Joachim Schröder Tilo Gockel Rüdiger Dillmann. Embedded Linux. Das Praxisbuch. Springer

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1 Joachim Schröder Tilo Gockel Rüdiger Dillmann Embedded Linux Das Praxisbuch Springer

2 Inhaltsverzeichnis Teil I Grundlagen und Plattformen 1 Grundlagen Einführung Architekturen, Plattformen und Geschichtliches Eigenschaften eingebetteter Systeme Formfaktor Mechanik, Kühlung, Robustheit Speichermedien Schnittstellen Stromversorgung Chipsätze Watchdog Echtzeitfähigkeit Betriebssysteme Allgemeine Anforderungen Prozess-Scheduling Systembeispiele Software-Entwicklung Aufbau und Gebrauch des Buches 38 2 Hardware-Plattformen Einführung Network-Attached-Storage NSLU WLAN-Router WL-500gP MicroClient Jr. und Sr OpenRISC Alekto Mini-ITX-Mainboard D945GCLF2 mit Dual-Core Atom CPU Pegelanpassung für die RS-232-Schnittstelle 55

3 8 Inhaltsverzeichnis 3 OpenWrt auf dem WLAN-Router WL-500g Premium Einführung Einrichtung des OpenWrt-Build-Systems Aufspielen des Flash-Images Der erste Einlog-Vorgang Schnelleres Einloggen mit SSH-Keys Software-Entwicklung für OpenWrt Erstellung eigener OpenWrt-Module Warrior-Erweiterung und Kernelmodule unter OpenWrt Debian auf dem NAS-Gerät NSLU Einführung Debian-Installation Erste Schritte Software-Entwicklung für die NSLU NSLU2 als Druckerserver Weiterführende Hinweise Erstellung eines vollständigen NSLU2-Backups Einstellung der Taster-Funktion Probleme beim Booten 84 5 Debian auf dem Embedded-PC OpenRISC-Alekto Einführung Angepasste Debian-Installation Erste Schritte Software-Entwicklung Zugriff auf die Alekto-Hardware Anwendung der /proc-erweiterungen in der Konsole Zugriff über ioctlo-befehle Watchdog-Timer Erstellung eines eigenen Alekto-Kernels Vollständige Debian-Installation 98 6 Puppy Linux auf dem Embedded-PC MicroClient Jr./Sr Einführung Puppy-Installation Paket-Management unter Puppy Software-Entwicklung unter Puppy 105 Teil II Anwendungen 7 Legacy-Schnittstellen und digitale IOs Einführung RS

4 Inhaltsverzeichnis Grundlagen der RS-232-Schnittstelle Ansteuerung und Programmierung Ansteuerung einer seriellen Relaiskarte Centronics und IEEE General Purpose Input/Output (GPIO) Schnittstellenerweiterung über 10-Warrior IO-Warrior-Bausteine Installation der IO-Warrior-Treiber unter Debian Der Inter-IC-Bus Einführung PC-Datenübertragung Konzept Steuersignale Clock Stretching Multi-Master-Betrieb Adressierung I 2 C-Buserweiterungen I 2 C-Anbindung I 2 C-Steckverbindung Verwendung des I 2 C-Busses bei NSLU2 und Alekto I 2 C-Busanbindung über einen IO-Warrior-Baustein Die IO-Warrior-I 2 C-Bibliothek Alternative serielle Bussysteme Controller Area Network (CAN) Local Interconnect Network (LIN) Wire-Bus Serial Peripheral Interface (SPI) Universal Serial Bus (USB) Inter-IC-Bus-Komponenten Einführung Die I 2 C-Bibliothek Die Klasse IICBus Die Klasse IICBase Tastatur- und LC-Display-Ansteuerung mit PCF Philips 8-Bit-I/O-Erweiterung PCF I 2 C-Tastaturmodul Die Klasse IICKeyboard I 2 C-LC-Display LC-Display-Treiberbaustein HD Die Klasse IICDisplay Die Klasse IICIOExpander Temperaturmessung mit DS Dallas DS

5 10 Inhaltsverzeichnis Die Klasse IICTempSensor A/D- und D/A-Wandler Philips PCF Die Klasse IICADConverter TMC222-Schrittmotorsteuerung Trinamic TMC Conrad C-Control I 2 C-Bus-Stepper-Driver Die Klasse IlCStepper Programmierung des TMC222-OTP-Speichers Chipkarten-Ansteuerung EEPROM-Chipkarte AT24Cxx Die Klasse IlCChipcard AES-Verschlüsselung Die Klasse AES I 2 C-Bus-Erweiterung über Multiplexer Philips PCA9548 I 2 C-Multiplexer Die Klasse IICMultiplexer USB-Komponenten Einführung USB-Audioanbindung: МРЗ-Player und Sprachausgabe USB-WLAN-Adapter Grundlagen Netgear МАШ unter Puppy Alternative: WLAN-Anbindung über Access Point USB-Bluetooth-Erweiterung Grundlagen Die Werkzeuge Bluez-Utils Datentransfer mit ObexFTP Serielle Bluetooth-Kommunikation und AT-Befehle Das Mobiltelefon als Fernbedienung USB-GPS-Module Der GPS-Daemon GPSD GPS in der Anwendung Die Klasse GPSReceiver USB-Speichererweiterung Partitionierung und Einbindung eines USB-Sticks Auslagerung des Home-Verzeichnisses auf einen USB-Stick Gerätetreiber und Kernelmodule Einführung Grundlagen Systemarchitektur Der Kernel 234

6 Inhaltsverzeichnis Programmierung von Kernelmodulen Aufbau von Kernelmodulen Übersetzung von Kernelmodulen Test und Debugging Übergabe von Kommandozeilenparametern Zeichenorientierte Gerätetreiber Major-, Minor- und Gerätenummern Modul-Registrierung Gerätetreiber-Registrierung nach alter Schule Implementierung von Dateioperationen Die Struktur f ile_operations Kopieren von Daten zwischen Kernel- und User-Space Die ioctlo-schnittstelle Verwendung von Gerätetreibern in der Anwendung Hardware-Zugriff Zugriff über IO-Ports und IO-Speicher Zugriff über das Dateisystem Multithreading Einführung Grundlagen Posix-Schnittstelle Thread-Funktionen Mutex-Funktionen Funktionen für Zustandsvariablen Beispiel C++-Schnittstelle Die Klasse Thread Die Klasse Mutex Die Klasse WaitCondition Die Klasse PeriodicThread Anwendungsbeispiel: Servo-Ansteuerung Servo-Anbindung an einen PC Software-Entwurf zum Beispiel Linux und Echtzeitfähigkeit Zeitmessung Netzwerkkommunikation Einführung Datenübertragung via UDP Grundlagen zu Sockets Berkeley Sockets Verwendung der Berkeley Socket API Socket-Debugging mit NetCat Host Byte Order und Network Byte Order 310

7 12 Inhaltsverzeichnis Practical Sockets Definition eigener Protokolle auf Anwendungsschicht Verwendung der Practical Sockets Kommunikation mit einer Qt-Anwendung Client-Server-Kommunikation mit Qt Remote-Schrittmotorsteuerung mit grafischer Benutzeroberfläche Interaktion mit einem Webserver via CGI Messdatenanzeige Gezielte Anfragen mit JavaScript Video for Linux Einführung Treiber installation und Inbetriebnahme Bildeinzug unter Linux per V4L Treiberkapselung für die IVT-Bibliothek Intelligente Kamera Einführung Sicherheitssystem mit Bewegungserkennung Weiterführende Informationen Kommentare zum Hardware-Aufbau Triggerung und IEEE 1394-Übertragung Weitere Anwendungen Ausblick Communities, Projekte, Trends 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 A.4.2 Umgebungsvariablen 386 A.4.3 Erstellung von Gerätedateien mit mknod 387 A.4.4 Zugriffsrechte 388

8 Inhaltsverzeichnis 13 A.4.5 Root-Rechte mit sudo 390 A.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 Alternative Hardware-Plattformen 395 B.l Einführung 395 B.2 Router 395 B.3 Network Attached Storage Industrielle Kompaktsysteme Einplatinencomputer Sonderlösungen 396 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 Iibdcl394/librawl C.5.4 IVT 411 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

9 14 Inhaltsverzeichnis E Bezugsquellen 435 F Verzeichnisbaum 439 Literaturverzeichnis 441 Sachverzeichnis 445