Embedded Linux: das Praxisbuch
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| Format: | Book |
| Language: | German |
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Berlin [u.a.]
Springer
2009
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| Series: | X.Systems.press
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Teil
I
Grundlagen und Plattformen
Grundlagen................................................ 17
1.1 Einführung............................................. 17
1.2 Architekturen, Plattformen und Geschichtliches............. 18
1.3 Eigenschaften eingebetteter Systeme....................... 21
1.3.1 Formfaktor....................................... 21
1.3.2 Mechanik, Kühlung, Robustheit..................... 21
1.3.3 Speichermedien ................................... 22
1.3.4 Schnittstellen..................................... 23
1.3.5 Stromversorgung.................................. 24
1.3.6 Chipsätze ........................................ 24
1.3.7
Watchdog
........................................ 24
1.3.8 Echtzeitfähigkeit .................................. 25
1.4 Betriebssysteme......................................... 27
1.4.1 Allgemeine Anforderungen.......................... 27
1.4.2 Prozess-Scheduling ................................ 29
1.4.3 Systembeispiele................................... 32
1.5 Software-Entwicklung.................................... 33
1.6 Aufbau und Gebrauch des Buches......................... 38
Hardware-Plattformen..................................... 41
2.1 Einführung............................................. 41
2.2
Network-Attached-Storage NSLU2
......................... 42
2.3 WLAN-Router WL-500gP................................ 44
2.4
MicroClient Jr.
und Sr................................... 47
2.5 OpenRISC Alekto....................................... 51
2.6 Mini-ITX-Mainboard D945GCLF2 mit
Dual-Core Atom
CPU . 52
2.7 Pegelanpassung für die RS-232-Schnittstelle................. 55
OpenWrt auf dem WLAN-Router
WL-500g
Premium
..... 57
3.1 Einführung............................................. 57
3.2 Einrichtung des OpenWrt-Build-Systems................... 58
3.2.1 Aufspielen des Flash-Images........................ 61
3.2.2 Der erste Einlog-Vorgang........................... 62
3.3 Schnelleres Einloggen mit SSH-Keys....................... 64
3.4 Software-Entwicklung für OpenWrt........................ 65
3.5 Erstellung eigener OpenWrt-Module....................... 67
3.6 IO-Warrior-Erweiterung und Kernelmodule unter OpenWrt ... 71
Debian auf dem NAS-Gerät NSLU2....................... 75
4.1 Einführung............................................. 75
4.2 Debian-Installation...................................... 76
4.3 Erste Schritte........................................... 79
4.4 Software-Entwicklung für die NSLU2....................... 80
4.5 NSLU2 als Druckerserver................................. 81
4.6 Weiterführende Hinweise ................................. 84
4.6.1 Erstellung eines vollständigen NSLlß-Backups........ 84
4.6.2 Einstellung der Taster-Funktion..................... 84
4.6.3 Probleme beim Booten............................. 84
Debian auf dem Embedded-PC OpenRISC-Alekto......... 87
5.1 Einführung............................................. 87
5.2 Angepasste Debian-Installation............................ 88
5.3 Erste Schritte........................................... 89
5.4 Software-Entwicklung.................................... 91
5.5 Zugriff auf die Alekto-Hardware........................... 93
5.5.1 Anwendung der/pro
с
-Erweiterungen in der Konsole... 93
5.5.2 Zugriff über ioctlO-Befehle....................... 94
5.6 Watchdog-Timer........................................ 96
5.7 Erstellung eines eigenen Alekto-Kernels.................... 97
5.8 Vollständige Debian-Installation........................... 98
Puppy
Linux auf dem Embedded-PC MicroClient Jr./Sr. .. 101
6.1 Einführung............................................. 101
6.2 Puppy-Installation....................................... 101
6.3 Paket-Management unter
Puppy
.......................... 103
6.4 Software-Entwicklung unter
Puppy
........................ 105
Teil
II
Anwendungen
7 Legacy-Schnittstellen und digitale IOs.....................111
7.1 Einführung............................................. 111
7.2 RS-232................................................. 112
7.2.1 Grundlagen der RS-232-Schnittstelle................. 112
7.2.2 Ansteuerung und Programmierung .................. 116
7.2.3 Ansteuerung einer seriellen Relaiskarte............... 121
7.3 Centronics und IEEE 1284................................ 124
7.4 General
Purpose Input/Output (GPIO)
.................... 127
7.5 Schnittstellenerweiterung über
IO-
Warrior..................
129
7.5.1 IO-Warrior-Bausteine.............................. 129
7.5.2 Installation der IO-Warrior-Treiber unter Debian...... 130
Der Inter-IC-Bus.......................................... 133
8.1 Einführung............................................. 133
8.2 I2C-Datenübertragung................................... 136
8.2.1 Konzept.......................................... 136
8.2.2 Steuersignale ..................................... 136
8.2.3
Clock Stretching ..................................
137
8.2.4 Multi-Master-Betrieb .............................. 138
8.2.5 Adressierung...................................... 138
8.2.6
ťC-Buserweiterungen
.............................. 141
8.3 I2C-Anbindung.......................................... 144
8.3.1 PC-Steckverbindung............................... 146
8.3.2 Verwendung des I2C-Busses bei NSLU2 und Alekto___147
8.3.3 PC-Busanbindung über einen IO-Warrior-Baustein .... 149
8.3.4 Die
IO-Warrior-ťC-Bibliothek
......................150
8.4 Alternative serielle Bussysteme............................ 152
8.4.1 Controller
Area
Network
(CAN)
..................... 153
8.4.2
Local Interconnect
Network
(LIN)
................... 154
8.4.3 1-
Wire-Bus
....................................... 155
8.4.4
Serial Peripheral Interface
(SPI)
..................... 156
8.4.5
Universal Serial Bus (USB)
......................... 156
Inter-IC-Bus-Komponenten
................................ 161
9.1 Einführung............................................. 161
9.2
Die
ťC-Bibliothek
....................................... 163
9.2.1
Die
Klasse IICBus................................. 163
9.2.2
Die
Klasse IICBase................................ 165
9.3 Tastatur- und LC-Display-Ansteuerung mit PCF8574........167
9.3.1 Philips 8-Bit-I/O-Erweiterung PCF8574.............. 167
9.3.2 PC-Tastaturmodul................................ 169
9.3.3 Die Klasse IICKeyboard............................ 169
9.3.4 PC-LC-Display................................... 170
9.3.5 LC-Display-Treiberbaustein HD44780................ 171
9.3.6 Die Klasse IICDisplay.............................. 173
9.3.7 Die Klasse IICIOExpander ......................... 176
9.4 Temperaturmessung mit DS1631 .......................... 177
9.4.1 Dallas DS1631.................................... 177
9.4.2 Die Klasse IICTempSensor .........................178
9.5 A/D- und D/A-Wandler..................................179
9.5.1 Philips
РСРббЭ!
..................................179
9.5.2 Die Klasse IICADConverter ........................180
9.6
ТМСггг-ЅсИпипкЛо^еиегии«
...........................184
9.6.1 Trinamic TMC222................................. 184
9.6.2 Conrad C-Control PC-Bus-Stepper-Driver............185
9.6.3 Die Klasse IlCStepper.............................187
9.6.4 Programmierung des
ТІУ^гг-ОТР-Бреіспегз
.........189
9.7 Chipkarten-Ansteuerung..................................190
9.7.1 EEPROM-Chipkarte AT24Cxx......................191
9.7.2 Die Klasse IlCChipcard............................192
9.7.3 AES-Verschlüsselung...............................194
9.7.4 Die Klasse AES................................... 197
9.8 PC-Bus-Erweiterung über
Multiplexer
.....................199
9.8.1 Philips PCA9548 I2C-Multiplexer ...................199
9.8.2 Die Klasse IICMultiplexer..........................200
10 USB-Komponenten........................................203
10.1 Einführung.............................................203
10.2 USB-Audioanbindung:
МРЗ
-Player
und Sprachausgabe.......204
10.3 USB-WLAN-Adapter....................................206
10.3.1 Grundlagen.......................................206
10.3.2 Netgear MA111 unter
Puppy
.......................207
10.3.3 Alternative: WLAN-Anbindung über Access Point.....209
10.4 USB-Bluetooth-Erweiterung..............................210
10.4.1 Grundlagen....................................... 210
10.4.2 Die Werkzeuge Bluez-Uüls ......................... 211
10.4.3 Datentransfer mit ObexFTP........................ 216
10.4.4 Serielle Bluetooth-Kommunikation und AT-Befehle___ 217
10.4.5 Das Mobiltelefon als Fernbedienung.................. 219
10.5 USB-GPS-Module....................................... 222
10.5.1 Der GPS-Daemon GPSD...........................223
10.5.2 GPS in der Anwendung............................224
10.5.3 Die Klasse GPSReceiver............................225
10.6 USB-Speichererweiterung.................................226
10.6.1 Partitionierung und Einbindung eines USB-Sticks .....226
10.6.2 Auslagerung des Home-Verzeichnisses auf einen
USB-Stick........................................ 228
11 Gerätetreiber und Kernelmodule..........................231
11.1 Einführung.............................................231
11.2 Grundlagen.............................................232
11.2.1 Systemarchitektur.................................232
11.2.2 Der Kernel.......................................234
11.3 Programmierung von Kernelmodulen....................... 237
11.3.1 Aufbau von Kernelmodulen......................... 237
11.3.2 Übersetzung von Kernelmodulen.................... 239
11.3.3
Ţest
und
Debugging
............................... 239
11.3.4 Übergabe von Kommandozeilenparametern........... 242
11.4 Zeichenorientierte Gerätetreiber........................... 243
11.4.1 Major-,
Minor-
und Gerätenummern................. 243
11.4.2 Modul-Registrierung............................... 245
11.4.3 Gerätetreiber-Registrierung nach alter Schule......... 248
11.5 Implementierung von Dateioperationen..................... 249
11.5.1 Die Struktur
f ile_operations......................
249
11.5.2 Kopieren von Daten zwischen Kernel- und User-Space. . 250
11.5.3 Die ioctl
О
-Schnittstelle........................... 254
11.5.4 Verwendung von Gerätetreibern in der Anwendung .... 255
11.6 Hardware-Zugriff........................................ 257
11.6.1 Zugriff über
ΙΟ
-Ports
und IO-Speicher............... 257
11.6.2 Zugriff über das Dateisystem ....................... 260
12
Multithreading
............................................263
12.1 Einführung............................................. 263
12.2 Grundlagen.............................................264
12.3 Posix-Schnittstelle.......................................269
12.3.1 Thread-Funktionen................................270
12.3.2 Mutex-Funktionen.................................271
12.3.3 Funktionen für Zustandsvariablen...................272
12.3.4 Beispiel..........................................273
12.4 C-H-Schnittstelle.......................................275
12.4.1 Die Klasse
Thread
.................................275
12.4.2 Die Klasse Mutex.................................277
12.4.3 Die Klasse WaitCondition..........................279
12.4.4 Die Klasse PeriodicThread..........................282
12.5 Anwendungsbeispiel: Servo-Ansteuerung....................284
12.5.1 Servo-Anbindung an einen PC...................... 285
12.5.2 Software-Entwurf zum Beispiel...................... 286
12.5.3 Linux und Echtzeitfähigkeit......................... 288
12.5.4 Zeitmessung...................................... 290
13 Netzwerkkommunikation ..................................295
13.1 Einführung.............................................295
13.2 Datenübertragung via
UDP
...............................297
13.2.1 Grundlagen zu
Sockets
............................. 297
13.2.2 Berkeley
Sockets
................................... 300
13.2.3 Verwendung der Berkeley Socket API................. 307
13.2.4
Socket-Debugging
mit NetCat....................... 310
13.2.5 Host Byte Order und Network Byte Order............. 310
13.2.6
Practical
Sockets
..................................312
13.2.7
Definition
eigener
Protokolle auf Anwendungsschicht.. . 313
13.2.8 Verwendung der
Practical
Sockets ...................
318
13.3 Kommunikation mit einer Qt-Anwendung ..................320
13.3.1 Client-Server-Kommunikation mit Qt4...............321
13.3.2 Remote-Schrittmotorsteuerung mit grafischer
Benutzeroberfläche ................................327
13.4 Interaktion mit einem Webserver via CGI ..................333
13.4.1 Messdatenanzeige .................................336
13.4.2 Gezielte Anfragen mit JavaScript....................338
14 Video
for
Linux............................................341
14.1 Einführung.............................................341
14.2 Treiberinstallation und Inbetriebnahme ....................341
14.3 Bildeinzug unter Linux per V4L...........................345
14.4 Treiberkapselung für die IVT-Bibliothek....................352
15 Intelligente Kamera .......................................355
15.1 Einführung.............................................355
15.2 Sicherheitssystem mit Bewegungserkennung.................355
15.3 Weiterführende Informationen.............................358
15.3.1 Kommentare zum Hardware-Aufbau.................358
15.3.2 Triggerung und IEEE 1394-Übertragung..............360
15.3.3 Weitere Anwendungen.............................362
16 Ausblick...................................................365
16.1
Communities,
Projekte, Trends............................365
16.2 Schlusswort und Kontaktdaten............................369
Teil
III
Anhang
A
Kurzreferenzen............................................ 373
A.l Einführung............................................. 373
A.2 Die Linux-Konsole....................................... 373
A.2.1 Basisbefehlsschatz................................. 373
A.2.2 Editoren ......................................... 377
A.3 Netzwerkeinstellungen und SSH........................... 380
A.3.1 Netzwerkeinstellungen ............................. 380
A.3.2
Secure
Shell ...................................... 382
A.4 Weitere Werkzeuge und Dienste........................... 384
A.4.1 Paketverwaltung
APT
............................. 384
Α.
4.2 Umgebungsvariablen............................... 386
A.4.3 Erstellung von Gerätedateien mit mknod.............. 387
A.4.4 Zugriffsrechte..................................... 388
Α.
4.5 Root-Rechte mit
sudo
.............................390
Α.
4.6 Cronjob-Verwaltung mit crontab....................391
A.5 Diagnose- und Failsafe-Modi..............................393
A.5.1 Asus WL500g
Premium
............................393
A.5.2
Linksys WRT54G
.................................393
A.5.3 Linksys NSLU2...................................394
В
Alternative Hardware-Plattformen......................... 395
B.l Einführung............................................. 395
B.2 Router................................................. 395
B.3 Network
Attached Storage................................
395
8.
4 Industrielle Kompaktsysteme ............................. 396
8.
5 Einplatinencomputer..................................... 396
8.
6 Sonderlösungen ......................................... 396
С
Die IVT-Bibliothek........................................ 399
C.l Einführung............................................. 399
C.2 Architektur............................................. 400
C.2.1 Die Klasse CBytelmage............................ 400
C.2.2 Anbindung von grafischen Benutzeroberflächen........ 401
C.2.3 Anbindung von Bildquellen......................... 402
C.2.4 Anbindung der OpenCV ........................... 403
C.2.5 Anbindung von OpenGL über Qt.................... 404
C.3 Beispielapplikationen..................................... 405
C.3.1 Verwendung der Basisfunktionalität.................. 405
C.3.2 Verwendung einer grafischen Benutzeroberfläche....... 405
C.3.3 Verwendung eines Kameramoduls ................... 405
C.3.4 Verwendung der OpenCV.......................... 406
C.3.5 Verwendung der OpenGL-Schnittstelle............... 406
C.4 Übersicht zu weiterer Funktionalität der IVT ............... 407
C.5 Installation............................................. 408
C.5.1 OpenCV......................................... 409
C.5.2 Qt............................................... 409
C.5.3 Firewire und libdcl394/librawl394.................. 410
C.5.4 IVT............................................. 411
D
Die Qt-Bibliothek ......................................... 417
D.l Einführung............................................. 417
D.l.l Installation und Grundlagen........................ 417
D.I.2 Signals und Slots.................................. 420
D.1.3 Ein universelles Qt-Makefile........................ 424
D.2 Oberflächenerstellung mit Qt Designer...................... 425
D.2.1 Installation und Grundlagen........................ 425
D.2.2 Verwendung der Qt Designer Plugins................. 428
D.2.3 Erstellung der Qt Designer Plugins................... 430
E
Bezugsquellen............................................. 435
F Verzeichnisbaum
........................................... 439
Literaturverzeichnis ........................................... 441
Sachverzeichnis................................................ 445
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