREEN, 1); digitalWrite(LED3_BLUE, 1);

pinMode(LED3_RED, OUTPUT); pinMode(LED3_GREEN, OUTPUT); pinMode(LED3_BLUE, OUTPUT);}

byte b1, b2, b3, b4, c;int value=0;void setup(){ pinMode(0, INPUT);

391




Serial.begin(115200); Serial.print("\r\nStart"); init_leds(); c = 0; acc.powerOn();}

void loop(){ byte err; byte idle; static byte count = 0; byte msg[5]; long touchcount; if (acc.isConnected()) { value = analogRead(0); msg[0] = 'E'; msg[1] = value; acc.write(msg, sizeof(msg)); Serial.println("\f"); Serial.println(msg[0]); Serial.println(msg[1]); }}

พฒนาสวนโปรแกรมแอนดรอยด

สวนนเปนการเขยนโปรแกรมประยกตแอนดรอยด เพอทำการเชอมตอ ADK กบบอรด Arduino จากนนกนำขอมลมาแสดงเปนกราฟแบบเวลาจรง ในทนจะอธบายเกยวกบการสรางกราฟเบองตนเพอนำมาแสดงผลทนททรบไดขอมลจากบอรด Arduino โดยการประยกตใชไลบรารชอวา GraphView ซงสามารถสรางกราฟไดทงแบบชนดกราฟเสน และกราฟแทง

int num = 150; // จานวนของขอมลGraphViewData[] data = new GraphViewData[num];double v = 0;for (int i = 0; i < num; i++) { v += 0.2; // คานวณคาในแตละจดทจะทาการ plot กราฟ data[i] = new GraphViewData(i, Math.sin(v)); }GraphView graphView = new LineGraphView(this, "AndroidGraph");graphView.addSeries(new GraphViewSeries(data));// ตงคาของกราฟใหเรมตนทจดท 2 ใหมขนาดเทากบ 40 ชองgraphView.setViewPort(2, 40);// ตงคาใหสามารถ Scroll ไดgraphView.setScrollable(true);

392


graphView.setScalable(true);LinearLayout layout = (LinearLayout) findViewById(R.id.lay1);layout.addView(graphView);

// ตงคาใหกบแกน XgraphView.setHorizontalLabels(new String[] {"2 days ago", "yesterday", "today", "to-morrow"}); // ตงคาใหกบแกน YgraphView.setVerticalLabels(new String[] {"high", "middle", "low"});

ในกรณทตองการเพมเสนขอมลใหมใหทำการสราง GrapViewSeries ใหมจากนนใหทำการเพมเขาไปในการ Graph-View ทไดสรางไวแลกอนหนาเชน

// draw sin curveint num = 150;GraphViewData[] data = new GraphViewData[num];double v = 0;for (int i = 0; i < num; i++) { v += 0.2; data[i] = new GraphViewData(i, Math.sin(v));}GraphViewSeries seriesSin = new GraphViewSeries(data);// draw cos curvedata = new GraphViewData[num]; v=0; for (int i=0; i<num; i++) { v += 0.2; data[i] = new GraphViewData(i, Math.cos(v)); } GraphViewSeries seriesCos = new GraphViewSeries( data);

จากขางตนเปนตวอยางการสรางกราฟจากขอมลทม แตเนองจากการนำคา EMG มาแสดงนน

เปนการแสดงแบบเวลาจรง (Real-time) จงจำเปนจะตองใชเทคนคของแอนดรอยด เกยวกบการวนรอบเพอทำการแสดงผลกราฟทนทเมอไดรบขอมลใหมเพมเขามา โดยใช Handler และ Runnable ดงตวอยางโคดขางลาง

// โคดตวอยางดานลางจะเปนการสราง Runnable ขนมาเพอทาการสรางตวสงคาขนไปเพอทาการ plot กราฟ จากนนจะใช Handler เพอสรางลปในการวนทก 1 มลลวนาท Handler mHandler = new Handler();Runnable mTimer1;mTimer1 = new Runnable() { @Override public void run() { graph2LastXValue += 1d; exampleSeries2.appendData(new GraphViewData(graph2LastXValue, getRandom()), true); mHandler.postDelayed(this, 1); }};

393


เมอถงจดนจะสามารถสรางการทำงานของกราฟทมการ plot แบบ Real-time ไดตอมาจะเปนการสรางฟงกชนททำงานแบบ Async Task เพอทำการอานคาทถกสงผานมาทาง ADK ดงตวอยาง

// ฟงกชนเปดใชงาน ADK และสราง InputStream เพอเตรยมการอานขอมลprivate void openAccessory(UsbAccessory accessory) { mFileDescriptor = mUsbManager.openAccessory(accessory); if (mFileDescriptor != null) { mAccessory = accessory; FileDescriptor fd = mFileDescriptor.getFileDescriptor(); mInputStream = new FileInputStream(fd); new receiveData().execute(); enableControls(true); } }

public class receiveData extends AsyncTask<Object, Void, Void> { @Override protected Void doInBackground(Object... params) { while (true) { // ทาการอานขอมลและเกบไวใน array Buffer ret = mInputStream.read(buffer); /* ทาการอานขอมลและเกบไว จากนนใหดงคาตวแปรดงกลาวนาไป plot กราฟ */ } }}


394


บทสรปและกาวตอไป...

เนอหาทงหมดของหนงสอเลมนลวนแลวไดมาจากประสบการณของผเขยนทพยายามเกบรวบรวมองคความรพนฐานทสำคญตางๆในตลอดระยะเวลาหลายสบป รวมทงยงไดแรงบนดาลใจมาจากหนงสอ Textbook เหลาน ซงไดแก Embedded Linux Primer A Practical Real World Approach, Pro Linux Embedded Systems, Building Embedded Linux Systems, Embedded Android, An-droid Native Development Kit Cookbook ททำใหผเขยนมความตงใจอยากจะทำการถายทอดออกมาใหเปนหนงสอภาษาไทยเพอนกพฒนาคนไทย ซงอยางนอยนาจะพอทจะสามารถชวยจดประกายความฝนใหกบนกพฒนาไทยใหหนมาใหความสำคญในเทคโนโลยระบบสมองกลฝงตวไดไมมากกนอย

โดยผเขยนไดรวบรวมองคความรพนฐานตงแตระบบปฏบตการลนกซ ชดเครองมอสำหรบนกพฒนา การพฒนาโปรแกรมภาษาตางๆทเกยวของ (C, C++, JAVA, Python) มมมองแตละสวนของเทคโนโลยระบบสมองกลฝงตวและรายละเอยดทางดานเทคนคทนกพฒนาควรร ซงอาจจะยงไมไดลงในรายละเอยดเชงลกมากสกเทาใด เนองจากผเขยนตองการเชอมโยงองคความรจากศาสตรดานตางๆแลวนำมาเรยบเรยงอยไวในบทแตละบทใหครบถวนมากทสดเพอใหผอานสามารถทำความเขาใจในแตละสวนไดวามสวนใดบางทเกยวของกบระบบสมองกลฝงตวและสำหรบผอานทตองการจะกาวเปนนกพฒนาทางดานระบบสมองกลฝงตวอยางจรงจงไดมโอกาสทดลองใชชดคำสงตางๆทงบนระบบปฏบตการลนกซและระบบปฏบตการแอนดรอยด รวมทงทำความเขาใจในการออกแบบพฒนาภาษาโปรแกรมใหคนเคยมากยงขน

แตกยงคงมเนอหาและรายละเอยดทางดานเทคนคสำหรบการออกแบบพฒนาระบบสมองกลฝงตวทนาสนใจอกมากโดยเฉพาะการพฒนาภายใตระบบปฏบตการลนกซแบบฝงตวและระบบปฏบตการแอนดรอยด รวมทงแนวทางการออกแบบบอรดสมองกลฝงตวสำหรบงานประยกต ทผเขยนตงใจไววาจะพยายามเรยบเรยงเพอเขยนลงในเลมถดๆไป ซงไดแก

• การพฒนาโปรแกรมเชลลสครปทขนสง• การปรบแตงลนกซเคอรเนลและตดตงโปรแกรม Open Sources• การตดตงโปรแกรมใหบรการสำหรบระบบเครอขาย เชน Web Server, File Server เปนตน• การพฒนาโปรแกรมระดบลางเพอตดตอกบระบบฮารดแวร• การพฒนาโปรแกรม Linux Kernel Module สำหรบงานประยกต• การพฒนาโปรแกรมเพอเรยกใชไลบราร Native C/C++• การพฒนาโปรแกรม Qt 5.2 สำหรบอนาคตของอปกรณชนดพกพา• การใชงานและปรบแตง Android Framework• กลไกการทำงานในระดบลางภายในระบบปฏบตการแอนดรอยดเชน Android IPC/Binder

Framework, Android Hardware Abstract Layer (HAL) เปนตน• การพฒนา Android NDK Application • การพฒนาโปรแกรมประยกตดวยบอรดสมองกลฝงตว เชน BeagleBone, BeagleBoard xM,

iMX53 QSB, PandaBoard ES, AM335x Starter Kit, ODROID-X2, RaspBerry Pi, Intel Galileo เปนตน

395


ประวตผเขยนผชวยศาสตราจารยวรฬห ศรบรรกษอาจารยประจำภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

ประวตการทำงาน

2553 - ปจจบน รองคณบดฝายพฒนานสต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

2553 - ปจจบน กรรมการบรหารสมาคมสมองกลฝงตวแหงประเทศไทย (TESA)

2550 - ปจจบนหวหนาหองปฏบตการวจยและพฒนาระบบสมองกลฝงตวและทฤษฏขอมลชนสง (ESTIA) ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

2548 - ปจจบนรองประธานหนวยวจยโลจสตกสและวศวกรรมสมองกลฝงตว (หวหนาทมวศวกรรมสมองกลฝงตว) BAL-LABS มหาวทยาลยบรพา

2550 - 2551หวหนาทมวจยและผคดคนออกแบบระบบสอสารขอมลแบบไรสายระหวางรถและสถาน RFID Sensor Network และโปรโตคอลสอสารระหวางสถาน RFID Sensor Network

และ ศนยควบคมกลาง

2549 - 2550หวหนาทมออกแบบและพฒนาระบบฮารดแวรและซอฟตแวรใหกบบรษท Endemol ผเปนเจาของรายการ Fear Factor, Survivor และ 1 versus 100

2549 - 2551 หวหนาภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

2549 - 2552 คณะกรรมการผเชยวชาญสมาคมสมองกลฝงตวแหงประเทศไทย

2547 - 2548 รองคณบดฝายกจการพเศษ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

2546 - 2547รกษาราชการแทนผชวยคณบดฝายเทคโนโลยสารสนเทศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

2544 - 2546หวหนาทม Wireless Sensor Network Team โครงการ Korea Brain Project, Korea University, Seoul, Republic of South Korea

396


!

รางวลทไดรบ

2555 รางวลรตนบรพา สาขาการสรางสรรคและประดษฐคดคน มหาวทยาลยบรพา

2553รางวลสงประดษฐทางวทยาศาสตรทมศกยภาพสงในการลงทน โดยสำนกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต (NSTDA) กระทรวงวทยาศาสตร

2552รางวลนวตกรรมแหงชาตทางดานเศรษฐกจ ในชอ “ระบบเครอขายเซนเซอรไรสาย” เพอใชในการตดตามยานพาหนะแบบเรยลไทม สำนกงานนวตกรรมแหงชาต (NIA)

2552รางวลชนะเลศ การออกแบบและพฒนาผลตภณฑสมองกลฝงตวแหงประเทศไทย ประเภท Intel-ligent Transport System (ITS) and Automotive “Vehicle Identification ITS Solution” สมาคมสมองกลฝงตวแหงประเทศไทย

2549รางวลยอดเยยมในการนำเสนอแนวทางการนำสอ E-Learning มาใชทางดานการศกษา ท TIT University, ญปน

2545 Best Paper Award in Wireless Sensor Network, Korea University, Seoul, South Korea

2543 Republic of South Korea Government Scholarship Grantee

สถานททำงาน

หองปฏบตการวจยและพฒนาระบบสมองกลฝงตวและทฤษฏขอมลชนสง (ESITA) ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา ถนนลงหาดบางแสน ตาบลแสนสข อาเภอเมองชลบร จงหวดชลบร

โทรศพท 038-10-2222 ตอ 3380 โทรสาร 038-74-5806E-mail [email protected]

397





ขอแสดงความยนดในความสำเรจดานการเขยนหนงสอแลวผมจะนำความรในหนงสอไปใชใหเกดประโยชนตอศษยและตนเอง...

ขอบคณครบทไดเขยนหนงสอเลมนออกมา เพราะตอนนผมกทำทางดานนอย แตกยงไมเขาใจถองแท และในเมองไทยกยงไมคอยม ถาไดหนงสอเลมนมานำทางและผมกอยากมาประสบการณทสามารถไปถายทอดใหนองๆๆไดอกดวย ขอบคณครบ...

ขอบคณมากครบ ผมเปนคนนอกสายงานดานน (เดกชางกล) อาศยศกษาจากผรมง หนงสอมง จาก google มง หนงสอของอาจารยเลมน คงชวยใหคนนอกวงการอยางผมมโอกาศเขาใจและนำไปใชไดมากขน แนๆ ขอบคณมากๆครบ อาจารย อยากใหประเทศนมคนแบบนเยอะๆครบ

ขอบคณครบ...อยากใหอาจารยทำหนงสอด ๆ แบบนออกมาเรอย ๆ ครบ จากความคดหนงสอกความคด

หนง มนจะแตกกงออกไปเหมอนกบตนไม...สดทายแลวตนไมตนนนกจะเตบโตและใหประโยชนตอ ๆ ไป แลวผมจะนำความรในหนงสอไปใชใหเกดประโยชนตอศษยและตนเอง...

อยากใหหลายๆ คนเปนแบบนนะคะ แบงบนประสบการณการณและความรแบบทอดๆ มนทำใหรสกวา .. นอกจากจะนาชนชมในความเกงและความสำเรจของเคาแลว

ยงรสกซาบซงใจททำใหคนอกหลายๆ คนไดรบความรนน ขอบคณมากนะคะ ;) ....

ผมเคยเปนเดกใน HyperCamp และ TESA TopGun ขอชอชมผลงานของ อาจารย และ จะเดนสาย Embedded ตอครบ ...

ผมคลงไคลอาจารยตงแตแขง TopGun แลวครบ (โอเวอรมากๆๆ (>.<)) ขอบคณอาจารยมากๆครบทเขยนหนงสอดๆอยางนมาแบงปนใหไดอานครบผม ~(^_^)~ ...

ผมมความสนใจในดานนแตยงขาดความรประสบการและออนแอในดานภาษา นบเปนการเรมตนทดมากเลยครบสำหรบหนงสอเลมน หนงสอเลมเปนเหมอน

แรงบนดาลใจเลยครบ ขอบคณครบ :) ...

タイ語の Embedded Android があった、よかった。＾＿＾

อาจารยจอมครบ ผมขอขอบคณสำหรบการเผยแพรความรทเปนประโยชนอยางมากมายนะครบ และผมจะนำความรทไดมาใชใหเกดประโยชนใหมากทสดนะครบ ^__^

ขอเปนกำลงใจใหเผยแพรบทความหรอหนงสอดๆตอไปครบ เพราะคนเราไมมใครรทกเรอง สงทคณรไมวาจะมาจากประสบการณตรงจากการทำงานหรอการขวนขวานเรยนรนนผมคดวามนตองมประโยชนกบผอนอยางแนนอนไมมากกนอย สดทายอยากจะบอกวาถาเรายงทำกยงได

ยงใหกยงม ขอบคณครบ...

ขอขอบคณสำหรบหนงสอคณภาพของผเขยน ผมมความสนใจในระบบปฏบตการณแอนดรอยดเปนอยางมาก อกทงเพอเปนการพฒนาความรดานความเขาใจในระบบสมองกลฝงตว เพอพฒนาศกยภาพของตวผมเองใหเปนนกพฒนาทดในอนาคต ขอขอบคณผเขยนเปนอยางมากครบ...

ผมพยายามจะศกษามานาน ดวยอายเยอะ และภาษาองกฤษไมคอยด มหนงสอภาษาไทยมาใหอานนบวาเปนความกรณาตอผมมากๆ ขอใหทานผจดทำไดรบการตอบแทนสงดๆ จากพระผเปนเจา...

หนงในหลายๆกำลงใจถงนกเขยน จากผอาน 1,500 ทานแรก

Embedded android development (e book)

Technology

Transcript of Embedded android development (e book)