基于ARM的多线程应用程序设计.doc

开放性实验报告 题 目: 基于ARM的多线程应用程序设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 自动1302 学生姓名： 张鹏涛 学 号： 201323020219 指导教师： 张晓东  目 录 1 系统概述与设计要求 1 1.1 系统概述 1 1.2 设计要求 2 2 方案论证 2 2.1 实现方法 2 2.2 线程优势 2 3 硬件设计 3 3.1 树莓派接口驱动LED电路设计 3 4 软件设计 4 4.1 驱动三色LED灯 4 4.1.1 驱动实现方法 4 4.1.2 wiringPi库安装和软件编程 4 4.2 服务器和客户端 5 4.2.1 服务器设计方法 5 4.2.2 客户端设计方法 5 5 系统调试 6 设计心得 6 参考文献 7 附录1（LED驱动程序） 8 附录2（服务器程序） 10 附录3（客户端程序代码） 16 1 系统概述与设计要求 1.1 系统概述 本系统设计是基于树莓派开发板上实现的，树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发，Eben·Upton/埃·厄普顿为项目带头人。2012年3月，英国剑桥大学埃本·阿普顿（Eben Epton）正式发售世界上最小的台式机，又称卡片式电脑，外形只有信用卡大小，却具有电脑的所有基本功能，这就是Raspberry Pi电脑板，中文译名树莓派。它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。而树莓派2具有900MHz内核频率， 4核 ARM Cortex-A7，1GB 内存，带Micro SD 卡插槽（支持通过它启动 Linux 操作系统，如 Fedora），40PIN接口（可以增加驱动外设）。本系统设计正式在树莓派2环境下开发实现多线程设计，设计的主要功能就是两个客户端通过服务器互相收发信息。 1.2 设计要求 要求多个客户端能够同时连接服务器，而服务器需要创建线程来管理这多个客户端，并且能够把一个客户端发来的数据进行解析，发给另一个客户端，实现两个甚至多个客户端互相收发信息。能够通过驱动三色灯来发现系统运行的状态，红色说明有错误发生，绿色说明正在正常运行，蓝色说明有用户连接，绿色说明有客户端互相收发信息。 2 方案论证 2.1 实现方法 要实现服务器同时管理两个甚至多个客户端，就必须引入进程或线程。 2.2 线程优势 一是和进程相比，它是一种非常节俭的多任务操作方式。 进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。我们知道，在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这就导致了进程在进行切换等操作起到了现场保护作用, 这是一种昂贵的多任务工作方式。 但是为了进一步减少处理机的空转时间支持多处理器和减少上下文切换开销，进程演化中出现了另外一个概念，这就是线程，也被人称为轻量级的进程。它是一个进程内的基本调度单位。线程是在共享的内存空间中并发的多道执行路径，它们共享一个进程的资源，比如文件描述符和信号处理等。因此，大大减少了上下文切换的开销。 二是线程间方便的通信机制。 对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。 3 硬件设计 3.1 树莓派接口驱动LED电路设计 图 3.1 从图3.1可以知道，要想让三色灯的红色亮起来，首先控制树莓派GPIO.27引脚输出低电平，同理可以控制GPIO.28、GPIO29引脚电瓶来控制绿、蓝LED的启动和关闭。树莓派开发板上的相关引脚如图3.2。 图 3.2 4 软件设计 4.1 驱动三色LED