《嵌入式系统应用与开发》实验教学大纲
课程名称：
| 嵌入式系统应用与开发
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课程编号：
| 408309
| 436313
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适用专业：
| 计算机科学与技术
| 软件工程
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总 学 分：
| 3
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总 学 时：
| 54
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其中实验学时
| 26
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一、实验性质、目的与任务
《嵌入式系统应用与开发》课程是嵌入式方向和物联网方向的方向课。该课程主要讲述嵌入式系统应用程序开发方法与技巧，主要内容包括嵌入式应用程序开发基础、嵌入式应用程序开发环境的搭建、文件I/O编程、进程控制开发、进程间通信开发、多线程编程及网络编程等方法与技巧。通过本实验课程，应达到以下几个教学目的:
（1）掌握嵌入式系统应用程序开发编程基础，包括能熟练掌握vi、gcc、gdb、makefile等开发工具的使用，能掌握linux操作系统常用的基本命令的使用。
（2）掌握linux操作系统下，文件I/O编程方法和技巧，能熟练使用ANSIC标准和POSIX标准C库I/O函数对文件进行操作。
（3）掌握linux下进程控制编程方法和技巧。能熟练掌握进程的创建、进程的等待、多进程、守护进程的编程方法和技巧。
（4）掌握linux下进程通信编程的方法和技巧。熟练掌握管道通信、消息队列、共享内存，信号及信号量等通信机制的原理和编程方法。
（5）掌握linux下线程编程的方法和技巧。
（6）掌握linux下网络编程的方法和技巧，能够使用socket通信原理编写TCP程序。
二、教学基本要求：
通过本课程的学习，使学生能掌握嵌入式应用程序开发的环境搭建过程；能熟练掌握嵌入式应用程序开发的方法和技巧，为嵌入式产品的应用程序开发打下坚实的基础。
上机实验要求：
(1)上机前，准备好上机所需的程序；
(2)上机时,输入和调试自己所编写的程序；
(3)上机结束后，应整理出实验报告，实验报告应包括以下内容：实验项目名称；程序清单；运行结果；对运行情况所作的分析以及本次调试程序所取得的经验，如果程序未能通过，应分析其原因。
三、实验项目与类型：
序号
| 实验项目
| 学时
| 实验性质
| 备注
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验证
| 综合
| 设计
| 研究
探索
| 必做
| 选做
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1
| Linux定制安装
| 1
| √
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| √
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2
| Linux常用命令使用
| 1
| √
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3
| Vi使用
| 1
| √
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4
| Gcc程序编译
| 2
| √
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| √
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5
| GDB程序调试
| 2
| √
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6
| Makefile工程管理器的使用
| 1
| √
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7
| 文件底层编程综合-文件拷贝
| 2
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| √
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| √
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8
| fork和vfork创建子进程
| 1
| √
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| √
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9
| Exec函数族
| 1
| √
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| √
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10
| 进程等待函数wait和waitpid
| 1
| √
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| √
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11
| 编写多进程程序
| 1
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| √
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| √
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12
| 编写守护进程
| 1
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| √
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| √
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13
| 无名管道通信实验
| 1
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| √
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| √
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14
| 有名管道通信实验
| 1
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| √
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| √
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15
| 信号处理
| 2
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| √
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| √
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16
| 共享内存
| 2
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| √
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| √
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17
| 消息队列
| 2
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| √
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| √
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18
| 线程创建
| 1
| √
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|
| √
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19
| TCP程序设计
| ２
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| √
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| √
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20
| UDP程序设计
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| √
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| √
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21
| 并发服务器设计
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| √
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| √
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四、实验教学内容及学时分配：
实验1 Linux定制安装
1、实验目的
学会Linux定制安装。
2、方法原理
Linux定制安装。
3、主要实验仪器及材料
1)安装了vmware7虚拟机的pc；
2）RHEL5操作系统的镜像文件。
4、实验内容
定制安装Linux虚拟机。
实验2 Linux常用命令使用
1、实验目的
学会使用linux的常见的命令。
2、方法原理
linux常见命令使用。
3、主要实验仪器及材料
安装了RHEL5虚拟机的pc机。
4、实验内容
熟练使用该节所介绍的linux命令。
实验3 vi使用
1、实验目的
学会vi编辑器。
2、方法原理
vi编辑器。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
熟练使用该节所介绍的vi创建、编辑、保存文件。
实验4Gcc程序编译
1、实验目的
学会使用gcc编译器。
2、方法原理
gcc编译器。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一应用程序，使用gcc进行编译，并分别使用-o,-g,gstatic,-O2等选项。
实验5 GDB程序调试
1、实验目的
学会gdb调试器的使用。
2、方法原理
gdb工具。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一应用程序，使用gdb调试，调试中使用小节中介绍的所有命令。
实验6 Makefile
1、实验目的
掌握Makefile工程管理器的使用。
2、方法原理
Makefile配制文件。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
实现一应用程序，该程序由两个C文件构成，使用makefile来完成程序的编译。
实验7文件底层编程综合-文件拷贝
1、实验目的
学会使用C库函数和linux系统调用，并理解它们的区别。
2、方法原理
Linux系统调用，底层I/O函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
使用linux操作系统下的系统调用I/O函数实现文件copy的功能
(如：./copy_file txt.text tt.txt text.txt为源文件，tt.txt为目标文件)。
实验8 fork和vfork创建子进程
1、实验目的
学会linux系统调用fork和vfork函数的使用，并理解与vfork这间的区别。
2、方法原理
linux系统调用fork和vfork函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
分别使用fork和vfork函数编写应用程序，在程序中创建一子进程，分别在父进程和子进程中打印进程ID，观察理解父子进程的运行顺序。
实验9 exec函数族
1、实验目的
学会使用exec函数族，并理解各exec函数的使用区别。
2、方法原理
exec函数族。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一应用程序，在程序中创建一子进程，子进程调用exec函数实现在当前目录创建一新文件。
实验10 进程等待函数wait和waitpid
1、实验目的
学会使用linux系统调用进程等待wait和waitpid函数。
2、方法原理
wait和waitpid函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一应用程序，在程序中创建一子进程，子进程睡眠1秒，父进程等待子进程退出，并提示打印子进程退出信息，父进程退出。
实验11 编写多进程程序
1、实验目的
学会编写多进程程序。
2、方法原理
fork、wait、exit和wait或waitpid函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写多进程程序(头文件声明可省略)：有3个进程，其中一个为父进程，其余两个是该父进程创建的子进程，其中一个子进程运行“ls -l”指令，另一个子进程在暂停5s之后异常退出，父进程先用阻塞方式等待第一个子进程的结束，然后用非阻塞方式等待另一个子进程的退出。
实验12 编写守护进程
1、实验目的
学会编写守护进程，掌握守护进程编写过程。
2、方法原理
守护进程。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
建立起一个守护进程，然后在该守护进程中新建一个子进程，该子进程暂停10s，然后自动退出，并由守护进程收集子进程退出的消息。在这里，子进程和守护进程的退出消息都在系统日志文件（例如“/var/log/messages”）中输出。子进程退出后，守护进程循环暂停，其间隔时间为10s。
实验13 无名管道通信实验
1、实验目的
学会进程间通信---无名管道的使用，理解无名管道通信原理。
2、方法原理
无名管道通信，pipe函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
建立一管道通信程序，实现父子进程间的通信。要求：父进程从键盘输入内容写入管道，子进程从管道中读出并打印到屏幕。
实验14 有名管道通信
1、实验目的
学会进程间通信---有名管道的使用,理解有名管道通信原理。
2、方法原理
有名管道通信，mkfifo函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
启动A进程，创建一有名管道，并向其写入一些数据，启动B进程，从A创建的有名管道中读出数据。
实验15 信号处理
1、实验目的
学会使用自定义信号处理函数，处理信号,理解信号处理原理。
2、方法原理
信号通信，signal、pause函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
在进程中用SIGBUS注册处理函数，并向该进程发送SIGBUS信号。
实验16 共享内存
1、实验目的
学会使用共享内存进程间通信方式,理解共享内存通信原理。
2、方法原理
共享内存通信，shmget、shmat、shmdt和shmctl函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
使用共享内存进行两个进程（发送端和接收端）之间的通信，包括共享内存的打开或创建、共享内存映射和删除等多种操作(用“WROTE”字符串作为标志以实现同步)。发送端进程循环写直到写入有效数据“quit”和接收端进程循环读直到读到有效数据“quit”。
实验17 消息队列
1、实验目的
学会使用消息队列进程间通信方式,理解共享内存通信原理。
2、方法原理
消息队列通信，msgget、msgrcv、msgsend和msgctl函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
使用消息队列进行两个进程（发送端和接收端）之间的通信，发送端进程循环写直到写入有效数据“quit”和接收端进程循环读直到读到有效数据“quit”。
实验18 线程创建
1、实验目的
学会使用线程并使用。
2、方法原理
线程，pthread_create和pthread_join函数。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一应用程序，在程序中创建一线程，并向该线程处理函数传递以结构体。
实验19 TCP程序设计
1、实验目的
学会使用linux的socket套接字网络编程，熟悉使用TCP传输协议的网络编程流程。
2、方法原理
socket套接字网络编程。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一使用TCP协议的服务器程序和客户端程序，客户端向服务器发送字符串，服务器打印收到的字符串。
实验20 UDP程序设计
1、实验目的
学会使用linux的socket套接字网络编程，熟悉使用UDP传输协议的网络编程流程。
2、方法原理
socket套接字网络编程。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一使用UDP协议的服务器程序和客户端程序，客户端向服务器发送字符串，服务器打印收到的字符串。
实验21 并发服务器设计
1、实验目的
学会多线程或多进程编程结合网络编程的综合运用，实现能同时接受多客户端连接的服务器程序。
2、方法原理
多线程或多进程，socket套接字网络编程。
3、主要实验仪器及材料
pc一台,windows xp操作系统,安装虚拟机linux操作系统；
4、实验内容
编写一使用TCP协议的并发服务器程序和客户端程序，每客户端向服务器发送字符串，服务器打印收到每客户端的字符串。
[2]《嵌入式Linux应用程序开发标准教程(第2版)》.华清远见嵌入式培训中心.人民邮电出版社，2009.
