201355315宋辰宁20135333苏正生信息安全系统设计基础——实验二实验报告

北京电子科技学院（BESTI）实验报告

课程：信息安全系统设计基础
班级：1353
指导教师：娄嘉鹏
实验日期：2015.11.10
实验名称： 基于S3C2410的嵌入式开发
实验目的与要求：
1.掌握程序的烧写方法;
2.能够实现Bootloader;
3.实现密码学中常见算法的固化。

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学号	姓名	工作说明	成绩
20135315	宋辰宁	建立编译	5
20135333	苏正生	安装调试	5

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实验内容、步骤与体会：

一、实验内容

1.开发环境的配置同实验一。
2.将实验代码拷贝到共享文件夹中。

3.在虚拟机中编译代码。
对于多线程相关的代码，编译时需要加-lpthread 的库。
4.下载调试
在超级终端中运行可执行文件pthread,运行可执行文件term。
5.本实验相关知识
（1）多线程
在一个程序中，这些独立运行的程序片断叫作“线程”（Thread），利用它编程的概念就叫作“多线程处理”。利用多线程，提高应用程序响应；使多CPU 系统更加有效；改善程序结构。
（2）多线程调度的关键
生产者首先要获得互斥锁，并且判断写指针+1 后是否等于读指针，如果相等则进入等待状态，等候条件变量notfull；如果不等则向缓冲区中写一个整数，并且设置条件变量为notempty，最后释放互斥锁。消费者线程与生产者线程类似，所以控制进程的关键为互斥锁。

二、代码解析

（一）线程代码分析

（1）分析
Linux 操作系统从一开始就对串行口提供了很好的支持，为进行串行通讯提供了大量的函数，我们的实验主要是为掌握在 Linux 中进行串行通讯编程的基本方法。主程序中分别启动生产者线程和消费者线程。
（2）线程相关函数
线程创建函数：

int pthread_create (pthread_t * thread_id, __const pthread_attr_t * __attr,void *(*__start_routine) (void *),void *__restrict __arg)

获得父进程 ID：

pthread_t pthread_self (void)

测试两个线程号是否相同：

int pthread_equal (pthread_t __thread1, pthread_t __thread2)

线程退出：

void pthread_exit (void *__retval)

等待指定的线程结束：

int pthread_join (pthread_t __th, void **__thread_return)

互斥量初始化：

pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *,__const pthread_mutexattr_t *)

销毁互斥量：

int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *__mutex)

再试一次获得对互斥量的锁定（非阻塞） ：

int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *__mutex)

锁定互斥量（阻塞） ：

int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *__mutex)

解锁互斥量：

int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *__mutex)

条件变量初始化：

int pthread_cond_init (pthread_cond_t *__restrict __cond,__const pthread_condattr_t *__restrict __cond_attr)

销毁条件变量 COND：

int pthread_cond_destroy (pthread_cond_t *__cond)

唤醒线程等待条件变量：

int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *__cond)

等待条件变量（阻塞） ：

int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *__restrict __cond, pthread_mutex_t *__restrict __mutex)

在指定的时间到达前等待条件变量：

int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *__restrict __cond,pthread_mutex_t *__restrict __mutex, __const struct timespec *__restrict __abstime)

（3）源代码注释

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include "pthread.h"
#define BUFFER_SIZE 16

/* 设置一个整数的圆形缓冲区 */
struct prodcons {
    int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 缓冲区数组 */
    pthread_mutex_t lock; /* 互斥锁 */
    int readpos, writepos; /* 读写的位置*/
    pthread_cond_t notempty; /* 缓冲区非空信号 */
    pthread_cond_t notfull; /*缓冲区非满信号 */
};

/*初始化缓冲区：初始化缓存指针信息（信号量）*/
void init(struct prodcons * b)
{
pthread_mutex_init(&b->lock, NULL);
pthread_cond_init(&b->notempty, NULL);
pthread_cond_init(&b->notfull, NULL);
b->readpos = 0;
b->writepos = 0;
}

/* 向缓冲区中写入一个整数*/
void put(struct prodcons * b, int data)
{
pthread_mutex_lock(&b->lock);//获取互斥锁

/*等待缓冲区非满*/
while ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos) //如果读写位置相同
{
    printf("wait for not full
");
    pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);//等待状态变量 b->notfull，不满则跳出阻塞
}

/*写数据并且指针前移*/
b->buffer[b->writepos] = data;//写入数据
b->writepos++;
if (b->writepos >= BUFFER_SIZE) b->writepos = 0;

/*设置缓冲区非空信号*/
pthread_cond_signal(&b->notempty);//设置状态变量
pthread_mutex_unlock(&b->lock);//释放互斥锁
}

/*从缓冲区中读出一个整数 */
int get(struct prodcons * b)
{
int data;
pthread_mutex_lock(&b->lock);//获取互斥锁

/* 等待缓冲区非空*/
while (b->writepos == b->readpos)//如果读写位置相同 
{
    printf("wait for not empty
");
    pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);//等待状态变量 b->notempty，不空则跳出阻塞。否则无数据可读。
}

/* 读数据并且指针前移 */
data = b->buffer[b->readpos];//读取数据
b->readpos++;
if (b->readpos >= BUFFER_SIZE) b->readpos = 0;

/* 设置缓冲区非满信号*/
pthread_cond_signal(&b->notfull);//设置状态变量
pthread_mutex_unlock(&b->lock);//释放互斥锁
return data;
}

#define OVER (-1)
struct prodcons buffer;

/*实现一个生产者程序：生产者线程不断顺序地将0到1000的数字写入共享的循环缓冲区，当生产-1时，程序终止。*/
void * producer(void * data)
{
int n;
for (n = 0; n < 1000; n++) {
    printf(" put-->%d
", n);
    put(&buffer, n);
}
put(&buffer, OVER);
printf("producer stopped!
");
return NULL;
}

/*消费掉缓存中生产出来的数据：消费者线程不断地从共享的循环缓冲区读取数据，当消费-1时，程序终止*/
void * consumer(void * data)
{
int d;
while (1) 
{
    d = get(&buffer);
    if (d == OVER ) break;
    printf(" %d-->get
", d);
}
printf("consumer stopped!
");
return NULL;
}

int main(void)
{
pthread_t th_a, th_b;
void * retval;
init(&buffer);
//创建生产者线程
pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
//创建消费者线程
pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
/* 等待生产者和消费者结束 */
pthread_join(th_a, &retval);
pthread_join(th_b, &retval);
return 0;
}

（二）串行口代码分析

头文件

#include <stdio.h> /*标准输入输出定义*/
#include <stdlib.h> /*标准函数库定义*/
#include <unistd.h> /*linux 标准函数定义*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h> /*文件控制定义*/
#include <termios.h> /*PPSIX 终端控制定义*/
#include <errno.h> /*错误号定义*/
#include <pthread.h>  /*线程库定义*/

打开串口是通过标准的文件打开函数来实现的

int fd;
fd = open( "/dev/ttyS0", O_RDWR); /*以读写方式打开串口*/
if (-1 == fd)/* 不能打开串口一*/
{ 
perror(" 提示错误！");
}

串口设置

最基本的设置串口包括波特率设置，效验位和停止位设置。串口的设置主要是设置struct termios结构体的各成员值。

• 波特率设置：

  struct termios Opt;
  tcgetattr(fd, &Opt);
  cfsetispeed(&Opt,B19200); /设置为 19200Bps/
  cfsetospeed(&Opt,B19200);
  tcsetattr(fd,TCANOW,&Opt);

• 校验位和停止位的设置：
  无效验 8 位

  Option.c_cflag &= ~PARENB;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= ~CSIZE;Option.c_cflag |= ~CS8;

奇效验(Odd) 7 位

Option.c_cflag |= ~PARENB;Option.c_cflag &= ~PARODD;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= ~CSIZE;Option.c_cflag |= ~CS7;

偶效验(Even) 7 位

Option.c_cflag &= ~PARENB;Option.c_cflag |= ~PARODD;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= ~CSIZE;Option.c_cflag |= ~CS7;

Space 效验 7 位

Option.c_cflag &= ~PARENB;Option.c_cflag &= ~CSTOPB;Option.c_cflag &= &~CSIZE;Option.c_cflag |= CS8;

• 设置停止位：
  1 位：options.c_cflag &= ~CSTOPB;
  2 位:options.c_cflag |= CSTOPB;

注：如果不是开发终端，只是串口传输数据，而不需要串口来处理，那么使用原始模式(Raw Mode) 方式来通讯，设置方式如下：

options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); /*Input*/
options.c_oflag &= ~OPOST; /*Output*/

读写、关闭串口

设置好串口之后，读写串口就很容易了，把串口当作文件读写就可以了。

• 发送数据：

  char buffer[1024];
  int Length＝1024;
  int nByte;
  nByte = write(fd, buffer ,Length)

• 读取串口数据：
  使用文件操作read函数读取，如果设置为原始模式(Raw Mode)传输数据，那么read函数返回的字符数是实际串口收到的字符数。可以使用操作文件的函数来实现异步读取，如 fcntl，或者select等来操作。

  char buff[1024];
  int Len＝1024;
  int readByte = read(fd, buff, Len);

• 关闭串口就是关闭文件。

  close(fd);

三、遇到的问题及解决

1.在超级终端运行term时出现错误
<<在 Linux 下串口文件位于/dev 下，一般在老版本的内核中串口一为/dev/ttyS0 ，串口二为 /dev/ttyS1， 在我们的开发板中串口设备位于/dev/tts/下，开发板中没有ttyS0设备导致出现问题，于是我们在超级终端进入了/dev文件夹后输入：ln –sf /dev/tts/0 ttyS0后建立了开发板和超级终端的连接，最终解决了问题。
2..找不到文件
文件夹压缩拷贝到共享文件夹bc之后，在虚拟机命令行中输入./install.sh显示install.sh not found，配置失败。
<<命令行默认文件夹为主目录，应该进入bc再输入命令。注意空格。

四、参考文件

1.信息安全系统设计基础实验图文教程.pdf
2.2410经典实验指导书3.2.pdf
3.2410经典实验指导20110331.pdf
4.2410经典版快速开始手册2.0.pdf

五、心得体会

实验二紧接着实验一做的，所以在实验一的基础上，稍作修改和调整，按照步骤即可完成，相对来说比较轻松和容易。这里说明本来以为实验一二报告写在同一篇中，于是报告一中包含了很多实验二的内容，这实验二报告中就不再一一摘出，仅将实验二实验步骤以及实验所需代码理解列写在此。很感谢搭档宋宸宁同学在试验中及时排忧解难，合作愉快。