Quan Li Bai Giu Xe Su Dung Mini2440CLBRobot-RobotGiaoDuc

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM

SVTH: NGUYỄN ĐỨC THỌ & VŨ QUANG TRƯỜNG 1

CHƢƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Giới Thiệu Về Hệ Thống Nhúng (Embedded Systems) Thế giới được đánh giá đang ở giai đoạn hậu PC – internet, giai đoạn

của môi trường thông minh mà hệ thống nhúng (Embedded Systems) là cốt

lõi, đóng góp vào rất nhiều lĩnh vực và đang làm nên làn sóng đổi mới thứ ba

trong sự phát triển của công nghệ thông tin. Vì lý do này nên việc phát triển

các hệ nhúng và phần mềm nhúng là chiến lược trọng tâm về phát triển công

nghiệp của nhiều quốc gia trên thế giới.

Hệ thống nhúng (Embedded Systems) là hệ thống tích hợp cả phần cứng

và phần mềm nhằm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực

của đời sống. Đặc điểm quan trọng của các hệ thống nhúng là hoạt động ổn

định và tính năng tự động hóa cao. Xu hướng phát triển của các hệ thống

nhúng trên thế giới hiện nay là phần mềm ngày càng chiếm tỷ trọng cao,

ngày càng có nhiều chức năng tiện dụng và thông minh hơn. Các chức năng

này phần lớn do các chương trình nhúng tạo nên. Phần mềm nhúng hiện đang

là một lĩnh vực công nghệ then chốt cho sự phát triển kinh tế của nhiều quốc

gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Phần Lan, Trung Quốc…

Những quốc gia này đều đã thành lập nhiều viện nghiên cứu và trung tâm

phát triển các hệ thống nhúng.

Ngày nay, khi mà những phần mềm nhúng đang trở nên phức tạp hơn

thì việc phát triển các sản phẩm phần mềm nhúng đơn lẻ đã không còn phù

hợp. Để hiện thực được những ứng dụng nhúng phức tạp như vậy phải cần

đến các hệ điều hành nhúng nhỏ gọn có khả năng hỗ trợ tốt cho việc phát

triển các phần mềm nhúng. Các hệ điều hành dùng trong các hệ nhúng nổi

trội hiện nay bao gồm Embedded Linux, VxWorks, Windows CE, Lynyos,

BSD, Green Hills, QNX và DOS. Với nhiều lợi thế, Embedded Linux hiện

nay đang phát triển rất mạnh trên thế giới và chiếm vị trí số 1 trong số các hệ

điều hành nhúng.

Một số sản phẩm nhúng tiêu biểu

www.robotgiaoduc.com www.clbrobot.com



Hình 1.1 Iphone4 (chạy iOS 4) Hình 1.2 HTC Evo 4G (chạy Android)

1.2. Mục Tiêu Luận Văn Và Phƣơng Pháp Thực Hiện 1.2.1. Mục Tiêu

Mục tiêu của luận văn được chia làm 2 phần cơ bản:

Nhiệm vụ chính: Cài đặt và sử dụng hệ điều hành Embedded

Linux trên board mini2440, xây dựng cách viết các driver modules và ứng

dụng chạy trên hệ điều hành.

Nhiệm vụ còn lại: Thiết kế mô hình của quản lí bãi giữ xe trong

đó việc kết hợp giao diện người dùng và phần điều khiển trên cùng một board

làm cho hệ thống đơn giản và thuận tiện hơn. Điều này là minh chứng cho sự

thành công trong việc sử dụng board mini 2440 và xây dựng ứng dụng trên

hệ điều hành nhúng.

1.2.2. Phƣơng Pháp Thực Hiện

Vì tính chất mới của đề tài nên luận văn được thực hiện theo phương

pháp chia từng giai đoạn nhỏ. Mỗi giai đoạn đều được lên kế hoạch với các

mục tiêu, thời gian và người thực hiện cụ thể.

Ví Dụ: - cách chia giai đoạn Giai đoạn Thời gian Khối lượng

1 9 tuần ( 06/09/2010 – 08/11/2010) 40%

2 9 tuần (09/11/2010 - 01/01/2011) 60 %

- Bảng phân công công việc

Công việc Dự kiến Thực tế Người thực hiện

… …. …. …..




1.3. Sơ Lƣợc Về Nội Dung Luận Văn Luận văn bao gồm 9 chương và 1 phần phụ lục

Chương 1: Giới thiệu về đặc điểm, tầm quan trọng cũng như xu

hướng phát triển của hệ thống nhúng trong tương lai. Đồng thời nêu lên mục

tiêu và phương pháp thực hiện luận văn.

PHẦN A: Board Mini 2440 Và Hệ Điều Hành Embeded Linux

Chương 2: Tổng quan chung về phần cứng board Mini2440 từ

processor, memory đến các module khác nhau: USB, ethernet, wifi, camera,

audio, ADC, SD card, GPIO, PWM,…Ngoài ra, tìm hiểu chức năng các

thanh ghi của vi điều khiển S3C2440A phục vụ cho mục đích viết driver bao

gồm: module GPIO, Interrupt controller, timer & PWM.

Chương 3: Tổng quan về định nghĩa và tầm phát triển của hệ

điều hành nhúng. Trong đó đi sâu vào đặc điểm nổi bật của hệ điều hành

BUSY BOX và cách nhúng nó xuống board cũng như việc giao tiếp giữa

board và PC. Cuối cùng, trình bày các công cụ cần thiết nhất cho lập trình hệ

thống nhúng: Operating System, Tool Chain, IDE ( Integrated Development

Environment), …

Chương 4: Giới thiệu Qt như một công cụ lập trình giao diện và

ứng dụng, cách xây dựng một chương trình trong Qt và cách build chương

trình cho tương thích với board mini2440. Các ví dụ được đi kèm nhằm làm

rõ hơn cách viết ứng dụng với Qt.

Chương 5: Device Drivers. Nội dung của chương đề cập tới vai

trò, đặc tính, phân loại driver khác nhau trong nhân Linux kernel. Các thành

phần, tác vụ của một module driver và cách viết một module character driver

hoàn chỉnh cũng như các ví dụ minh họa. Thêm vào đó, cách build và chạy

một loadable driver trong nhân kernel.

PHẦN B: Mô Hình Quản Lí Bãi Giữ Xe Sử Dụng Mini 2440

Chương 6: Trình bày chi tiết phần cứng và nguyên lí hoạt động

của bãi giữ xe.

Chương 7: Đề cập tới cấu trúc chương trình bao gồm 2 phần:

module driver (camera, motor) & giao diện điều khiển người dùng (GUI).

Chương 8: Giới thiệu về những nghiên cứu trong việc nhận dạng

biển số xe và hướng áp dụng vào hệ thống bãi giữ xe hiện tại. Ngoài ra,

chương này cũng trình bày cách build thư viện xử lí ảnh openCV và những lí

do không tương thích.

PHẦN C: Kết luận

Chương 9: Tóm tắt và rút ra kết luận chung về đề tài đồng thời

nêu lên những hướng phát triển tiếp theo trong tương lai.

Tài liệu tham khảo


CHƯƠNG 2: BOARD MINI2440 GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHƢƠNG 2

BOARD FRIENDLY ARM MINI2440

2.1. Giới Thiệu Board Mini2440 2.1.1. Giới Thiệu Chung

Friendly ARM Mini2440 là board phát triển dựa trên dòng vi điều

khiển Samsung S3C2440A. Với kích thước 100x100 (mm), board bao gồm

lõi CPU nguồn source chip và reset chip để đảm bảo sự ổn định hoạt động

của hệ thống.

PCB board được thiết kế với 4 lớp theo công nghệ ENIG và được

sản xuất theo điều kiện nghiêm ngặt.

Ngoài ra, board được trang bị với nhiều loại kết nối (connectors),

giao tiếp (interfaces) và các cổng (ports).Tất cả nhằm cung cấp cho người sử

dụng một công cụ hoàn thiện để nghiên cứu và ứng dụng vào điều khiển.

Hình ảnh thực tế của Friendly ARM Mini2440:

Hình 2.1: Board Friendly ARM Mini2440 thưc tế




2.1.2. Đặc Tính Chung

Items Chi tiết

Kích thước 100 x 100mm

Processor Samsung S3C2440 (ARM920T), tần số hoạt động

400MHz và tối đa 533MHz

Memory SDRAM:

* 64MB SDRAM onboard

* 32 bit data bus

* Clock frequency: up to 100MHz

Flash Memory:

* 64M Nand Flash on board

* 2M Nor Flash on board with preinstalled BIOS

LCD Model number: NL2432HC22 – 23B

Company: NEC

Panel Type: TFT

LCD Size: 8.90cm 3.5’’

Resolution: 320x 240 RGB

Contrast: 10:1

Touch Panel 4-wires Resistive touch panel

Ethernet 10/100 Mbps ( DM9000 network chip)

Touch ADC Touch ADC: 1 biến trở điều chỉnh (adjustable resistance)

USB Port 1 host và 1 slave

SD card 1 slot giao tiếp SD card chuẩn

Audio 1 stereo audio output

1 MIC interface

RTC Battery on board

JTAG 1 2.0mm 10 pin JTAG interface

LEDs 4 user leds

Keypad 6 user buttons

Buzzer 1 PWM control buzzer

Camera 1 20pin Camera Interface (2.0 mm)

Expansion

Interfaces One 34pin 2.0 mm GPIO

One 40pin 2.0 mm system bus

System Clock

Source

Tần số thạch anh: 12MHz

Nguồn cấp 5V với switch tắt bật nguồn

OS Support Linux 2.6

Window CE 5.0

Hình 2.2. Bảng đặc tính chung của board




2.1.3. Phần Cứng * Jumpers

Switch (S1): Power On/ Off

Switch (RST): Reset Board

Switch (S2) : Select boot mode ( Nor Flash hoặc Nand Flash)

Jumper (J2): chọn mức volt cho LCD driver board (3.3V hoặc 5V)

Hình ảnh các module trên board:

Hình 2.3: Các module trên board

* Memory Map

S3C2440 cho phép 2 chế độ boot:

Boot từ Nand Flash

Boot từ Nor Flash

Việc cấp phát bộ nhớ tùy thuộc vào chế độ boot.




Hình 2.4: Memory address allocation

(Left: Nor Flash & Right: Nand Flash)

Tùy thuộc vào chế độ Boot khác nhau mà vùng lựa chọn chip nGCS0 sẽ được

ánh xạ không giống nhau khi vào chế độ start-up mode.

Nor Flash Boot: Nor Flash mapped to nGCS0 Space

Nand Flash Boot: 4KB Boot SRAM mapped to nGCS0 Space

SDRAM address space: 0x30000 000 – 0x34000 000 * Nguồn Cung Cấp(Power Supply)

Nguồn hệ thống board khá đơn giản và được cung cấp trực tiếp bởi

nguồn 5V bên ngoài thông qua adaptor 5V/2A.

Ngoài ra, các nguồn điện áp khác như: 3.3V, 1.8V và 1.25V được tạo ra

trên board thông qua các mạch ổn áp từ nguồn cấp 5V.

Vì board Mini2440 không được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị cầm tay

nên nó không chứa mạch để quản lí nguồn năng lượng cung cấp. Do đó,

mạch cung cấp được điều khiển thông qua switch S1.

Các mạch tạo các mức áp khác trên board:




Hình 2.5: Mạch tạo nguồn 1.8V và 3.3V trên board

Hình 2.6: Mạch tạo nguồn 1.25V trên board

Để thuận tiện hơn cho việc kết nối tới các nguồn cung cấp, socket

CON8 được thiết kế trên board.




Hình 2.7. Các pin trên CON4

* Mạch Reset

Chip Reset MAX 811 được sử dụng để phát hiện tín hiệu reset mức

thấp.

Hình 2.8. Mạch Reset * User LEDs

Thông thường, LED được sử dụng như thiết bị hiển thị thông dụng trên

các board phát triển. Tương tự như vậy, mini 2440 có tất cả 4 leds được nối

tới chân GPIO của CPU và các leds này đều ở tích cực mức thấp.

Bảng sơ đồ chân của Leds:

LED 1 LED 2 LED 3 LED 4

GPIO GPB5 GPB6 GPB7 GPB8

Name in schematic nLED_1 nLED_2 nLED_3 nLED_4

Hình 2.9. Bảng các pin nối tới user leds * User Keys

Mini 2440 có tất cả 6 user keys, được nối ra trực tiếp từ các chân ngắt

của CPU và giữ ở mức thấp. Các chân pin này có thể được sử dụng như

GPIO hoặc các chức năng đặc biệt khác. Để tiện cho người dùng, 6 user keys

được nối tới CON12.




Bảng sơ đồ chân user keys

K1 K2 K3 K4 K5 K6

Related

interrupt

EINT8 EINT11 EINT13 EINT14 EINT15 EINT19

GPIO GPG0 GPG3 GPG5 GPG6 GPG7 GPG11

Hình 2.10. Bảng các pin nối tới buttons

Hình 2.11. Sơ đồ vị trí buttons trên board

* ADC

Trên board có tất cả 4 kênh chuyển đổi ADC và chúng được nối tới

GPIO tại vị trí header CON4. Để thuận tiện hơn cho việc kiểm tra, kênh

AIN0 được nối tới biến trở xoay 10k (W1).

Hình 2.12. Sơ đồ nối chân ADC channel 0




* PWM Buzzer

Buzzer trên board được sử dụng để kiểm tra tín hiệu PWM tại chân

GPB0.

Hình 2.13. Sơ đồ nối chân PWM Buzzer

* Cổng nối tiếp (Serial Ports)

Vi điều khiển S3C2440 có 3 cổng nối tiếp: UART0, UART1 và UART2

và được nối tới các header CON1, CON 2 và CON3. Ngoài ra, để thuận tiện

cho người dùng, UART0 còn đươc chuyển đổi thành RS232 và nối tới

COM0 (DB9 connector).

Hình 2.14. Sơ đồ chân cổng nối tiếp

* USB Interfaces

Có 2 cổng giao tiếp USB interfaces trên board: USB Host và USB

Device interface.

USB Host được sử dụng giống như giao tiếp USB trên PC. Do đó, nó có

thể được sử dụng để kết nối USB Camera, USB Keyboard, USB mouse,…

Trong khi đó, USB Device được sử dụng cho download chương trình xuống

board.




* LCD Interface

LCD Interface là socket trắng 41pin 0.5mm trên board, chứa tất cả các

tín hiệu điều khiển LCD (clock, enable, line-field scan,…) và tín hiệu dữ liệu

RGB data.

Ngoài ra các pin 37, 38, 39 và 40 được sử dụng là 4 dây giao tiếp màn

hình cảm ứng (touch screen interface).

Jumper J2 sử dụng làm tín hiệu lựa chọn nguồn cung cấp cho LCD bao

gồm cả nguồn 5V và 3.3V

Hình 2.15. Sơ đồ các chân giao tiếp LCD

* CMOS Camera Interface

CMOS camera interface cho phép người dùng sử dụng trực tiếp module

Cmos camera 1.3 Mpixels và được truy xuất thoog qua header CON20 trên

board. * Audio Interface

Audio chip UDA1341 được sử dụng thông qua giao tiếp bus I2S. Hệ

thông audio trên board bao gồm: 2 inputs và 1 output.

Ngõ ra output của hệ thống được nối tới 3.5mm stereo jack và 1 ngõ vào

được nối tới microphone trong khi ngõ vào còn lại tại vị trí CON10. *Ethernet Interface

Giao tiếp Ethernet sử dụng chip Davicom DM9000 và connector RJ45

chứa 2 cuộn dây, do đó người dùng chỉ cần 1 cáp mạng thông thường để kết

nối giữa mini2440 với router hoặc switch. * System Bus Interface

Bus hệ thống trên board tại vị trí CON5 bao gồm 16 dây data (D0-D15),

8 dây địa chỉ (A0-A6, A24) và một số dây điều khiển tín hiệu ( chọn chip,




R/W, reset,…).Ngoài ra, nó cũng là nguồn cung cấp áp 5V cho các thiết bị

ngoài. * GPIO

GPIO (General Purpose Input Output) viết tắt của giao tiếp xuất nhập

cho mục đích đa dụng.Trên board, 34pin GPIO được nối ra header CON4

Thực ra, CON4 không chỉ bao gồm các GPIO pins mà còn các pin CPU

khác như: AD0-AD3, CLKOUT,...Các chức năng này hoàn toàn có thể thay

đổi bởi việc cài đặt với CPU.

Sơ đồ chân:

Hình 2.16. Các chân của CON4 trên Board

2.2. VI ĐIỀU KHIỂN S3C2440 2.2.1. Giới Thiệu Chung

Ngày 26/4/1985 mẫu sản phẩm ARM đầu tiên được sản xuất tại công

ty kĩ thuật VLSI SanJose, bang California được chuyển tới trung tâm máy

tính Acorn ở Cambridge, Anh Quốc.Nửa thập niên sau đó, ARM được phát

triển nhanh chóng để làm nhân máy tính để bàn của Acorn, nền tảng cho các

máy tính hỗ trợ giáo dục ở Anh. Trong thập niên 1990, dưới sự phát triển của

Acorn Limited, ARM đã thành một thương hiệu đứng đầu thế giới về các ứng

dụng sản phẩm nhúng đòi hỏi tính năng cao, sử dụng năng lượng ít và giá

thành thấp.

Chính nhờ sự nối trội về thị phần đã thúc đẩy ARM liên tục được phát

triển và cho ra nhiều phiên bản mới.Những thành công quan trọng trong việc

phát triển ARM ở thập niên sau này:




Giới thiệu ý tưởng về định dạng các chỉ lệnh được nén lại

(thumb) cho phép tiết kiệm năng lượng và giá thành của các hệ thống nhỏ.

Giới thiệu họ ARM 9, ARM 11, ARM Cotex…

Các ứng dụng hệ thống nhúng trên lõi ARM ngày càng rộng rãi

Hầu hết các nguyên lí của hệ thống trên chip (System on Chip – SoC)

và cách thiết kế bộ xử lí hiện đại được sử dụng trong ARM. ARM còn đưa ra

một số khái niệm mới như “giải nén động các dòng lệnh”.Việc sử dụng 3

trạng thái: nhận lệnh – giải mã – thực thi trong mỗi chu kì máy mang tính

quy phạm để thiết kế các hệ thống xử lí thực. Do đó nhân ARM được sử

dụng rộng rãi trong các hệ thống phức tạp.

SAMSUNG S3C2440A là dòng vi điều khiển 16/32-bit RISC được

thiết kế để cung cấp cho các thiết bị cầm tay và các ứng dụng với yêu cầu

tiêu thụ năng lượng thấp.

Nó được phát triển với lõi ARM920T, 0.13um theo chuẩn CMOS với

thiết kế đơn giản, ổn định, tiêu thụ năng lượng ít và theo cấu trúc bus mới

AMBA (Advanced Micro Controller Bus Architecture).

2.2.2. Đặc Tính Cơ Bản

Cấu trúc (Architecture)

Cấu trúc 16/32-bit RISC với lõi CPU ARM920T và cấu trúc bus

nội AMBA.

Quản lí hệ thống ( System Manager)

Hỗ trợ cả Little/ Big Endian và các chế độ bus nhanh hoặc chế độ

bus không đồng bộ.

Vùng địa chỉ 128MBytes cho mỗi bank với tổng cộng 1GBytes và độ

rộng data bus 8/16/32 bit. Có tất cả 8 bank vùng nhớ được chia ra: 6 bank

vùng nhớ cho ROM, SRAM; 2 bank cho ROM/SRAM/DRAM đồng bộ.

NAND Flash Boot Loader

Hỗ trợ boot từ vùng nhớ Nand flash.

4KB buffer nội cho việc boot.

Xung Clock và quản lí nguồn ( Clock & Power manager)

- On-chip MPLL & UPLL:

UPLL cấp xung clock cho hoạt động của USB host và USB

device; MPLL cấp xung clock cho hoạt động của MCU ở tần số 400MHz.

- Các chế độ năng lượng:

CPU có tất cả 4 chế độ khác nhau

* Normal Mode: chế độ hoạt động bình thường và xung

clock được cung cấp cho CPU cũng như các ngoại vi.Năng lượng tiêu thụ sẽ

ở mức tối đa khi tất cả các ngoại vi đều được bật. Điều này cho phép người

dùng điểu khiển hoạt động của ngoại vi thông qua phần mềm.

* Slow Mode: chế độ không có vòng khóa pha PLL (Phase

Locked Loop).Chế độ Slow mode sử dụng nguồn xung clock bên ngoài trực

tiếp do đó năng lượng tiêu thụ chỉ phụ thuộc vào tần số nguồn bên ngoài.




* Idle Mode: xung clock được cấp cho tất cả các ngoại vi và

không được kết nối tới CPU nhờ đó giảm năng lượng tiêu thụ.Bất kì nguồn

ngắt nào tới CPU cũng đánh thức nó khỏi chế độ Idle Mode.

* Sleep Mode: tắt các nguồn năng lượng nội bao gồm cả

lõi và các ngoại vi.Khi ở chế độ này, CPU có thể đánh thức bởi các ngắt

ngoài EINT hoặc ngắt RTC alarm.

Bộ điều khiển ngắt

Có tất cả 60 nguồn ngắt khác nhau trong đó các nguồn ngắt ngoài

có thể cài đặt ở chế độ ngắt cạnh hoặc ngắt mức với các mức ưu tiên lập trình

được.

Ngoài ra CPU còn hỗ trợ các nguồn ngắt nhanh (Fast Interrupt

Request) cho các yêu cầu tức thời.

Timer & PWM

4 kênh 16-bit Timer trong đó 1 kênh 16-bit chỉ có chức năng đếm

timer (interval timer).

Cho phép lập trình tần số, chu kì và có thể nhận nguồn xung clock

từ bên ngoài.

GPIO (General Purpose Input / Output Ports)

24 chân ngắt ngoài và 130 chân input/output đa dụng khác.

AD Converter

8 kênh chuyển đổi ADC với độ phân giải 10-bit

UART

3 kênh UART với tốc độ baud lập trình được, cho phép truyền

hoặc nhân data 5-bit, 6-bit, 7-bit hoặc 8-bit

Giao tiếp camera (Camera Interface)

Độ phân giải tối đa 4096x4096 pixels và cho phép quay hình

ảnh theo các trục X,Y hay 180.

Định dạng ngõ ra camera: RGB 16/24 bit

Điện áp hoạt động

* Lõi CPU: 1.20V với tần số 300MHz

1.30V với tần số 400MHz

* Bộ nhớ: 1.8V/ 2.5V/ 3.0V/ 3.3V

* Ngoại vi I/O: 3.3V

Tần số hoạt động:

* Max Fclk = 400MHz

* Max Hclk = 136 MHz

* Max Pclk = 68 MHz

Kiến trúc ARM




Hình 2.17. Kiến trúc S3C2440A




2.2.3. Ngõ Vào Ra Mục Đích Chung GPIO * Đặc Điểm Chung

S3C2440A có tất cả 130 pin I/O và được chia làm 8 ports:

* Port A: 25-output port

* Port B: 11-input/ output port

* Port C: 16-input/ output port

* Port D: 16-input/ output port

* Port E: 16-input/ output port

* Port F: 8-input/ output port

* Port G: 16-input/ output port

* Port H: 9-input/ output port

* Port J: 13-input/ output

Vì mỗi chân pin có nhiều chức năng khác nhau do đó người dùng nên

định nghĩa chức năng của mỗi chân trước khi bắt đầu chương trình chính.

Ví dụ:

Port F bao gồm 8 pins, mỗi pin, ngoài chức năng input/ output

thông thường, còn đươc sử dụng như các nguồn ngắt ngoài.

Hình 2.18. Các chân của Port F

* Các Thanh Ghi Điều Khiển I/O

Mỗi port của vi điều khiển bao gồm một số thanh ghi điều khiển được

sử dụng để cài đặt chức năng chân, lưu giữ dữ liệu hay thanh ghi điều khiển

nguồn ngắt ngoài.

* Thanh ghi cài đặt cổng (Port Configuration Register)

- Số lượng: bao gồm GPACON – GPJCON (từ port A – port J)

- Mục đích: lựa chọn chức năng của chân vi điều khiển.

* Thanh ghi dữ liệu cổng (Port Data Register)

- Số lượng: GPADAT – GPJDAT

- Mục đích: chứa dữ liệu được ghi ra hoặc đọc vào tùy theo port

được cài đặt ở chế độ output hay input.

* Thanh ghi kéo cổng (Port Pull- Up Register)

- Số lượng: GPBUP - GPJUP




- Mục đích: được sử dụng để cho phép hay không cho phép điện

trở kéo lên ở mỗi nhóm cổng.

Bit tương ứng = 0 điện trở kéo lên được cho phép

Bit tương ứng = 1 không cho phép điện trở kéo lên.

* Thanh ghi điều khiển hỗn tạp (Miscellaneous Control Register)

Được sử dụng điều khiển điện trở kéo lên DATA trong các chế độ

Sleep Mode, USB pad và CLKOUT.

Ví dụ:

- Các thanh ghi Port B:

Hình 2.19. Bảng các thanh ghi Port B

- Thanh ghi điều khiển GPBCON:

Hình 2.20. Thanh ghi điều khiển Port B




- Thanh ghi dữ liệu (GPBDAT)

Hình 2.21. Thanh ghi dữ liệu Port B

- Thanh ghi kéo cổng (GPBUP)

Hình 2.22. Thanh ghi kéo cổng Port B

* Thanh ghi điều khiển ngắt ngoài (External Interrupt Control

Register)

Tất cả 24 nguồn ngắt ngoài gây ngắt tới CPU bởi các tín hiệu khác

nhau.Thanh ghi EXTINT cài đặt tín hiệu đó theo mức thấp, mức cao, cạnh

lên, cạnh xuống hay cả hai cạnh.

Hình 2.23. Các thanh ghi điều khiển ngắt ngoài




Hình 2.24. Thanh ghi 0 điều khiển ngắt ngoài






2.2.4. Interrupt Controller 1.Giới Thiệu Chung

Bộ điều khiển ngắt trong S3C2440A nhận tín hiệu ngắt từ 60 nguồn

ngắt khác nhau bao gồm cả các ngoại vi nội như DMA, UART, IIC,…




Khi nhận được nhiều tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm cả ngắt ngoài

và ngắt nội, bộ điều khiển sẽ sinh ngắt FIQ (Fast Interrupt) hoặc IRQ (

Interrupt) sau quá trình phân loại.

Quá trình phân loại phụ thuộc vào mức logic ưu tiên phần cứng và kết

quả được ghi vào thanh ghi chờ đợi ngắt.

*Quá trình xử lí ngắt:

Tất cả các nguồn yêu cầu ngắt từ các nguồn ngắt trước tiên đều được

đăng kí tại thanh ghi chờ nguồn (SRCPND). Sau đó, chúng được chia ra

thành 2 nhóm: FIQ và IRQ tùy theo thanh ghi chế độ ngắt (INTMOD). Quá

trình phân loại các ngắt IRQ dựa vào thanh ghi ưu tiên ngắt (PRIORITY)

Hình 2.27. Quá trình xử lí ngắt.

2.Các Thanh Ghi Điều Khiển Ngắt

* Thanh ghi trạng thái chương trình (PSR – Program Status Register)

Thanh ghi PSR có bit F-bit và I-bit, được sử dụng để cho phép các

loại ngắt.

F-bit = 1 không chấp nhận ngắt FIQ (Fast Interrupt Request)

I-bit = 1 không chấp nhận ngắt IRQ (Interrupt Request)

cần xóa các bit F-bit & I-bit để cho phép bộ điều khiển ngắt nhận

tín hiệu ngắt.

* Thanh ghi nguồn ngắt (SRCPND –Source Pending Register)

Thanh ghi SRCPND bao gồm 32 bit tương ứng với các nguồn ngắt

khác nhau. Mỗi bit được tự động set lên 1 bởi nguồn ngắt tùy theo giá trị bit

trong thanh ghi INTMASK và chỉ ra nguồn ngắt đó đang đợi phục vụ.Thêm

nữa, thanh ghi này không ảnh hưởng tới mức ưu tiên của các ngắt.

Trong chương trình phục vụ ngắt, người dùng nên xóa bít tương

ứng bằng cách ghi dữ liệu 0 ra vị trí bit.




Hình 2.28. Thanh ghi nguồn ngắt SRCPND

* Thanh ghi kiểu ngắt (INTMOD_ Interrupt Mode Register)

ARM920T có 2 kiểu ngắt khác nhau: FIQ (Fast Interrupt Request)

và IRQ (Interrupt Request). Nguồn ngắt thuộc kiểu FIQ nếu bit tương ứng

trong thanh ghi INTMOD bằng 1, trường hợp khác thuộc kiểu IRQ.

Cần chú ý rằng, chỉ duy nhất 1 ngắt FIQ được phục vụ do đó người

dùng chỉ nên sử dụng FIQ cho các ngắt khẩn cấp.

Hình 2.29. Thanh ghi kiểu ngắt INTMOD

* Thanh ghi mặt nạ ngắt (INTMSK – Interrupt Mask Register)

Các bit trong thanh ghi xác định nguồn ngắt nào được phục vụ.

Hình 2.30. Thanh ghi mặt nạ ngắt INTMSK

* Thanh ghi chờ ngắt (INTPND – Interrupt Pending Register)

Các bit của thanh ghi này chỉ ra tín hiệu ngắt nào mà đang đợi

phục vụ có mức ưu tiên cao nhất.




Hình 2.31. Thanh ghi chờ ngắt INTPND

2.2.5 Timer & PWM 1.Giới Thiệu Chung

S3C2440A có 5 timer 16-bit trong đó các timer 0, timer 1,timer 2 và

timer 3 có chức năng PWM.Timer 4 chỉ có chức năng làm interval timer và

không có chân output.Ngoài ra timer 0 có bộ sinh vùng chết (dead-zone

generator) được sử dụng với các thiết bị dòng lớn.

2 bộ 8-bit prescaler và 2 bộ 4-bit divider được dùng để định tần số

xung cho timer và PWM thông qua các bit trong thanh ghi điều khiển TCFG0

và TCFG1.

Thanh ghi bộ đệm đếm timer (TCNTBn) chứa các giá trị đầu được

load vào bộ đếm xuống khi timer được cho phép. Giá trị bộ đệm so sánh

timer (TCMPBn) chứa giá trị được load vào thanh ghi so sánh để so sánh với

giá trị đếm xuống.Các giá trị này cho phép thay đổi ngõ ra ổn định và có thể

thay đổi được tỉ lệ.

Mỗi timer bao gồm một bộ đếm xuống 16-bit, khi giá trị đếm bằng 0

thì ngắt timer sẽ được sinh ra để thông báo CPU biết quá trình hoạt động của

timer đã hoàn tất, đồng thời giá trị trong TCNTBn sẽ tự động được nạp trở lại

vào trong bộ đếm xuống cho lần đếm kế tiếp.Tuy nhiên, quá trình nạp này sẽ

không xảy ra nếu timer dừng (bit cho phép chạy timer không tích cực).




Hình 2.32. Giản đồ các timer & PWM

2.Các Thanh Ghi Điều Khiển Timer PWM

* Thanh ghi 0 cài đặt timer (TCFG0 – Timer Configuration Register 0)

Mục đích:

Thanh ghi được dùng để cài đặt giá trị Prescaler cho các Timer

Công thức tính giá trị xung clock của timer:




Hình 2.33. Thanh ghi 0 cài đặt timer TCFG0

* Thanh ghi 1 cài đặt timer (TCFG1 – Timer Configuration Register 1)

Mục đích: Cài đặt giá trị divider của timer

Hình 2.34. Thanh ghi 1 cài đặt Timer TCFG1

* Thanh ghi điều khiển timer (TCON – Timer Control Register)

Mục đích:

Dùng để điều khiển các hoạt động của timer như: chạy/ dừng,

cập nhật giá trị, inverter on hoặc off.




Hình 2.35. Thanh ghi điều khiển Timer TCON




* Các thanh ghi bộ đệm đếm và thanh ghi bộ đệm so sánh (TCNTBn &

TCMPBn)

Thanh ghi TCNTBn là thanh ghi bộ đệm đếm timer, được dùng để

chứa giá trị đầu được tự động nạp vào bộ đếm xuống TCNTn mỗi khi timer

được cho phép hay đếm tới giá trị 0.

Thanh ghi TCMPBn là thanh ghi bộ đếm so sánh timer, chứa giá

trị được nạp vào thanh ghi so sánh TCMPn để so sánh giá trị đếm xuống của

timer.Khi 2 giá trị này bằng nhau, mức logic của ngõ ra sẽ thay đổi.Vì vậy,

giá trị của TCMPBn được sử dụng cho mục đích điều rộng xung (PWM) để

xác định thời gian turn – on hay turn- off của ngõ ra PWM.

Các thanh ghi TCNTBn & TCMPBn của timer 0, timer 1, timer 2

và timer 3 tương tự nhau.

Hình 2.36. Các thanh ghi bộ đệm đếm và bộ đệm so sánh

Riêng Timer 4 chỉ có chức năng làm timer nội (Interval Timer) và

không có chân output nên chỉ có thanh ghi TCNTB4.

Hình 2.37. Thanh ghi bộ đệm đếm Timer 4

3.Hoạt Động Của Timer

* Chế độ tự động nạp giá trị (Auto –Reload)

Timer PWM S3C2440A cho phép tự động nạp giá trị cho lần hoạt

động kế tiếp mà không cần phải dừng timer hiện tại.Giá trị timer được ghi

vào thanh ghi bộ đệm đếm timer (TCNTBn) và giá trị đếm hiện tại của timer

có thể đọc từ thanh ghi quan sát đếm timer (TCNTOn).

Quá trình tự động nạp của timer thực hiện việc copy giá trị trong

thanh ghi TCNTBn vào thanh ghi đếm xuống TCNTn khi thanh ghi đếm

xuống bằng 0 và chế độ tự động nạp được cho phép.Đồng thời với đó, tín

hiệu ngắt được sinh ra báo CPU về quá trình đếm hoàn tất.




Hình 2.38. Ví dụ về chế độ tự nạp giá trị của Timer

* Các bước để chạy timer:

1. Ghi giá trị ban đầu vào thanh ghi TCNTBn và TCMPBn

2. Set giá trị bit cho phép update bằng tay (manual update bit) và

cài đặt chế độ đảo nếu có (inverter on/ off).

3. Xóa bit cho phép update bằng tay và set giá trị start bit để chạy

timer.

Hình 2.39. Ví dụ cài đặt chạy timer




* Ví dụ hoạt động của timer chế độ PWM

Hình 2.40. Ví dụ về ngõ ra PWM.

Chức năng PWM được sử dụng thông qua thanh ghi so sánh

TCMPBn. Tần số PWM được xác định bởi thanh ghi TCNTBn và giá trị duty

cycle được xác bởi thanh ghi TCMPBn.

Nhờ vào chế độ tự động nạp giá trị nên việc ghi giá trị nạp vào thanh

ghi so sánh TCMPBn có thể được thực hiện tại bất kì điểm nào trong chu kì

PWM hiện tại hoặc trong chương trình phục vụ ngắt ISR (Interrupt Service

Routine).

* Điều khiển mức logic ngõ ra:

Mức logic ngõ ra PWM được điều khiển thay đổi từ 1qua 0 hoặc 0

qua 1 tùy thuộc vào chế độ đảo hay không (inverter on/ off).

Hình 2.41. Mức logic ngõ ra PWM ở chế độ đảo on &off (Inverter on & off)


CHƯƠNG 3: EMBEDDED LINUX GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHƢƠNG 3

EMBEDDED LINUX (BUSY BOX)

3.1 Tìm Hiểu Kiến Thức Cơ Bản Về Linux

3.1.1 Giới thiệu hệ điều hành Linux

3.1.1.1 Lịch sử nhân hệ điều hành Linux

-Linux là một nhân hệ điều hành được phát triển bởi Linus

Torvalds vào năm 1991 trên cơ sở cải tiến phiên bản UNIX có tên Minix do

giáo sư Andrew S.Tanenbaum xây dựng và phổ biến . Sau đó Linus Torvalds

đã công bố mã nguồn của mình cho mọi người và mong muốn mọi người có

thể đóng góp ý kiến , phát hiện lỗi và phát triển nó ngày càng tốt hơn . Và

cũng từ thời điểm đó , theo tư tưởng GNU rất nhiều chuyên gia trên toàn thế

giới đã tham gia vào quá trình phát triển Linux và vì vậy Linux ngày càng

phát triển , mạnh mẽ , ổn định , có độ tin cậy cao và đáp ứng được nhu cầu

của người dùng .

Một số mốc lịch sử quan trọng trong quá trình phát triển nhân hệ điều hành

Linux :

-Sau ba năm nhân Linux ra đời , đến ngày 14-3-1994, hệ điều hành

Linux phiên bản 1.0 được phổ biến . Thành công lớn nhất của Linux 1.0 là nó

đã hỗ trợ giao thức mạng TCP/IP chuẩn UNIX , sánh với giao thức socket

BSD- tương thích cho lập trình mạng . Trình điều khiển thiết bị đã được bổ

sung để chạy IP trên một mạng Ethernet hoặc trên tuyến đơn hoặc qua

modem. Hệ thống file trong Linux 1.0 đã vượt xa hệ thống file của Minix

thông thường , ngoài ra đã hỗ trợ điều khiển SCSI truy nhập đĩa tốc độ cao.

Điều khiển bộ nhớ ảo đã được mở rộng để hỗ trợ điều khiển trang cho các

file swap và ánh xạ bộ nhớ của file đặc quyền .

-Vào tháng 3-1995 , nhân 1.2 được phổ biến. Điều đáng kể của Linux

1.2 so với Linux 1.0 ở chỗ nó hỗ trợ một phạm vi rộng và phong phú phần

cứng , bao gồm cả kiến trúc tuyến phần cứng PCI mới . Nhân Linux 1.2 là

nhân kết thúc dòng nhân Linux chỉ hỗ trợ PC .

-Cách đánh chỉ số các dòng nhân (hệ điều hành) Linux : Hệ thống chỉ số

được chia thành một số mức, chẳng hạn hai mức như 2.4 hoặc ba mức như




2.2.5. Trong cách đánh chỉ số như vậy , quy ước rằng với các chỉ số từ mức

thứ hai trở đi , nếu là số chẵn thì dòng nhân đó đã khá ổn định và tương đối

hoàn thiện , còn nếu là số lẻ thì dòng nhân đó vẫn đang được phát triển tiếp .

-Tháng 6-1996 , nhân Linux 2.0 được phổ biến . Có hai đặc trưng nổi

bật của Linux 2.0 là hỗ trợ kiến trúc phức hợp , bao gồm cả cổng Alpha 64-

bit đầy đủ , và hỗ trợ kiến trúc đa bộ xử lý . Phân phối nhân Linux 2.0 cũng

thi hành được trên bộ xử lý Motorola 68000 và kiến trúc SPARC của SUN .

-Tới năm 2000 , nhân Linux 2.4 được phổ biến . Một trong đặc điểm

được quan tâm của nhân này là nó hỗ trợ mã ký tự Unicode 32 bít , rất thuận

lợi cho việc xây dựng các giải pháp toàn diện và triệt để đối với vấn đề ngôn

ngữ tự nhiên trên phạm vi toàn thế giới .

-Nhân Linux là phần mềm tự do được phân phối theo Giấy phép sở hữu

công cộng phần mềm GNU GPL ( General Public License ) .

Vật lấy phước của nhân Linux là chú chim cánh cụt - Tux .

Hình 3.1: Linus Torvalds và vật lấy phước chú chim cánh cụt

3.1.1.2 Tổ chức của nhân hệ điều hành Linux

-Nhân được ví như trái tim của hệ điều hành . Về bản chất nhân cũng là

một chương trình phần mềm máy tính nhưng ở cấp độ hệ thống có vai trò

điều khiển các thành phần của hệ thống máy tính , quản lý tài nguyên của hệ

thống , cung cấp một số dịch vụ và phần mềm cơ bản cho máy tính , cung




cấp môi trường thực thi có các ứng dụng khác nhau chạy trên hệ thống .

Nhân chính là cầu nối giữa phần cứng vật lý của máy tính với và chương

trình ứng dụng .

-Các dịch vụ của nhân được chạy trong chế độ đặc quyền của bộ xử lý .

Trái lại , các chương trình ứng dụng được chạy trong chế độ người dùng hoàn

toàn cách ly với hệ điều hành . Khi ứng dụng chạy trong chế độ người dùng

gọi tới một dịch vụ hệ thống thông qua một giao diện , bộ xử lý chặn lại lời

gọi và thi hành dịch vụ mức nhân hệ điều hành . Thông thường việc thi thực

thi ở mức nhân đơn giản và nhanh hơn bởi vì nó không bị chuyển giữa chế độ

đặc quyền và không đặc quyền .

Nhân của Linux gồm năm tiểu hệ thống :

-Bộ phân thời gian cho tiến trình ( Process Schedule – SCHED ) :

-Hoạt động của máy tính , tại một thời điểm chỉ có một lệnh được thực

thi . Tuy nhiên các hệ điều hành đa nhiệm như Windows, Linux … đều cho

phép nhiều chương trình chạy cùng một lúc . Các hệ điều hành đa nhiệm có

thể làm được như vậy bằng cách chuyển quyền thực thi qua lại giữa các

chương trình thật nhanh làm cho người dùng có cảm giác các chương trình

chạy cùng lúc với nhau . Vi dụ người dùng có thể vừa soạn thảo văn bản vừa

có thể nghe . Trong hệ điều hành đa nhiệm thì bộ phân thời gian tiến trình

đảm nhiệm nhiệm vụ này .

SCHED được chia thành bốn khối :

-Khối luật định thời (scheduling policy): chịu trách nhiệm phân bố xem

tiến trình ( process ) nào được quyền truy xuất CPU. Hệ thống hoạt động có

thông suốt hay không nhờ vào bộ luật này, tránh trường hợp một tiến trình lợi

dụng sơ hở của điều luật mà chiếm thời gian hệ thống quá nhiều làm các tiến

trình khác bị đóng băng (freeze) .

-Khối phụ thuộc kiến trúc ( architeture-specific ): khối này gồm các mã

assembly phụ thuộc vào mỗi loại CPU dùng để tạm ngưng hoạt động của tiến

trình .

-Khối độc lập kiến trúc (architeture-independent): Khối gọi các hàm từ

khối phụ thuộc kiến trúc và khối luật để chuyển giửa các tiến trình đồng thời

nó còn gọi các hàm ở MM để thiết lập bộ nhớ ảo cho các tiến trình được hồi




phục lại . Khối phụ thuộc kiến trúc sẽ khác nhau ở mỗi loại CPU (ỉ386, apha,

v.v) nhưng khối độc lập kiến trúc thì không đổi .

-Khối hàm gọi hệ thống ( system call ) . Gồm các hàm mà người dùng

có thể dùng để tương tác với SCHED. Khi lập trình Linux và Unix sẽ quen

với các hàm gọi hệ thống này.

Bộ quản lý bộ nhớ ( Memory Manager - MM) :

-Bộ nhớ qui ước của các máy tính chỉ có 640KB . Do BIOS chỉ quản lý

được tới FFFF , vùng nhớ cao từ A0000 trở lên dùng để ánh xạ BIOS , video

card memory và các thiết bị ngoại vi khác , vùng nhớ còn lại tử 9FFFF trở

xuống tương đương với 640KB. Trong chế độ bảo vệ ( protect mode ) của

CPU 32 bit đưa ra khái niệm bộ nhở ảo ( Virtual Memory ) . Lúc này mỗi

tiến trình được cấp tới 4GB bộ nhớ ảo . Nhưng nhân hệ điều hành sẽ tạo ra

một bảng mô tả từng trang của bộ nhớ ảo với bộ nhớ vật lý .Bộ nhớ vật lý

bây giờ bao gồm cả bộ nhớ RAM và vùng nhớ hoán vị trên đĩa cứng .

Hệ thống file ảo :

-Hệ thống này không chỉ cung cấp truy suất đến hệ thống file trên đĩa

cứng mà còn tất cả các ngoại vi . Trong Linux tất cả các tập tin , thư mục và

các thiết bị đều được coi như là file . Ví dụ như máy in , cổng nối tiếp , các ổ

đĩa … đều được truy cập như là file . Linux cũng cung cấp các thuộc tính

truy cập cho file và thư mục , các thuộc tính có thể được thiết lập như cho

phép đọc , cho phép ghi , cho phép thực thi . Linux thiết lập chế độ bảo vệ

đối với các file hệ thống và hạn chế quyền truy cập đối với các thiết bị .

-Giao diện mạng ( Network Interface - NET) :

-Trong nhân Linux dựng sẵn giao thức TCP/UDP , IP và Ethernet .

Bộ truyền thong nội bộ (Inter-process communication IPC) :

Một tiến trình trong Linux giao tiếp với các tiến trình khác và với nhân hệ

điều hành thông qua một cơ chế được gọi là bộ truyền thông nội bộ - IPC .

Nó cho phép các tiến trình gửi hoặc nhận các thông điệp từ một tiến trình

khác , sử dụng chung vùng nhớ chia sẻ và đồng bộ với các tiến trình khác .




3.1.1.3 Tổ chức thƣ mục

Các file trong hệ thống Linux được đặt theo một trật tự trong các thư mục .

Có một thư mục chính trong đó chứa các thư mục con và các file .

Thư mục ./bin : Chứa các file thực thi dạng nhị phân và các chương trình

khởi dộng của hệ thống được .

Thư mục ./boot : Thư mục này chứa file ảnh ( image file ) của nhân dùng cho

quá trình khởi động .

Thư mục ./dev : Thư mục này chứa các file thiết bị .

Thư mục ./etc : Thư mục này chứa các file cấu hình toàn cục của hệ thống .

Thư mục ./home : Thư mục này chứa các thư mục con đại diện cho mỗi

người dùng khi đăng nhập . Đây là nơi làm việc thường xuyên của người

dùng . Khi người quản trị tạo tài khoản cho một người dùng thì sẽ cấp cho

người dùng một thư mục cùng tên với tài khoản người dùng nằm trong thư

mục /home . Người dùng cho mọi quyền thao tác trên thư mục của mình và

không ảnh hưởng đến người dùng khác .

Thư mục ./lib : Thư mục này chứa các file thư viện .so hoặc .a . Các thư viện

C và lien kết động cần cho chương trình chạy và cho toàn hệ thống .

Thư mục ./lost+found : Khi chạy chương trình fsck , nếu tìm thấy một chuỗi

dữ liệu nào thất lạc trên đĩa cứng và không lien quan đến các tập tin , Linux

sẽ gom chúng lại và đặt trong thư mục này để nếu cần người dùng có thể đọc

và giữ lại dữ liệu bị mất .

Thư mục ./mnt : Thư mục này chứa các kết gán ( mount ) tạm thời đến các ổ

đĩa hoặc thiết bị khác .

Thư mục ./sbin : Thư mục này chứa các file thực thi của hệ thống dành cho

người quản trị hệ thống .

Thư mục ./tmp : thư mục này dùng để chứa các file tạm mà chương trình tạo

ra lúc chạy . Các file này sẽ được hệ thống dọn dẹp khi các chương trình kết

thúc .

Thư mục ./usr : Thư mục này chứa nhiều thư mục con như /usr/bin ,

/usr/local … và đây cũng là một trong những thư mục con quan trọng của hệ




thống , bên trong thư mục con này (/usr/local) cũng chứa đầy đủ các thư mục

con tương tự ngoài thư mục gốc như sbin, lib, bin… Nếu nâng cấp hệ thống

thì các chương trình người dùng cài đặt trong thư mục /usr/local vần giữ

nguyên và không sợ các chương trình bị mất mát.

Thư mục ./var : Thư mục này chứa các file biến thiên bất thường như các file

dữ liệu đột nhiên tăng kích thước trong một thời gian ngắn sau đó lại giảm

kích thước xuống còn rất nhỏ. Điển hình là các file dùng làm hàng đợi chứa

dữ liệu cần đưa ra máy in hoặc các hàng đợi chứa thư điện tử .

3.1.1.4 Các lệnh cơ bản trong linux

a. Lệnh liên quan đến hệ thống

• exit: thoát khỏi cửa sổ dòng lệnh.

• logout: tương tự exit.

• reboot: khởi động lại hệ thống.

• halt: tắt máy.

• startx: khởi động chế độ xwindows từ cửa sổ terminal.

• mount: gắn hệ thống tập tin từ một thiết bị lưu trữ vào cây thư mục chính.

• unmount: ngược với lệnh mount.

b. Lệnh thao tác trên tập tin

• ls: lấy danh sách tất cả các file và thư mục trong thư mục hiện hành.

• pwd: xuất đường dẫn của thư mục làm việc.

• cd: thay đổi thư mục làm việc đến một thư mục mới.

• mkdir: tạo thư mục mới.

• rmdir: xoá thư mục rỗng.

• cp: copy một hay nhiều tập tin đến thư mục mới.

• mv: đổi tên hay di chuyển tập tin, thư mục.

• rm: xóa tập tin.

• wc: đếm số dòng, số kí tự... trong tập tin.

• touch: tạo một tập tin.

• cat: xem nội dung tập tin.

• vi: khởi động trình soạn thảo văn bản vi.

• df: kiểm tra dung lượng đĩa.

• du: xem dung lượng đĩa đã dùng cho một số tập tin nhất định

c. Lệnh khi làm việc trên terminal

• clear: xoá trắng cửa sổ dòng lệnh.

• date: xem ngày, giờ hệ thống.

• cal: xem lịch hệ thống.




d. Lệnh quản lí hệ thống

• rpm: kiểm tra gói đã cài đặt hay chưa, hoặc cài đặt một gói, hoặc sử dụng để

gỡ bỏ một gói.

• ps: kiểm tra hệ thống tiến trình đang chạy.

• kill: dừng tiến trình khi tiến trình bị treo. Chỉ có người dùng super-user mới

có thể dừng tất cả các tiến trình còn người dùng bình thường chỉ có thể dừng

tiến trình mà mình tạo ra.

• top: hiển thị sự hoạt động của các tiến trình, đặc biệt là thông tin về tài

nguyên hệ thống và việc sử dụng các tài nguyên đó của từng tiến trình.

• pstree: hiển thị tất cả các tiến trình dưới dạng cây.

• sleep: cho hệ thống ngừng hoạt động trong một khoảng thời gian.

• useradd: tạo một người dùng mới.

• groupadd: tạo một nhóm người dùng mới.

• passwd: thay đổi password cho người dùng.

• userdel: xoá người dùng đã tạo.

• groupdel: xoá nhóm người dùng đã tạo.

• gpasswd: thay đổi password của một nhóm người dùng.

• su: cho phép đăng nhập với tư cách người dùng khác.

• groups: hiển thị nhóm của user hiện tại.

• who: cho biết ai đang đăng nhập hệ thống.

• w: tương tự như lệnh who.

• man: xem hướng dẫn về dòng lệnh như cú pháp, các tham số...

Để hiểu và sử dụng tốt các câu lệnh trên, các chúng ta có thể sử dụng

lệnh man với cú pháp: man ten_cau_lenh để có được những thông tin đầy đủ

về chức năng cũng như cú pháp của câu lệnh

3.2 Hệ Điều Hành BUSY BOX

3.2.1 Giới thiệu chung

3.2.1.1 Định nghĩa: Mệnh danh là The Swiss Army Knife of Embedded

Linux, busy box cung cấp một file thực thi duy nhất busybox có khả năng

chạy rất nhiều ứng tiêu chuẩn trên môi trường Linux nhưng ping, cat, telnet...

Các ứng dụng này đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của người dùng mặc dù một

số chức năng và option của các ứng dụng đã bị bỏ bớt để phù hợp với kích

thước của môi trường nhúng (Vd: lệnh ping trong busy box không cho phép

người dùng chỉ định interval (-I) như lệnh ping chạy trên một host x86).




- BUSY BOX là hệ điều hành thu nhỏ chỉ chứa những thàh phần cơ

bản của hệ điều hành như nhân,các bộ dịch,các gói lệnh….Và do đó ta có thể

add thêm những công cụ hay các bộ dịch cần thiết cho công việc thực hiện

các ứng dụng điều khiển của chúng ta.Một mặt thuận lợi là đây là hệ điều

hành thu nhỏ nên rất thích hợp với những tài nguyên hạn chế của board.Ta

chỉ cần thiết lập những cong cụ cần thiết cho việc sử dụng lập trình điều

khiển,chứ không tích hợp nhiều thứ không cần thiết như Qtopia 2.2.0,chiếm

đến 48Mbytes.

- Busy box có thể download tại trang chủ BusyBox. Busy box có giao

diện compile rất giống với giao diện compile của Linux kernel

3.2.2 Cài đặt Busybox cho platform Arm9 và mini2440

-Download linux-busybox-mini2440-1.13.3.tgz từ địa chỉ sau:

Code:

http://friendlyarm.net/dl.php?file=linux-busybox-mini2440-1.13.3.tgz

.

- Giải nén file linux-busybox-mini2440-1.13.3.tgz , ở đây nó được

giải nén vào thư mục gốc /, tuy nhiên có thể giải nén vào bất cứ thư mục nào

cũng được.

Code:

# tar –xvzf ./ linux-busybox-mini2440-1.13.3.tgz –C /

-Tại thư mục vừa giải nén gõ lệnh để config cho busy box:

Code:

@host:/busybox# make xconfig

Trong phần config này, có 2 chức năng quan trọng nhất cần quan tâm cho

platform ARM là cross compile và thư mục cài đặt. Các phần config bên

dưới sẽ chỉ ra ứng dụng nào cần được cross compile và tích hợp vào file thực

thi busybox, chúng ta check vào các ứng dụng cần thiết để activate chúng.

Code:

@host:/busybox# make


http://www.busybox.net/



@host:/busybox# make install

-Để có thể gọi các ứng dụng của busy box trực tiếp từ dòng lệnh mà

không cần phải chỉ đường dẫn, chúng ta sẽ đưa /bin của busy box vào search

PATH của mini2440

Code:

@host/# gedit /nfs/root/.bashrc

export PATH=$PATH:/busybox/bin

-Khi install busy box đã tự tạo cái soft link với tên tương ứng với các

ứng dụng và dẫn đến file thực thi busybox, chúng ta chỉ cần gọi tên ứng dụng

là có thể chạy được bình thường.

3.3 ROOT FILE SYSTEM


-Bên cạnh boot loader và kernel, root file system là một thành phần

quan trọng của hệ thống. Root file system có thể build độc lập với 2 phần còn

lại, miễn là kernel có thể hỗ trợ định dạng của root file system. Root file

system này sẽ chứa tất cả các directory, file và tài khoản người dùng trong hệ

thống Linux

Một root file system cơ bản bao gồm các directory sau đây:

/bin chứa các file thực thi của người dùng.

/boot Chứa các file dùng cho việc boot hệ thống.

/dev Chứa các device file.

/etc Chứa các file cấu hình cho hệ thống và ứng dụng.

/home thư mục home của các user khác là thư mục con của thư mục này.

/lib chứa các thư viện liên kết động.

/media một directory chuyên dùng để mount các media.

/mnt directory để mount các file system tạm thời

/opt chứa các software tùy chọn.

/proc điểm để mount một file system ảo, chứa thông tin của kernel đang chạy

hiện hành.

/root thư mục home của tài khoản root.

/sbin chứa các file thực thi với quyền super user.

/sys điểm để mount filesystem ảo, chứa thông tin và điều khiển hệ thống

(device, bus, drivers...).

/tmp mount một file system ảo trên RAM, sẽ bị xóa hết khi hệ thống khởi

động lại.

/usr chứa các ứng dụng cho các users.

/var chứa dữ liệu do các trình daemon ghi lại (log file, update packages...).




3.3.2 Build root file system

-Tạo thư mục có tên là rootfs:

Code:

mkdir /embeddedlinux/mini2440/rootfs

-Copy những gì build được trong thư mục busybox/_install bỏ vào trong

rootfs.

Code:

cd /embeddedlinux/mini2440/rootfs

cp -a /embeddedlinux/mini2440/toolchain/busybox/_install/* ./

Ta sẽ có một số các thư mục mới trong rootfs:

-Tạo các thư mục cần thiết còn lại

Code:

mkdir dev

mkdir -p etc/init.d

mkdir lib

mkdir mnt

mkdir proc

mkdir sys

mkdir -m 777 tmp

mkdir var

-Copy các thư viện trong arm-linux-gcc-4.3.2 bỏ vào trong thư mục lib

Code:

cd /embeddedlinux/mini2440/rootfs/lib

cp -a /embeddedlinux/mini2440/toolchain/usr/local/arm/4.3.2/arm-none-

linux-gnueabi/libc/armv4t/lib/* .

-Tạo thêm một output

Code:

cd /embeddedlinux/mini2440/rootfs/dev

mknod console c51

-Tạo file inittab trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc với

nội dụng




::sysinit:/etc/init.d/rcS

::askfirst:-/bin/sh

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/bin/umount -a -r

::shutdown:/sbin/swapoff -a

::restart:/sbin/init

::respawn:/sbin/getty -L 115200 /dev/tty0 vt100

-Tạo file có tên là rcS trong thư mục

/embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc/init.b

Code:

gedit ./etc/init.b/rcS

Trong file này ta cần sửa nội dung như sau:

#! /bin/sh

#Setup the bin file location and export to system PATH

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin

umask 022

export PATH

# mount the filesystem directories

mount -a

mkdir /dev/pts

mount -t devpts devpts /dev/pts -o mode=0622

# create device nodes and directories

echo /sbin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug

mdev -s

mkdir /var/lock

# start logging utility services

klogd

syslogd

# set system clock from RTC

hwclock -s

# set host and config loopback interface

ifconfig lo 127.0.0.1




-Tạo file mdev.conf file trong thưc mục

/embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

Code:

gedit mdev.conf

Sau khi mở cửa sổ soạn code ta soạn thảo chương trình như sau:

# system all-writable devices

full 0:0 0666

null 0:0 0666

ptmx 0:0 0666

random 0:0 0666

tty 0:0 0666

zero 0:0 0666

# console devices

tty[0-9]* 0:5 0660

vc/[0-9]* 0:5 0660

# serial port devices

s3c2410_serial0 0:5 0666 =ttySAC0




# loop devices

loop[0-9]* 0:0 0660 =loop/

# i2c devices

i2c-0 0:0 0666 =i2c/0

i2c-1 0:0 0666 =i2c/1

# frame buffer devices

fb[0-9] 0:0 0666

# input devices

mice 0:0 0660 =input/

mouse.* 0:0 0660 =input/

event.* 0:0 0660 =input/

ts.* 0:0 0660 =input/




# rtc devices

rtc0 0:0 0644 >rtc

rtc[1-9] 0:0 0644

# misc devices

mmcblk0p1 0:0 0600 =sdcard */bin/hotplug

sda1 0:0 0600 =udisk * /bin/hotplug

-Tạo file fstab trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

# device mount-point type options dump fsck order

proc /proc proc defaults 0 0

sysfs /sys sysfs defaults 0 0

tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0

tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0

var /var tmpfs defaults 0 0

-Tạo file group trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

Code:

grep root

/etc/group>group

-Tạo file password trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

Code:

grep root /etc/passwd>passwd

-Tạo file profile trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

Code:

USER="`id -un`"

LOGNAME=$USER

PS1='[\u@\h \W]\# '

PATH=$PATH

HOSTNAME=`/bin/hostname`

export USER LOGNAME PS1 PATH HOSTNAME




-Tạo file issue trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

Code:

Welcome to Mini2440

Kernel \r on an \m (\l)

-Tạo file resolv.conf trong thư mục /embeddedlinux/mini2440/rootfs/etc

Code:

nameserver 192.168.55.244

nameserver 168.95.1.1

3.3.3 Cài đặt

-Để có thể tạo được một root file system chạy được, chúng ta

phải chép các file vào các thư mục ở trên cho phù hợp (libc vào /lib,

configuration file vào /etc, các file thực thi vào /bin, ...), điều này không khó

nhưng tốn thời gian để có thể cross compile tất cả các file thực thi và thư viện

cần thiết, và chép thủ công vào root file system này. Chúng ta có thể sử dụng

một root file system có sẵn để làm phần khung và cài đặt thêm ứng dụng

hoặc chỉnh sửa các phần có sẵn cho phù hợp với mục đích sử dụng của mình.

Ở đây, chúng ta sử dụng root file system của Embedian có thể download tại

http://mini2440.googlecode.com/files...talled.tar.bz2. Sau khi tải về chúng ta

giải nén file

Code:

@host:# tar -xjvf emdebian-grip-090306-armel-lenny-installed.tar.bz2 -C

/nfs

-Các thư mục được xả nén ra trong /nfs có cấu trúc tương tự như

cái thư mục giới thiệu ở phía trên. Chúng ta có thể thay đổi, hiệu chỉnh trên

thư mục này, sau đó chúng ta có thể dùng nó để làm root file system cho

Mini2440 thông qua mạng (network file system) , hoặc biến thư mục này

thành một file ảnh và chép vào NAND memory. Ở đây, chúng ta giải nén file

vào thư mục /nfs để tiếp tục phát triển..

-Khung sườn mini2440_rootfs đã khá là hoàn chỉnh nhưng vẫn

thiếu một số ứng dụng cần thiết cho phát triển mini2440. Việc đưa một ứng

dụng sang chạy được trên platform ARM của mini2440 khó hay dễ phụ thuộc

vào source code của ứng dụng, nếu ứng dụng là portable thì chúng ta có thể

dễ dàng chạy lệnh ./configurate với các thông số phù hợp để tiến hành cross

compile, các ứng dụng phức tạp hơn đòi hỏi phải cross compile các thư viện


http://mini2440.googlecode.com/files/emdebian-grip-090306-armel-lenny-installed.tar.bz2



kèm theo ứng dụng, và phức tạp nhất là chỉnh sửa code của ứng dụng để có

thể cross compile.

3.4 CROSS COMPILE DROPBEAR


-Các hệ thống nhúng trong khi phát triển có thể dùng cáp serial để nối

trực tiếp và cấu hình nhưng khi hệ thống đã chạy ổn định và có thể kết nối

mạng sẽ sinh ra nhu cầu cấu hình từ xa cho hệ thống (vd như các router và

switch trong mạng). Busybox cung cấp inetd, một ứng dụng chạy daemon

giúp người dùng có thể telnet vào thiết bị, tuy nhiên các phiên cấu hình dùng

telnet là không an toàn vì dữ liệu hoàn toàn không được mã hóa và có thể đọc

được dễ dàng (kể cả mật khẩu để telnet vào thiết bị). Để tạo một kết nối cấu

hình an toàn hơn, chúng ta có thể sử dụng ssh, daemon cho ứng dụng này là

dropbear.

3.4.2 Cài đặt

-Dropbear có thể được download tại Dropbear SSH server and client.

Sau đây chúng ta sẽ tiến hành cross compile dropbear cho ARM platform.

-Dropbear yêu cầu liên kết với thư viện zlib, nên đầu tiên chúng ta cần

download zlib tại zlib Home Site(www.zlib.net) và cross compile nó

Code:

@host:# tar -xvf ./zlib-1.2.5.tar.gz

@host:# cd ./zlib-1.2.5/

@host:/zlib-1.2.5$ mkdir build

@host:/zlib-1.2.5$ CC=arm-linux-gcc ./configure --prefix=./build

@host:/zlib-1.2.5$ make

@host:/zlib-1.2.5$ make install

Quá trình cross compile dropbear như sau:

@host:/# tar -xvf ./dropbear-0.52.tar.gz

@host:/# cd ./dropbear-0.52/

@host:/# dropbear-0.52$ mkdir build

@host:/# dropbear-0.52$ CC=arm-linux-gcc ./configure --with-zlib=/zlib-

1.2.5/build --prefix=/dropbear-0.52/build/ --host=arm

@host:/# dropbear-0.52$ make scp

@host:/# dropbear-0.52$ make


http://matt.ucc.asn.au/dropbear/dropbear.html

http://www.zlib.net/



@host:/# dropbear-0.52$ make install

@host:/# dropbear-0.52$ cp ./scp ./build/bin/

Bây giờ, chúng ta có thể chép các file thực thi của dropbear lên root file

system của mini2440:

Code:

@host:/dropbear-0.52# cp ./build/bin/* /nfs/bin/

@host:/dropbear-0.52# cp ./build/sbin/* /nfs/sbin/

@host:/dropbear-0.52# mkdir /nfs/etc/dropbear

@host:/dropbear-0.52# cp ./dropbear_dsa_host_key /nfs/etc/dropbear/

@host:/dropbear-0.52# cp ./dropbear_rsa_host_key /nfs/etc/dropbear/

-Chúng ta cần cho phép dropbear autorun khi hệ thống bắt đầu khởi

động

Code:

@host:/# gedit /nfs/etc/init.d/dropbear.sh

-Ghi nội dung này vào file dropbear.sh

Code:

echo “dropbear daemon started”

/sbin/dropbear -F -d /etc/dropbear/dropbear_dsa_host_key -r

/etc/dropbear/dropbear_rsa_host_key &

@host:/# chmod 777 /nfs/etc/dropbear/dropbear.sh

@host cd /nfs/etc/rc2.d/

@host:/nfs/etc/rc2.d/# ln -s ../init.d/dropbear.sh ./S99dropbear

-Cần lưu ý là soft link ở trên phải là một relative path, do nếu dùng

absolute path thì khi khởi động mini2440 sẽ không hiểu thư mục /nfs ở đâu.

Để thực hiện ssh vào mini2440, chúng ta dùng lệnh sau

Code:

@host:/# ssh root@mini2440_ip




3.5 BUILD GDB CHO EMBEDDED LINUX

-Như chúng ta đã biết gdb là một công cụ khá hiệu quả để debug cho

chương trình. Hiện tại trong gói toolchain arm-linux-gnu cũng có sẵn công cụ

này nhưng lại không chạy được. Vì vậy đễ cài đặt cho embedded linux, ta chỉ

có cách là build lại và cài lại. Các bước thực hiện như sau. Lưu ý nên thực

hiện vô cùng cẩn thận từng bước.

Bƣớc 1: Biên dịch gdb client đễ chạy trên máy tính

-Download gói cài đặt gdb 7.0 về máy. Sau đó giải nén và build theo các

lệnh sau:

Code:

1. tar xvf gdb-6.8.tar.gz

2. cd gdb-7.0

3. ./configure --build=x86 --host=x86 --target=arm-linux

4. make

5. make install DESTDIR=$PWD/_build

Sau khi biên dịch xong thì vào trong trong thư mục _build kiếm file thực thi

arm-linux-gdb bỏ riêng ra để xài về sau.

Bƣớc 2: Biên dịch gdb server đễ chạy trên board.

-Trước tiên ta phải build một gói thư viện phụ tên là termcap. Đầu tiên

down termcap về sau đó giải nén và tiến hành cài đặt:

Code:

export CC=arm-linux-gcc

export RANLIB=arm-linux-ranlib

./configure --host=powerpc-7450-linux-gnu --prefix=$HOME/term/termcap

make install

-Sau khi biên dịch thành công tiến hành khai báo bổ sung hai biến môi

trường:

Code:

export LDFLAGS="-static -L$HOME/term/termcap/lib"

export CPPFLAGS="-I$HOME/term/termcap/include"

-Cuối cùng tiến hành biên dịch cho gdb server. Giải nén gdb 7.0 ra

máy, lưu ý là giải nén chứ không xài lại gdb 7.0 dùng ở bước 1, sau đó tiến

hành configure và biên dịch.

Code:




# cd gdb-7.0

# ./configure --host=arm-linux

# make install DESTDIR=$PWD/_build

-Khi máy biên dịch xong, vào trong thư mục _build lấy ra file

gdbserver bỏ vào thư mục /usr/bin/ của board.

Bƣớc 3: Kiểm tra gdb:

-Ta viết một chương trình đơn giản rồi bỏ lên board, lúc biên dịch

chương trình thêm đối số -g vào lệnh biên dịch. Sau đó trên board thực hiện

gọi gdbserver:

Code:

gdbserver 192.168.1.10:1234 myprograme

-Trong đó 192.168.1.10 là ip của máy tính host nối với board.Trên

máy host ta gọi chương trình arm-linux-gdb

Code:

arm-linux-gdb --se=myprograme

target remote 192.168.1.11:1234

Trong đó 192.168.1.11 là ip của board.

Nếu connect thành công thì thực hiện tương tự như gdb bình thường (chi tiết

tham khảo gdb user manual).

3.6 QT VIRTUAL FRAMEBUFFER 3.6.1 Giới thiệu

-QT Virtual Framebuffer (QVFb) được cung cấp như là một phần của

gói phân phối chuẩn.QVFb cho phép chương trình Qt/Embedded có thể

được phát triển trên máy để bàn mà không cần phải chuyển giữa thiết bị xuât

nhập điều khiển và hệ điều hành window.Nó chạy như một ứng dụng window

bình thường trên máy tính để bàn nhưng lại cung cấp một bộ nhớ đệm ảo cho

các ứng dụng nhúng Qt/Embedded.Nhữn thiết bị Linux xuất vào màn hình

dùng một bộ nhớ đệm ảo và QVFb giả lập hành vi này.

-Khi QVFb được bắt đầu tạo những file mà các ứng dụng Qt/Ebedded

có thể phát hiện được và sử dụng để kết nối đến QVFb.Chuyện này cũng

được làm tương tự nếu các tập tin đã ở trên các thiết bị thật mà đã được liên

kết với bộ nhớ đệm, do đó đối với ứng dụng chạy trên QVFb cũng không có

sự khác biệt.




-Nếu mà một ứng dụng nhúng chạy trên máy tính mà không sử dụng

QVFb thì màn hình sẽ có những hành vi sai lệch.Việc hiển thị có lẽ sẽ xuất

hiện như thể là nó bị tấn công bởi một virus và bất cứ thông tin nào được

hiển thị sẽ vô nghĩa.

-Để cài đặt virtual framebuffer mô phỏng màn hình embedded linux trên

PC x86 ta cần phải cài đặt tất cả 3 phiên bản Qt trên máy tính

+ Qt for x86 dùng cho việc build qvfb vỉtual framebuffer

+Qt embedded for x86 dùng cho việc build các ứng dụng

embedded linux chạy trên vỉtual framebuffer

+Qt embedded for arm dùng cho việc build ứng dụng chạy trên

board arm

source download từ http://ftp3.ie.freebsd.org/pub/trolltech/pub/qt/source/qt-

everywhere-opensource-src-4.6.2.tar.gz

Qt everywhere được dùng để build cho cả 3 phiên bản Qt (x86 và arm)

compiler arm-linux-gcc cho qt embedded

g++ cho Qt for x86

3.6.2 Qt for x86

-Giải nén gói cài đặt

Code:

$ tar xzvf qt-everywhere-opensource-src-4.6.2.tar.gz -C /

-Rename thư mục vừa cài đặt tạo thành qt-x86

-Vào thư mục qt-x86 thiết lập cấu hình,build và cài đặt

Code:

$ cd /qt-x86

$ ./configure -prefix /usr/local/qt-x86 -qvfb

$ make

$ make install

Đến đây Qt for x86 đã được cài đặt vào thư mục /usr/local/qt-x86 nhưng

QVFb vẫn chưa cài đặt.


http://ftp3.ie.freebsd.org/pub/trolltech/pub/qt/source/qt-everywhere-opensource-src-4.6.2.tar.gz

http://ftp3.ie.freebsd.org/pub/trolltech/pub/qt/source/qt-everywhere-opensource-src-4.6.2.tar.gz



-Ta tiến hành build QVFb

Code:

$ cd /qt-x86/tools/qvfb/

$ /usr/local/qt-x86/bin/qmake qvbf.pro

$ make

Đến đây ta đã có file thực thi qvfb.

Ta có thể chỉ đuờng dẩn cho biến môi trường PATH đến /qt-x86/bin (nên làm

theo cách này) hoặc copy qvfb từ thư mục /qt-x86/bin/ vào thư mục dành

riêng cho Qt for x86 /usr/local/qt-x86/bin và chỉ PATH đến đây.

3.6.3 Qt embedded cho x86

-Cần cài đặt gói libxtst-dev, libtiff4-dev, libdbus-1*

Code:

$ apt-get install libxtst-dev

$ apt-get install libtiff4-dev

$ apt-get install libdbus-1*

-Giải nén gói cài đặt

Code:

$ tar xzvf qt-everywhere-opensource-src-4.6.2.tar.gz -C /

rename thư mục vừa tạo thành qte-x86

-Vào thư mục qte-x86 để cấu hình,build và cài đặt

Code:

$ cd /qte-x86

$ ./configure -prefix /usr/local/qte-x86 -qvfb -qt3support -debug-and-release

-system-zlib -system-libtiff -system-libpng -system-libjpeg -qt-libmng -make

libs -nomake examples -nomake demos -nis -no-cups -xplatform qws/linux-

x86-g++ -embedded x86 -depths 16,24,32 -qt-gfx-qvfb -no-gfx-linuxfb -no-

gfx-transformed -no-gfx-vnc -no-gfx-multiscreen -plugin-sql-sqlite -no-glib -




dbus -qt-kbd-qvfb -qt-mouse-qvfb

$ make

$make install

Qt embedded for x86 build xong sẽ nằm trong thư mục /usr/local/qte-x86,

nhưng sẽ không có các ví dụ lẫn demo. Để sử dụng các ví dụ lẫn demo ta

phải trở lại thư mục source /qte-x86

3.6.4 Qt Embedded cho ARM

Tiến hành cài đặt như ở phần cài đặt Qt embedded cho arm ở chương 5.

3.6.5 Demo ứng dụng với virtual framebuffer

-Bật 1 terminal để tiến hành lệnh thêm đường dẫn vào biến môi trường

Code:

$ PATH=$PATH:/qt-x86/bin

-Mở của sổ virtual framebuffer

Code:

$ qvfb

-Bật 1 terminal khác để build và chạy demo

Code:

$ cd /qte-x86/example/qws/simpledecoration

$ /usr/local/qte-x86/bin/qmake simpledecoration

$ make

$ ./simpledecoration -qws

Kết luận: virtual có thể mô phỏng hầu hết các ứng dụng liên quan

đến framebuffer của embedded linux vì cơ chế hiện thực tương đối giống

nhau. Tuy nhiên vẫn còn một số lỗi nhỏ chưa khắc phục được.




3.7 TOOLCHAIN: là một tập các công cụ phần mềm cần thiết để xây dựng

các chương trình trên máy tính. Thường thì toolchain bao gồm linker,

assember, archiver, C compiler, C library và C headers.

3.7.1./Arm-Linux-Gcc

Cross-platform toolchain hay thường được gọi tắt là cross toolchain được

dùng để chạy trên platform các máy tính dùng để phát triển (development

platform – thường là các máy x86) và xây dựng chương trình để chạy trên một

platform khác. Ta sẽ sử dụng cross toolchain chạy trên platform x86, sau đó

thực hiện xây dựng các chương trình cần thiết phù hợp với kiến trúc ARM9 và

nạp lên board Friendly ARM mini2440.

Công việc đầu tiên thường là cấu hình và xây dựng một cross toolchain

thích hợp dùng để phát triển toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên công việc này rất

phức tạp và đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về sự liên quan giữa các thành phần

trong toolchain, nắm vững các chi tiết về các version của GNU toolchain và

một loạt những công việc nhàm chán khác. Thường thì việc này không dành

cho những người mới bắt đầu làm quen với việc phát triển hệ thống nhúng

Linux. Do đó hầu hết sẽ sử dụng các cross toolchain được xây dựng sẵn và

cung cấp bởi các site có uy tín. Trong đề tài này, cross toolchain được sử dụng

là bộ arm-linux-gcc phiên bản 4.3.2 được xây dựng sẵn và có trên website của

FriendlyARM. Việc chuẩn bị cross toolchain sẽ được trình bày từng bước ngay

sau đây.

- Download arm-linux-gcc-4.3.2.tgz tại địa chỉ sau:

Code:

http://www.friendlyarm.net/dl.php?file=arm-linux-gcc-4.3.2.tgz

.

- Giải nén file arm-linux-gcc-4.3.2.tgz, ở đây nó được giải nén vào thư

mục gốc /, tuy nhiên có thể giải nén vào bất cứ thư mục nào cũng được.

Code:

# tar –xvzf ./arm-linux-gcc-4.3.2.tgz –C /

- Sau khi giải nén, đường dẫn đến các file thực thi của bộ cross toolchain

này cần phải được thêm vào biết môi trường PATH để ta có thể sử dụng chúng

khi đang đứng ở bất cứ thư mục nào trên máy tính đang dùng để phát triển hệ

thống.

Code:

# gedit /home/<username>/.bashrc

Thêm dòng sau vào file .bashrc:




Code:

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/4.3.2/bin

- Sau đó, save lại và thoát chương trình gedit. Tại dòng lệnh ta gõ lệnh

bash để Terminal cập nhật biến PATH.

-Tại dòng lệnh ta có thể gõ lệnh : # arm-linux-gcc - v để kiểm tra, nếu cài

đặt đúng sẽ hiện ra hình giống phía dưới đây:

Hình 3.2 Kết quả sau khi cài thành công arm-linux-gcc

Từ đây ta đã có một bộ cross toolchain dùng để phát triển các chương trình trên

kiến trúc ARM phù hợp với board đang sử dụng.




3.7.2 Cài đặt MINICOM trên Ubuntu

Vào Terminial gõ lệnh:

+sudo apt-get install minicom :Để cài đặt

+minicom –s để thiết lập thông số

Hình 3.3 Chọn port nối tiếp




Hình 3.4 Cấu hình cho port nối tiếp

+Sau khi thiết lập ta chọn Exit để thoát thiết lập

+Minicom để kết nối với board




Hình 3.5 Mở vivi




3.7.3 Thay thế vivi bằng uboot

-Kết nối với PC thông qua cổng nối tiếp ta sẽ gõ lệnh minicom ->được

màn hình như trên

-Kết nối PC với mini2440 thông qua đường USB,thông báo với vivi là ta

cần 239016 bytes Ram để load một số thứ từ USB,với địa chỉ bắt đầu là

0x31000000

Supervivi> load ram 0x31000000 239016 u

USB host is connected. Waiting a download.

-Gõ lệnh sau để download u-boot xuống RAM

$ sudo ./s3c2410_boot_usb u-boot.bin

-Sau khi gõ password ta sẽ thấy các dòng sau

csum = 0xd542

send_file: addr = 0x33f80000, len = 0x0003a5a8

Error downloading program

-Bỏ qua các lỗi đó,trở lại vivi ta sẽ thấy

Now, Downloading [ADDRESS:31000000h,TOTAL:239026]

RECEIVED FILE SIZE: 239026 (233KB/S, 1S)

Downloaded file at 0x31000000, size = 239016 bytes

-Và bây giờ ta sẽ bắt đầu tiến hành ghiuboot vào RAM




-Gõ tiếp hai lệnh sau để xem thông tin của Nand flash và xóa Nand flash:

MINI2440 # nand info

MINI2440 # nand scrub




-Tạo bảng phân vùng mới và phân vùng Nand flash dùng uboot với

các giá trị config mặc dịnh

MINI2440 # nand createbbt

MINI2440 # mtdparts

-Ghi uboot

MINI2440 # nand write 0x31000000 u-boot




3.7.4 Cài đặt giao thức truyền nhận TFTP

Boot bằng NfS, cái này thuận tiện để chúng ta viết code hơn rất nhiều. Sau đây

là các bước thực hiện:

-Cài đặt các gói tftpd-hpa, nfs-kernel-server

Code:

sudo apt-get install tftpd-hpa nfs-kernel-server

-Cài đặt uboot lên nand (already done)

-Cấu hình file /etc/exports (trên máy tính) sử dụng lệnh

Code:

sudo gedit /etc/exports

-Đưa vào đường dẫn tới thư mục chứa root_fs, vd

Code:

/home/jack/root_fs *(rw,sync,no_root_squash,subtree_check)

-Cấu hình file /etc/inet.conf (trên máy tính):

Thay đường dẫn tftp mặc định bằng đường dẫn tới thư mục chứa uImage, vd:

Code:

tftp dgram udp wait root /usr/sbin/in.tftpd /usr/

sbin/in.tftpd -s /home/cuong/root_fs




Nếu file /etc/inet.conf không tồn tại thì cấu hình trong file /etc/default/tftpd-

hpa: thay đường dẫn mặc định (/var/lib/tftp ) thành đường dẫn tới thư mục

chưa uImage.

-Cấu hình tftp, nfs cho uboot (trên board):

printenv để xem các lệnh dưới đã được set chưa rồi thêm vào nếu chưa có

Code:

setenv set_root_nfs 'setenv root_nfs root=/dev/nfs rw nfsroot=$

{serverip}:${root_nfs}'

setenv ifconfig_static 'setenv ifconfig ip=${ipaddr}:${serverip}::$

{netmask}:mini2440:eth0'

setenv set_bootargs_nfs 'run set_root_nfs; setenv bootargs $

{bootargs_base} ${bootargs_init} ${mini2440} ${root_nfs} $

{ifconfig}'

Code:

setenv bootcmd 'tftp 0x31000000 uImage;bootm 0x31000000'

(file uImage là kernel được để trong thư mục root_fs trên máy)

saveenv để lưu lại cấu hình.

set lại giá trị ipaddr, serverip, root_nfs cho phù hợp

vd:

Code:

setenv netmask 255.255.255.0

setenv ipaddr 192.168.1.85

setenv serverip 192.168.1.10

setenv root_nfs /home/cuong/root_fs

(đường dẫn tới root_fs trên máy)

-Chạy các script:

Code:

run ifconfig_static

run set_bootargs_nfs

saveenv

boot kernel bằng lệnh boot hoặc khởi động lại để chạy autoboot


CHƯƠNG 4: QT GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHAPTER 4

QT FEATURES

4.1. Giới Thiệu Chung

4.1.1. Qt Là Gì

Qt là bộ khung lập trình giao diện và ứng dụng xuyên các platform (cross-

platform application programming framework).Điều này được hiểu là khả năng

chạy chương trình Qt trên nhiều platform khác nhau, do đó người dùng chỉ cần

viết ứng dụng 1 lần và có thể sử dụng trên nhiều hệ điều hành nhúng khác nhau

mà không cần phải viết lại code nguồn.

Các platform mà Qt hỗ trợ như: hệ điều hành Linux nhúng (Embeded

Linux), Mac OSX, Windows, Linux/X11, Window Mobile, Window CE,

Symbian, Maemo and MeegGo.

Hình 4.1. Các Platform Qt hỗ trợ.

Các thành phần của Qt bao gồm:

Hàm giao diện lập trình ứng dụng (APIs – Application Programming

Interfaces): giao tiếp phần mềm được dùng bởi các ứng dụng khác nhau.

Bộ thư viện lớp C++ (C++ class library).

Các công cụ tích hợp cho phát triển giao diện người dùng (GUI-

Graphical User Interfaces): Qt Creator, GUI designer, IDE Integration,

cross-platform build tool.

4.1.2. Lịch Sử Của Qt

Qt được phát triển ban đầu bởi Haavard Nord (Trolltech‟s CEO) và Eirik

Chambe-Eng (Trolltech‟s President).Hai người gặp nhau ở viện công nghệ

Norwegian nơi cả hai đã lấy bằng master ngành khoa học máy tính.

Năm 1991: Haavard bắt đầu viết các lớp và cùng với Eirik trong việc thiết

kế.Vài năm sau đó, họ đã bắt đầu đưa ra khái niệm “Signals and Slots”, một trong

những mẫu lập trình GUI đơn giản và hiệu quả.

Năm 1994: họ bắt đầu đưa vào thị trường thương mại với không khách hàng,

không sản phẩm hoàn thiện. Kí tự „Q‟ được chọn như là chữ cái đầu tiên vì nó nhìn

rất đẹp trong font Emacs, còn „t‟ được viết tắt cho „toolkit‟. Công ty được thành lập

với tên ban đầu là Quasar Technologies nhưng sau đó được đổi thành Troll Tech và

ngày nay là Trolltech.




Năm 1995: bản public đầu tiên Qt 0.90 được công bố. Qt có thể được sử

dụng cho cả Windows và Unix, cung cấp các API chung cho cả 2 platform. Nó được

cung cấp đồng thời 2 bản: một bản cho thương mại và một bản mã nguồn mở.

Năm 2000: Qtopica Core hay còn gọi là Qt/Embeded được phát hành.Nó

được thiết kế để chạy trên các thiết bị Linux nhúng.Vào cuối năm 2000, phiên bản

đầu tiên của Qtopia được công bố, đây là một trong các platform ứng dụng cho các

thiết bị di động và các PDAs (Personal Digital Assitants).

Năm 2005: Qt4.0 được phát hành. Với khoảng 500 classes và hơn 9000

hàm, Qt 4 lớn và mạnh hơn bất kì phiên bản nào trước đó.

Năm 2008: Nokia đã mua Qt và tên được đổi sang Qt Software sau đó là Qt

Development Frameworks.

Năm 2009/2010: tập trung vào platform di động (Symbian và Maemo).

Qt có thể dễ dàng download từ các trang web tại địa chỉ:

http://qt.nokia.com/downloads

Phiên bản được dùng trong luận văn này là Qt4.6.2

4.2. Qt Creator 4.2.1 Giới Thiệu Chung

Qt Creator là một môi trường phát triển tích hợp (IDE – Integrated

Development Environment) cung cấp nhiều công cụ cho người phát triển Qt. Nó

chạy trên các hệ điều hành Windows, Linux/X11 và Mac OSX và cho phép người

dùng tạo ra các ứng dụng chạy đồng thời trên nhiều platform khác nhau.

Một trong những điểm nổi bật của Qt Creator là khả năng cho phép một

nhóm phát triển chia sẻ một project thông qua các platform phát triển khác nhau với

một công cụ chung cho việc phát triển và debug.Ngoài ra, nó còn cho phép người

dùng chỉ ra những cài đặt dịch riêng biệt cho từng platform phát triển khác nhau.

Qt Creator được tích hợp công cụ cho việc dịch tự động thông qua qmake và

CMake.Thêm vào đó, ngoài thư viện Qt, người dùng còn có thể link ứng dụng của

mình tới các thư viện khác như thư viện hệ thống hoặc thư viện của người dùng. Khi

đó, để dịch project của mình, người dùng cần phải add thêm các thư viện đó vào

trong project.Thủ tục thêm các thư viện tùy thuộc vào hệ thống build mà người dùng

sử dụng.

Qt Creator còn hỗ trợ việc dịch và chạy các ứng dụng cho môi trường

desktop và thiết bị di động.Khi chúng ta cài đặt gói Nokia Qt SDK, việc cài đặt và

chạy cho các mục tiêu Maemo và Symbian được tự động.Tuy nhiên, chúng ta nên

cài đặt và cấu hình thêm một số phần mềm trên thiết bị.

Lưu ý: Hệ thống dịch duy nhất được hỗ trợ cho các ứng dụng di động trong Qt

Creator là qmake.

Khi ứng dụng di động đã sẵn sàng, người dùng có thể kiểm tra kết quả thông

qua bộ mô phỏng Qt Simulation.Sau khi kiểm tra, ứng dụng có thể sử dụng trên các

thiết bị di động.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc phát triển các ứng dụng cho các thiết bị di

động khác so với phát triển ứng dụng trên desktop.




4.2.2. Các Thành Phần Của Qt Creator

Hình 4.2. Các thành phần của Qt Creator

* Projects

Tại sao chúng ta phải cần projects?

Để có thể dịch và chạy các ứng dụng,Qt Creator cần một thông tin như

nhau giống như các bộ dịch compiler cần.Thông tin này được chỉ ra trong cách cài

đặt và chạy chương trình của project.

Việc tạo ra một project cho phép chúng ta:

Nhóm các files với nhau

Thêm bước dịch đối tượng

Thêm các forms và resource files

Chỉ ra cách cài đặt cho việc chạy ứng dụng

Khi tạo một project, Qt Creator sẽ tạo ra các file cần thiết tùy thuộc vào loại

project mà chúng ta muốn tạo.

Ví Dụ:

Khi tạo một ứng dụng GUI (Graphical User Interface) , Qt sẽ sinh ra 5 files cơ

bản : “main.cpp”;”name.cpp”;”name.h”;”name.pro”;”name.ui”

Trong đó, file “name.ui” có thể chỉnh sửa bởi người dùng thông qua công cụ tích

hợp Qt Designer.

* Editors

Công cụ biên tập của Qt Creator bao gồm: 1 biên tập code (Code Editor) và

2 biên tập visual tích hợp cho việc thiết kế và dịch các ứng dụng GUI từ các đối

tượng của Qt.

- Code Editor:

Vì là một IDE, điểm khác biệt cơ bản giữa Qt Creator và biên tập văn

bản (text editor) là nó biết cách dịch và chạy một ứng dụng.Điều đó được hiểu ngôn

ngữ C++ và QML như là code chứ không phải là văn bản thuần túy.Vì thế:




Viết các lệnh đúng format

Hiểu những gì người dùng đang viết và hoàn thành lệnh

Hiển thị lỗi và thông tin cảnh báo theo dòng.

Cho phép định hướng theo lớp, hàm và biểu tượng.

Đổi tên biểu tượng theo một cách thông minh vì thế các biểu tượng

cùng tên khác thuộc các phạm vi khác không phải đổi tên.

Hiển thị vùng lệnh mà hàm được khai báo và được gọi.

*UI Designer

Qt Creator cung cấp 2 công cụ visual editor tích hợp gồm: Qt Designer và

Qt Quick Designer.

Qt Designer là một công cụ dùng để thiết kế và dịch chương trình GUI từ

các đối tượng con của Qt (Qt Widgets).Widget và form được tạo bởi Qt Designer

được tích hợp cùng với code và sử dụng kĩ thuật “signals & slots” cho phép người

lập trình dễ dàng thay đổi các kết nối của các tác vụ tương ứng của thành phần

graphic với các hàm tương ứng.Tất cả các đặc tính được cấu hình trong Qt Designer

có thể thay đổi dễ dàng bằng code.Thêm nữa, các đặc tính của widget cho phép

chúng ta tạo ra các đối tượng con widget cho riêng mình.

Đối với Qt Quick Designer, nó cho phép chúng ta dễ dàng phát triển các

hiệu ứng bằng cách sử dụng các ngôn ngữ lập trình khai báo gọi là QML (Qt Meta-

Object Language).Trong QML, giao tiếp người dùng được chỉ ra như là cái cây của

các đối tượng với các thuộc tính của nó.Chúng ta có thể dùng bộ biên tập visual để

tạo ra các mẫu, màn hình và các ứng dụng cũng như định nghĩa các trạng thái, quá

trình chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác và tác vụ người dùng để thay đổi

các trạng thái đó.Qt Quick Designer sẽ sinh ra các lệnh tương ứng.

* Languages Người lập trình có thể sử dụng bộ biên tập lệnh với ngôn ngữ C++ hoặc

ngôn ngữ lập trình khai báo QML.

QML hay Qt Metal- Object Language là ngôn ngữ khai báo, dựa trên Java

Script cho việc thiết kế giao diện người dùng.Nó được sử dụng cho các ứng dụng di

động mà ở đó hiệu ứng, ngõ vào touch là chủ yếu.

* Qt Simulator

Được sử dụng để mô phỏng và chạy thử các ứng dụng Qt trong môi trường

PC tương tự như môi trường trên các thiết bị di động.Nó được cài đặt như một phần

của gói Nokia Qt SDK.

* Debuggers: Cho phép kết nối tới các debugger để debug chương trình.

4.2.3. Tạo Project Trong Qt Creator

Việc mở Qt Creator được bắt đầu với Welcome Mode, cho phép người dùng:

Mở tutorial và các ví dụ minh họa.

Xem các thủ thuật trong việc sử dụng Qt.

Tạo và mở project.

Mở các project gần đây.




Chúng ta có thể sử dụng chọn lựa mode (Mode Selector) để thay đổi các

mode của Qt.

Giao diện của Qt:

Hình 4.3. Giao diện chính của Qt Creator

Chúng ta có thể sử dụng Qt dưới các modes sau:

1. Edit Mode: biên tập project và source code.

2. Design Mode: thiết kế và phát triển các ứng dụng giao diện người dùng.

3. Debug Mode: kiểm tra trạng thái của chương trình trong khi thực hiện

debug.

4. Projects Mode: cấu hình việc build và thực thi project. Mode này được

cho phép khi project được mở.

5. Help Mode: xem các tài liệu về Qt

Để tạo 1 project mới trong Qt Creator: File New Project.

Khi tạo một project, Qt Creator cho phép nhiều lựa chọn khác nhau: QML

Application, Empty Qt 4 Project, Qt 4 Gui Application, Qt4 Console Application,

C++ Library,…Tuy nhiên ở đây chúng ta chỉ sử dụng ứng dụng Qt 4 Gui

Application. Khi đó Khi đó Qt tự động sinh ra 5 files mặc định : “main.cpp”;“name.cpp”;”name.h”;”name.pro”;”name.ui”

Giao diện cây thư mục khi tạo Qt4 Gui Application.




Hình 4.4. Giao diện cây thư mục khi tạo Qt 4 Gui

Mỗi file có một chức năng riêng:

File Mô Tả main.cpp Thực hiện khởi tạo và chạy ứng dụng name.h Định nghĩa các lớp, đối tượng, các hàm slots,…sử dụng

trong chương trình name.cpp Định nghĩa các tác vụ của các đối tượng, các hàm,… name.ui Thiết kế giao diện UI name.pro Chứa thông tin liên kết giữa các file để build chương

trình

Hình 4.5. Bảng giới thiệu sơ lược chức năng các file trong project * Ngõ Ra Output

Tồn tại trong tất cả các modes và nhấn Alt+F9 cho phép mở rộng tối đa màn

hình Output.

Ngõ ra bao gồm các chức năng và thông tin: Build Issuse, Search Results,

Application Output, Compile Output, General Messages và Version Control.

Build Issues: cung cấp thông tin về lỗi cũng như các cảnh báo trong

quá trình dịch chương trình.Việc sắp xếp các lỗi theo thứ tự và thể hiện vị trí của

lỗi trong file nào, hàng mấy.

Hình 4.6. Giao diện Build Issues.




Search Results: Cho phép hiển thị kết quả của quá trình tìm kiếm

trong phạm vi file hiện tại hay file trên đĩa hay toàn projects.

Hình 4.7. Giao diện Search Results

Application Output: Hiển thi trạng thái của chương trình khi nó được

thực thi và ngõ ra debug

Hình 4.8. Giao diện Application Output

Compile Output: cung cấp tất cả các thông tin ngõ ra của bộ dich

complier.Ngõ ra Compiler là thông tin chi tiết được hiển thị trong Build Issues.

Hình 4.9. Giao diện Compile Output




4.3. Xây Dựng Một Ứng Dụng UI 4.3.1. Signals và Slots

- Signal and Slot là một trong những đặc tính nổi bật của Qt. Nó được sử

dụng để liên kết hay giao tiếp giữa các đối tượng (object) với nhau.

Ví dụ:

Khi nhấn click button Close, chúng ta muốn hàm close() được gọi.

- Đặc trưng cơ bản của Signals và Slots:

Trong Qt, Signal là tín hiệu được sinh ra khi có một sự kiện cụ thể

tương ứng xảy ra. Slot là một hàm được gọi để đáp ứng với tín hiệu cụ thể đã được

sinh ra.Như vậy, khi một tín hiệu được sinh ra nó sẽ gọi tới hàm slot tương ứng.

Mỗi đối tượng có rất nhiều các signals và slots được định nghĩa trước.

Hình 4.10. Mô tả quan hệ giữa Signal và Slot

Tất cả các lớp thừa kế từ QObject hay các lớp con của nó (QWidget) có

thể chứa signal và slot. Signal được sinh ra bởi đối tượng khi nó thay đổi trạng thái

mà ảnh hưởng tới các đối tượng khác. Slot có thể dùng để nhận signal nhưng nó có

thể làm hàm thành viên bình thường.

Người dùng có thể kết nối nhiều signal tới 1 slot và 1 signal tới nhiều

slots thậm chí có thể 1 signal trực tiếp tới 1 signal khác.

- Cách khai báo kết nối giữa signals và slots:

Cách 1: Thực hiện trong Qt Desinger (Mục 4.3.2)




Cách 2: Thực hiện định nghĩa thủ công trong chương trình bằng cách sử

dụng QObject::connect() và các macros SIGNAL(), SLOT(). (Mục 4.3.3)

4.3.2. Xây dựng UI bằng Qt Designer

Có 4 bước cơ bản để xây dựng một project với Qt designer

1. Lựa chọn form và đối tượng.

2. Đặt các đối tượng trên form (quá trình này gọi là Layout đối tượng).

3. Liên kết giữa signals và slots.

4. Thực hiện dịch và chạy ứng dụng.

Trong mục này, giả sử rằng chúng ta cần thiết kế một đối tượng nhỏ chứa

các nút điều khiển các giá trị màu RGB (Red, Green, Blue) như sau:

Hình 4.11. Giao diện UI cần thiết kế

Bước 1: Lựa chọn form và các đối tượng

Chúng ta chọn Widget từ hộp thoại New Form

Hình 4.12. Lựa chọn Widget từ New Form




Bước 2: Đặt các đối tượng con (widget) lên Form

Thực hiện khá đơn giản bằng cách nhấp chuột giữ các đối tượng từ cột bên

trái chứa chúng và thả vào form.

Để thay đổi nhãn của các text, nhấp đúp vào đối tượng và thay đổi.Chúng ta

có thể sắp xếp các đối tượng theo thứ tự mong muốn.

Hình 4.13. Đặt các đối tượng lên Form

Sử dụng chuột để chọn các đối tượng: Label, Spinbox và Slider ở cột bên

trái và kéo qua màn hình Form bên phải như trên.

Để đảm bảo rằng các đối tượng được đặt trên form một cách chính xác như

mong muốn, chúng ta cần phải đặt các đối tượng vào các lớp layout bằng các lớp

Layout khác nhau như: QVBox Layout (sắp xếp theo hàng dọc), QHBox Layout (

sắp xếp theo hàng ngang), QGrid Layout ( sắp xếp thành dạng lưới ma trận).

Trong ví dụ này, chúng ta sắp xếp các đối tượng theo 3 nhóm tương ứng với

3 màu.Lựa chọn nhãn “RED” sau đó nhấn Ctrl để chọn các đối tượng spinbox và

slider trong cùng nhóm với “RED” label và sau đó chọn kiểu Grid Layout.

Thực hiện cách Layout này cho hai nhãn còn lại cùng với các đối tượng liên

quan.




Hình 4.14. Cách Layout các đối tượng trên Form

Cần để ý rằng, chúng ta mới chỉ thực hiện Layout cho từng nhòm riêng rẽ.Vì

thế, bước tiếp theo là kết hợp tất cả các Layout vào trong cùng một mainLayout

duy nhất.

MainLayout là lớp trên cùng cao nhất của layout đối tượng.Quá trình layout

lớp trên cùng này đảm bảo rằng các đối tượng trong cửa sổ sẽ không bị thay đổi kích

thước khi cửa sổ bị thay đổi kích thước (ex: zoom in, out,…).

Để thực hiện cài đặt Layout cho lớp trên cùng, nhấp chuột bất kì tại vị trí

nào trên Form và bên ngoài cả 3 layout riêng biệt trên.Sau đó, lựa chọn kiểu Layout

(ex: Layout Horizontally)

Hình 4.15. Layout tất cả các đối tượng trên Form

Lưu ý rằng, mainLayout không thể quan sát trên form. Cách đơn giản để

kiểm tra việc thực hiện mainLayout là cố gắng thay đổi kích thước form, các đối

tượng con trên form cũng sẽ thay đổi theo kích cỡ tỉ lệ tương ứng. Ngoài ra, chúng




ta có thể quan sát điều này thông qua Qt Designer‟s Object Inspector. Nếu quá trình

mainLayout chưa được thực hiện, chúng ta có thể thấy biểu tượng layout bị gãy kế

bên biểu tượng form như

Bước 3: Liên kết giữa Signals và Slots

Việc định nghĩa signals và slots đã được đề cập ở trên.

Trong ví dụ này, khi nhấn kéo slider để thay đổi tới một giá trị xác định,

chúng ta muốn rằng hộp thoại spinbox sẽ cập nhật vị trí của slider bằng cách hiển thị

giá trị tương ứng.Thêm nữa, signal valueChanged() được sinh ra mỗi khi slider

thay đổi vị trí và slot setValue() tương ứng của spinbox. Do đó, để thay đổi được

đáp ứng này, chúng ta cần thực hiện liên kết giữa tín hiệu valueChanged() của slider

tới slot setValue() của spinbox.

Cách đơn giản để thực hiện trong Qt Designer bằng cách click chuột phải

lên đối tượng slider và lựa chọn hộp thoại Configure Connection xuất hiện

Trong hộp thoại này, ta thực hiện lựa chọn các slot tương ứng cho các signal và

nhấn OK.

Hình 4.16. Thực hiện liên kết Signals & Slots trong Qt Designer

Bước 4: Thực hiện dịch và chạy chương trình

Bằng cách lựa chọn các Icon: RUN, BUILD hoặc từ mục Build Build All

4.3.3. Xây Dựng UI Bằng Dòng Lệnh

Ở đây, việc định nghĩa các đối tượng cũng như quan hệ signals và slots

hoàn toàn dựa trên mã code.

Như trên đã nói, khi tạo một project Qt4 Gui Application, Qt Creator tự

động sinh ra các file cần thiết: “name.ui”,“name.cpp”,“name.h”,“main.cpp”, “name.pro”

Tuy nhiên vì định nghĩa UI bằng dòng lệnh chúng ta chỉ cần quan tâm tới 3

file: “name.ui”, “name.cpp” và “name.h”

Có 3 bước cơ bản:

Bước 1: Định nghĩa các class, đối tượng trowng hàm “name.h”




Để định nghĩa được các đối tượng (widget), cần phải include các thư viện

tương ứng.

Ví dụ:

Để sử dụng button #include <qpushbutton.h>

Trong “name.h” chúng ta cần phải khai báo các hàm (slots) và các đối tượng

(widget) trong chương trình

Ví dụ: Định nghĩa các button: addButton, subtractButton,…

Và các slots: add(), subtract(),…

Hình 4.17. Ví dụ về định nghĩa các đối tượng và slots

Bước 2: Viết điều khiển trong hàm “name.cpp”

Đây là nơi chúng ta thực hiện tất cả các tác vụ từ định nghĩa các widgets,

layout cho từng đối tượng (sắp xếp chúng trên giao diện), liên kết các signals và

slots thực hiện các hàm,…

Do việc lập trình là lập trình hướng đối tượng nên cấu trúc lệnh hoàn toàn

dựa trên lớp (class) đối tượng (object), đặc tính (property), tính kế thừa

(inheritance)…

Các bước lập trình một đối tượng:

Include các thư

viện tương ứng

Định nghĩa các slots

(function)

Khai báo các đối

tượng.




Định nghĩa đối tượng cũng như các thuộc tính:

Ví dụ:

Định nghĩa các button với các tên: cộng, trừ, nhân, chia và close

Hình 4.18. Ví dụ về khai báo các button

Định nghĩa các signals và slots:

Format: Connect (Sender, SIGNAL(), Receiver, SLOT())

Ví dụ:

Giả sử khi button Stop được nhấn sinh ra signal: clicked() hàm slot:

close() tương ứng được gọi.

Cách khai báo: Connect (stopButton, SIGNAL(clicked()),this, SLOT(close()));

Hình 4.19. Ví dụ về khai báo liên kết signal & slot

Thực hiện sắp xếp các đối tượng (widgets) trên giao diện:




Hình 4.20. Ví dụ về Layout các đối tượng lên form

Figure: Layout các đối tượng trên Form bằng dòng lệnh

QVBoxLayout: sắp xếp các đối tượng theo hàng dọc.

QHBox Layout: sắp xếp các đối tượng theo hàng ngang.

QGridLayout: chia không gian thành dạng lưới ma trận với các giá trị hàng và cột

tương ứng.

Thực hiện định nghĩa các hàm slots tương ứng:

Ví dụ:

Thực hiện hàm add() cộng 2 giá trị nhập vào 2 ô từ bàn phím và xuất kết quả

lên ô thứ 3.

Hình 4.21. Định nghĩa Slot add()

Bước 3: Thực hiện Buid và Run ứng dụng

Khi thực hiện chạy trên PC, Qt tự động tạo liên kết và trả về kết quả

khi nhấn một trong các cách:

Build Build All




Icon

Lưu ý:

Cả 2 cách tạo file UI ở trên chỉ khác nhau ở 1 điểm duy nhất: một cách tạo

file UI bằng Qt Designer và một cách tạo file UI bằng dòng lệnh (thủ công). Việc sử

dụng Qt Designer làm cho việc thiết kế đơn giản hơn nhưng việc định nghĩa thủ

công bằng dòng lệnh cho phép dễ dàng sử dụng các hàm đặc biệt của Qt để tạo ra

các đối tượng con mong muốn cho người dùng ( sử dụng hàm vẽ tạo đồng hồ, bàn

phím,…).

Cách viết các file còn lại: định nghĩa các hàm slots, build, run, … là giống

nhau.

4.4. Một Số Ví Dụ Điển Hình Bài toán 1: Máy tính đơn giản: Simple Calculator

Nhập 2 số hạng từ bàn phím hiển thị lên 2 ô và thực hiện các phép toán số

học cộng, trừ, nhân, chia và hiển thị kết quả lên ô thứ 3.

Lưu ý: phép chia với 0 báo lỗi

Hàm “calculator.h”

#ifndef CACULATOR_H

#define CACULATOR_H

#include <QWidget>

#include <qapplication.h>

#include <qobject.h>

#include <qlineedit.h>

#include <qpushbutton.h>

#include <qlabel.h>

#include <qtextedit.h>

class Caculator : public QWidget

{

Q_OBJECT

public:

Caculator(QWidget *parent = 0);

public slots:

void add();

void subtract();

void nhan();

void chia();

void close();

private:

QPushButton *addButton;

QPushButton *subtractButton;

QPushButton *nhanButton;

QPushButton *chiaButton;

QPushButton *closeButton;

QLineEdit *firstline;

QLineEdit *secondline;

QLineEdit *thirdline;

};

#endif // CACULATOR_H




Hình 4.22. Cách viết file header “calculator.h”

(định nghĩa các widgets & slots)

Hàm “calculator.cpp”

#include "caculator.h"

#include "ui_caculator.h"

#include <QtGui>

#include <qapplication.h>

#include <qobject.h>

#include <qlabel.h>

#include <qpushbutton.h>

#include <qlabel.h>

#include <qlayout.h>

#include <qmessagebox.h>

#include <qstring.h>

double input1,input2;

double output;

Caculator::Caculator(QWidget *parent) :

QWidget(parent)

{

// create label

QLabel *label = new QLabel(tr("First Element:"));

firstline = new QLineEdit;

QLabel *Secondlabel = new QLabel(tr("Second Element:"));

secondline = new QLineEdit;

QLabel *Answerlabel = new QLabel(tr("Answer:"));

thirdline = new QLineEdit;

thirdline->setReadOnly(true);

// make new button

addButton = new QPushButton(tr("&Cong"));

addButton->show();

subtractButton = new QPushButton(tr("&Tru"));

subtractButton->show();

nhanButton = new QPushButton(tr("&Nhan"));

nhanButton->show();

chiaButton = new QPushButton(tr("&Chia"));

chiaButton->show();

closeButton = new QPushButton(tr("&Close"));

closeButton->show();

// make signals and slots

connect(addButton, SIGNAL(clicked()),this,SLOT(add()));

connect(subtractButton,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(subtract()));

connect(nhanButton,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(nhan()));

connect(chiaButton,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(chia()));

connect(closeButton,SIGNAL(clicked()),this, SLOT(close()));




Hình 4.23. Khai báo các widget và liên kết signal & slot

void Caculator::add()

{

input1 = firstline->text().toDouble();

input2 = secondline->text().toDouble();

output = input1 + input2;

thirdline->setText(QString::number(output));

}

void Caculator::subtract()

{



output = input1 - input2;


}

void Caculator::nhan()

{



output = input1 * input2;


}

// Layout widgets

QVBoxLayout *buttonLayout1 = new QVBoxLayout;

buttonLayout1->addWidget(addButton,Qt::AlignTop);

buttonLayout1->addWidget(subtractButton);

buttonLayout1->addWidget(nhanButton);

buttonLayout1->addWidget(chiaButton);

buttonLayout1->addStretch();

QHBoxLayout *buttonLayout2 = new QHBoxLayout;

buttonLayout2->addWidget(closeButton);

QGridLayout *mainLayout = new QGridLayout;

mainLayout->addWidget(label,1,0);

mainLayout->addWidget(firstline,1,1);

mainLayout->addWidget(Secondlabel,2,0);

mainLayout->addWidget(secondline,2,1);

mainLayout->addWidget(Answerlabel,3,0,Qt::AlignTop);

mainLayout->addWidget(thirdline,3,1);

mainLayout->addLayout(buttonLayout1,2,3);

mainLayout->addLayout(buttonLayout2,4,1);

setLayout(mainLayout);

setWindowTitle(tr("Simple Calculator"));

}




Hình 4.24. Khai báo các hàm slots

* Kết Quả:

Hình 4.25. Giao diện Simple Calculator

4.5. Cách Build Chương Trình Qt Lập Trình Cho ARM Qt là một công cụ phát triển ứng dụng GUI của nokia cho các thiết bị di động

và máy tính để bàn, thông tin tham khảo tại qt.nokia.com

Download phiên bản qt embedded 4.5.3 về máy và giải nén, thực hiện theo

các bước sau: Code:

void Caculator::chia()

{



if ( input2 == 0){

QMessageBox::warning( this, "warning",

"the second element can't be 0.\n"

"This program can't function correctly.\n ",

"Retry",

"Quit", 0, 0, 1);

}

else{

output = input1/input2;


}

}

void Caculator::close(){

close();

}




./configure -embedded arm -xplatform qws/linux-arm-

g++ -prefix /Qt -qt-mouse-tslib -little-endian

- Chỉnh sửa lại file /mkspecs/qws/linux-arm-g++

Code:

gedit /mkspecs/qws/linux-arm-g++

Thêm vào thiết lập: QMAKE_INCDIR =

/home/jack/build_test/toolchain/tslib/tslib/build/include

QMAKE_LIBDIR =

/home/jack/build_test/toolchain/tslib/tslib/build/lib

Hoặc copy trực tiếp từ thư mục build của tslib các thư viện cần thiết bỏ qua

thư mục lib của qt. make

make install

cp -a /qt/* /root_fs/

Thay đổi lại file ....

Lên mạng down thêm thư viện libg++.so bỏ vào thư mục lib.

Thưởng thức các ví dụ có sẳn trong thư mục /qt/example/qws/.

* Build Thêm Thư Viện Liên Kết Để lập trình và kết hợp với touch screen của board thi trên hệ điều hành

nhúng chúng ta phải cần cài thêm và build lại hai thư viện quan trọng là “tslib” và

“qtlib”.

Các bước build đồng thời cả hai thư viện:

install: autoconf libtool

Code:

#sudo apt-get install autoconf libtool

Download tslib-1.0 bỏ vào một thư mục mình

chọn:~/build_test/toolchain

Vào làm việc trong thư mục giải nén chứa tslib

Code:

#cd build_test/toolchain/tslib/tslib

Mở file autogen.sh và chỉnh sửa

Code:

#./atugen.sh

#gedit./configure

Sửa "ac_cv_func_malloc_0_nonnull=no" ===>

"ac_cv_func_malloc_0_nonnull=yes"




Thêm vào biến môi trường đường dẫn :

Code:

# export CC=arm-linux-gcc

# export CXX=arm-linux-g++

Chạy lệnh config để chuẩn bị build và install

Code:

#./configure --build=i386-linux --host=arm-linux --

target=arm --disable-inputapi --prefix=$PWD/build

# make

#make install

Chạy xong vao thư mục ./build copy toàn bộ nội dung bỏ qua

root_fs/lib và root_fs/bin riêng thư mục /include bỏ vào /usr/include.

Sửa lại cac file config

+ ts.conf: Bỏ comment dòng "module_raw input"

+ Thêm đoạn script sau vào file /etc/profile

export TSLIB_TSDEVICE=/dev/input/event0

export TSLIB_CALIBFILE=/etc/pointercal

export TSLIB_CONFFILE=/etc/ts.conf

export TSLIB_PLUGINDIR=/lib/ts

export TSLIB_FBDEVICE=/dev/fb0

export TSLIB_CONSOLEDEVICE=none

Vào thư mục /lib/ sửa lại file tslib.la trong đó có đường dẫn

libdir thành /lib. Vào thư muc /lib/ts sửa tất cả các file đuôi .la có đường dẫn libdir

thành /lib.

Vào thư muc pkgconfig sua file tslib-0.0.pc thành

prefix=/rootfs

exec_prefix=${prefix}

libdir=${prefix}/lib

includedir=${prefix}/usr/include

Name: tslib

Description: Touchscreen Access Library

Version: 0.0.2

Libs: -L${libdir} -lts

Cflags: -I${includedir}




Khởi động lại hệ thống là hoàn thành và có thể chạy file để test:

Code:

./ts_test

* Build qtlib:

Code:

# gedit mkspecs/qws/linux-arm-g++/qmake.conf

# ./configure -embedded arm -xplatform qws/linux-arm-g++ -

prefix /usr/local/Qt -qt-mouse-tslib -ttle-endian -L

/home/jack/arm/tslib/lib/ -I

/home/jack/arm/tslib/usr/include/


CHƯƠNG 5: DEVICE DRIVERS GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHAPTER 5

DEVICE DRIVERS

5.1. Giới Thiệu Chung 5.1.1. Vai Trò Của Device Drivers

Hệ điều hành thường là một lĩnh vực bí hiểm mà các lệnh được giới

hạn cho một số nhỏ người lập trình. Tuy nhiên, một trong những tiện ích lớn

nhất của hệ điều hành mở như Linux là khả năng cho phép chúng ta có thể

nhìn, đọc, hiểu và chỉnh sửa các phần bên trong nó. Devicer driver cung cấp

công cụ để làm việc đó.

Device Drivers đóng một vai trò đặc biệt trong nhân Linux (Linux

Kernel). Nó được coi là những hộp đen “black boxes” và làm cho phần cứng

thực thi những hàm API được định nghĩa sẵn trong kernel. Chúng giấu hoàn

toàn các chi tiết về cách thiết bị hoạt động.

Cần chú ý, device drivers cần phải đảm bảo tính linh động “flexible”

vì chức năng của nó là cung cấp phương thức (mechanism) chứ không phải

luật (policy). Cụ thể hơn, một driver được gọi là linh động nếu nó cung cấp

cách truy cập hardware mà không có sự ép buộc nào. Do đó, khi viết drivers,

người lập trình cần nhớ một khái niệm cơ bản đó là: viết lệnh kernel để truy

cập phần cứng (hardware) nhưng không được đặt ra một luật cụ thể nào cho

người dùng vì mỗi người sử dụng có nhu cầu khác nhau. Drivers phải làm

cho phần cứng hoạt động và chuyển cách sử dụng phần cứng tới ứng dụng

người dùng (applications). Tuy nhiên, thỉnh thoảng một số luật cũng cần

được đặt ra.

Ví dụ:

Digital I/O driver có thể chỉ cho phép truy cập hardware theo byte để

tránh trường hợp lệnh ngoài (extra code), những lệnh cần cho xử lí từng bit

riêng rẽ.

Ngoài ra, chúng ta cũng có thể nhìn driver ở một quan điểm khác: nó

chính là lớp phần mềm nằm giữa ứng dụng người dùng (applications) và thiết

bị thực (actual device). Các drivers khác nhau cung cấp các khả năng khác

nhau thậm chi cho cùng một thiết bị nên khi thiết kế một driver thực tế cần

phải xem xét nhiều yếu tố khác nhau. Trong đó, việc cân bằng giữa nhiều lựa

chọn khác nhau cho người dùng và thời gian viết cũng như mong muốn đơn

giản hóa là một trong những điều cần xem xét chính.




Hình 5.1. Vị trí của Device Drivers

5.1.2. Cấu Trúc Nhân Kernel

Trong hệ thống Unix tồn tại nhiều quá trình (processes) khác nhau với

các tác vụ khác nhau được chạy cùng lúc. Mỗi một process đòi hỏi tài nguyên

hệ thống, bộ nhớ, kết nối mạng hoặc các tài nguyên khác. Vì vậy, kernel làm

nhiệm vụ đáp ứng cho các yêu cầu đó. Chúng có nhiệm vụ tạo ra, xóa bỏ các

process và quản lí các kết nối của nó với bên ngoài cũng như giao tiếp giữa

các process với nhau. Chúng ta có thể phân chia chức năng của kernel tương

đối thành các phần như sau:

* Quản lí quá trình (Process Management)

Quản lí hệ thống có nhiệm vụ điều khiển cách các process chia sẻ

CPU hay nói cách khác là nhiều process trên cùng một CPU.

* Quản lí bộ nhớ (Memory Management)

Bộ nhớ máy tính là một nguồn tài nguyên chính và việc sử dụng

chúng yêu cầu các luật chặt chẽ. Kernel xây dựng một không gian địa chỉ ảo

cho tất cả các quá trình. Các phần khác nhau của kernel giao tiếp với hệ

thống thứ cấp quản lí bộ nhớ thông qua các hàm từ những hàm đơn giản như

malloc/free,…

* Hệ thống File( File System)

Unix được xây dựng dựa trên khái niệm file hệ thống (filesystems)

nghĩa là hầu hết mọi thứ trên Unix đều có thể coi như một file. Kernel xây

dựng một hệ thống file có cấu trúc trên nền của các phần cứng không cấu

trúc. Linux hỗ trợ nhiều kiểu file hệ thống khác nhau, các kiểu này khác nhau

cách sắp xếp tổ chức dữ liệu.

Ví dụ: ổ đĩa được định dạng theo chuẩn linux ext3 filesystem

* Điều khiển thiết bị (Device Control)

Hầu hết các hoạt động của hệ thống được ánh xạ tới các thiết bị vật lí.

Ngoại trừ vi xử lí và bộ nhớ, các hoạt động điều khiển thiết bị được thể hiện

bởi lệnh cụ thể tới các thiết bị được định địa chỉ. Các lệnh này gọi là device




driver. Kernel phải nhúng vào trong nó các driver của mọi ngoại vi trên hệ

thống từ các đĩa cứng, bàn phím,…

* Kết nối mạng (Networking)

Kết nối này phải được quản lí bởi hệ điều hành bởi vì hầu hết các hoạt

động mạng không được cụ thể tới một quá trình nào.

Ví dụ:

Gói packets được truyền tới là một sự kiện bất đồng bộ. Do đó, nó phải

được thu nhận, xác định trước khi các quá trình xử lí.

Hình 5.2. Cấu Trúc nhân Kernel

5.1.3. Loadable Modules

Một trong những đặc tính hay của Linux là khả năng cho phép mở

rộng tại thời điểm chạy. Điều này được hiểu là chúng ta có thể thêm các chức

năng vào kernel hoặc loại bỏ chúng trong khi hệ thống đang chạy.

Mỗi đoạn code được add vào kernel tại thời điểm chạy được gọi là

một module. Linux kernel hỗ trợ một số kiểu khác nhau của modules trong

đó có device drivers. Mỗi module được tạo ra từ object code (chưa được link

tới file thực thi hoàn tất). Chúng có thể dễ dàng kết nối tới kernel đang chạy




thông qua chương trình insmod và ngắt kết nối thông qua chương trình

rmmod.

Hình 5.3. Loadble Modules

5.1.4. Sự Phân Chia Devices và Modules

Linux phân chia thiết bị thành 3 nhóm chính:

Character devices

Block device

Network interface.

* Character Device

Device được truy cập như một byte stream (giống như một file) và

truy cập tuần tự. Char driver của character device có nhiệm vụ thực hiện chức

năng này. Nó thường bao gồm ít nhất các hàm hệ thống như: open,

close, read and write.

Char device được truy cập thông qua node file hệ thống (filesystem

nodes) như /dev/tty1 và dev/lp0.

Điều khác nhau duy nhất giữa char device and file thông thường là

chúng ta chỉ có thể truy cập tuần tự đối với char device.

* Block Device

Giống như char device, block device được truy cập bởi nút hệ thống

(filesystem) trong thư mục /dev. Một block device là thiết bị có thể sở hữu

một file hệ thống. Trong hầu hết các hệ thống Unix, thao tác I/O được thực

hiện theo dạng block thường là 512bytes/ block.

Tuy nhiên, Linux cho phép người dùng có thể đọc hoặc ghi một block

device giống như char device. Kết quả là, block device và char device chỉ

khác nhau ở 1 điểm duy nhất là cách dữ liệu được lưu trữ nội bởi kernel.

* Network Device

Thể hiện dưới dạng các interface do đó nó là một thiết bị có thể trao

đổi dữ liệu với các host khác. Thông thường, các interface là các thiết bị phần

cứng như NIC ( Network Interface Card) hoặc có thể là thiết bị phần mềm

thuần túy như một interface ảo (loopback interface).

Một giao tiếp mạng (network interface) làm nhiệm vụ gửi và nhận dữ

liệu dạng packets. Driver của network device chủ yếu xử lí dữ liệu theo

Kernel at

runtime Loadable

Modules




packets mà không cần quan tâm đến các tầng cao hơn như connection của

TCP. Việc giao tiếp giữa kernel và network driver hoàn toàn khác so với char

và block driver. Thay vì sử dụng các hàm hệ thống như read và write,

chúng sử dụng các hàm hệ thống liên quan đến việc chuyển packets.

Tóm lại, ngoại trừ network device, các device khác được truy cập

thông qua một loại file đặc biệt gọi là device file. Device file không giống

như file thông thường khác ở điểm các truy cập vào device file sẽ được thực

hiện bởi các hàm tương ứng do driver cung cấp thay vì truy xuất đĩa như các

file thông thường.

5.1.5. User Space và Kernel Space

Bộ nhớ hệ thống trong Linux có thể được chia ra làm 2 vùng riêng biệt:

Kernel space: nơi mà nhân chạy và cung cấp các dịch

vụ của nó.

User space: vùng nhớ nơi các quá trình của người dùng

(user processes) thực thi.

Kernel space có thể được truy cập bởi các user processes thông qua sử

dụng các hàm hệ thống (system calls). Theo lí thuyết hệ điều hành, một

module chạy trong kernel space trong khi đó ứng dụng (application) chạy

trong user space. Unix sẽ chuyển thực thi từ user space sang kernel space khi

các ứng dụng gọi tới các system calls hoặc bị dừng bởi các ngắt phần cứng.

Các ứng dụng thường chạy theo tuần tự từ bắt đầu tới kết thúc và không

quan tâm tới bất cứ điều gì xảy ra có thể thay đổi môi trường của nó. Kernel

Code được xây dựng trên ý tưởng nhiều processes có thể chạy cùng lúc, sử

dụng một driver tại cùng thời điểm. Điều này được định nghĩa là sự thực thi

đồng thời trong lập trình kernel (concurrency in kernel programming).

Mặc dù kernel modules không thực thi tuần tự như application, các tác

vụ trong kernel đều được thực hiện dựa trên một process cụ thể. Lệnh kernel

có thể chỉ ra process đang thực thi bằng cách truy cập biến toàn cục

current, được định nghĩa trong thư viện <asm/current.h>.

5.2. Các Thành Phần Chính Của Một Module Chúng ta sẽ bắt đầu với ví dụ về chương trình “hello world” như là một

ví dụ điền hình và đơn giản để hiểu cấu trúc của một module.




Hình 5.4. Module “hello world”

Module “hello world” không làm việc gì khác ngoài gọi lệnh prink

(tương đương lệnh printf trong user space, lệnh printk chạy trong

kernel space) để in các thông tin khi module được đặt vào trong kernel thông

qua lệnh insmod và khi gỡ bỏ khỏi kernel thông qua lệnh rmmod

Kết quả chạy module như sau:

Xem xét module này chúng ta thấy được một module căn bản cần

include 2 file <linux/init.h> và <linux/module.h> và thực hiện ít

nhất 2 hàm module_init và module_exit.

Hàm module_init: được gọi khi module được liên kết với kernel

Hàm module_exit: được gọi khi module được gỡ bỏ khỏi nhân.

Đây là các macros đặc biệt của kernel dùng để chỉ ra chức năng của các

hàm này.

Ngoài các macros trên, kernel còn cung cấp các macros khác cho

module. Sau đây là các macros thường gặp:




module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

MODULE_AUTHOR(“author”);

MODULE_DESCRIPTION(“description”);

MODULE_VERSION(“version”);

Hình 5.5. Các macros thường gặp trong module

Các macros này dùng để định nghĩa các thông tin về module như: tác

giả, mô tả, version, license, …

Hàm printk được định nghĩa trong nhân Linux và được sử dụng cho

modules, nó có chức năng tương tự như hàm printf trong thư viện C chuẩn.

Kernel cần một hàm có chức năng hiển thị cho riêng nó bởi vì nó chạy bởi

chính nó, không có bất cứ sự giúp đỡ nào của thư viện C. Module có thể gọi

tới hàm printk của kernel vì sau lệnh insmod, module được liên kết tới

kernel và nhờ đó có thể truy cập các biểu tượng toàn cục của kernel (hàm,

biến).

Module còn có thể nhận biến được truyền từ lệnh insmod với macro

#include <linux/moduleparam.h>

module_param(variable_name, type, permission);

module_param_array(name,type,num,perm);

Hiện tại các kiểu được hỗ trợ bao gồm: bool, invbool, charp, int, long,

short, uint, ulong, ushort. Permission được định nghĩa trong file

<linux/stat.h>. Phiên bản khác của module_param là module_param_array

cho phép chúng ta truyền vào một mảng các biến thay vì một biến riêng lẻ.

5.3. Character Device Drivers Chúng ta sẽ tìm hiểu cách viết một character drivers trước hết vì nó

phù hợp cho hầu hết các thiết bị phần cứng đơn giản và cũng dễ hiểu đơn

giản hơn so với block driver và networlk drivers. Hai loại drivers còn lại có

thể tham khảo thêm từ sách Linux Device Driver 3rd

(mục tài liệu tham khảo)

5.3.1. Major & Minor Number

Các device được truy cập thông qua một file đặc biệt gọi là device

file. Để tạo ra một device file, chúng ta dùng lệnh mknod và cần quan tâm

tới 3 thông số sau:

Device loại gì

Major number

Minor number.




* Major Number

Được dùng để xác định device file do driver nào quản lí. Chúng ta có

thể tra các major number đã cấp phát sẵn trong file

/linux/Document/devices.txt.

Khi viết một driver mới và nếu đăng ký thành công vào source tree

của kernel chúng ta sẽ được cấp 1 major number ứng với driver của mình.

Nếu chỉ cần viết driver cho thiết bị của mình mà không cần đăng ký vào

source tree thì cách thức đơn giản nhất là cấp phát major number động. File

/proc/device sẽ chứa thông tin về các character device và block device có

trong hệ thống cùng với major number tương ứng, chúng ta có thể dùng file

này để tra major number nếu cấp phát major number động và dùng kết quả

này để tạo device file phục vụ việc truy cập

* Minor Number

Được sử dụng bởi kernel để xác định chính xác thiết bị nào đang được

đề cập tới. Thông số này có ý nghĩa khác nhau đối với mỗi loại device

Ví dụ:

Đối với ổ đĩa, minor number sẽ tương ứng với các partition

Đối với serial port thì thông số này được sử dụng để chỉ thứ tự của port

vật lí.

Bên trong kernel, 2 thông số này được biểu diễn chung bởi một loại

giá trị là dev_t (được định nghĩa trong <linux/types.h>) Việc chuyển

đổi giữa dev_t và major, minor number và ngược lại được thực hiện bởi

các macro ( định nghĩa trong <linux/kdev_t.h>)

MAJOR(dev_t devno);

MINOR(dev_t devno);

MKDEV(int major, int minor);

Hình 5.6. Khai báo thông số major & minor number

Character Device Driver có thể được cấp phát dev_t theo 2 cách:

Cấp phát tĩnh

Cấp phát động

* Cấp Phát Tĩnh Major Number

Thực hiện bằng cách sử dụng hàm được định nghĩa trong <linux/fs.h>

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int

count, char *name);

Hình 5.7. Các cấp phát tĩnh thông số Major Number

Trong đó:

first là chỉ số đầu tiên của dev_t ( tạo ra từ MKDEV với major

number định trước và minor number bằng 0).




count là tổng số lượng device mà driver yêu cầu.

name là tên được đăng ký cho driver này, tên này sẽ hiển thị trong

/proc/devices. Hàm này sẽ trả về 0 nếu đăng ký thành công.

Ví dụ:

int major = PREDEFINED_MAJOR;

dev_t devno = MKDEV( major, 0);

int result =register_chrdev_region(devno, 10,

“example”);

if (result) goto check_error;

Hình 5.8. Ví dụ về cách cấp phát tĩnh Major Number

* Cấp Phát Động Major Number

Điều này giúp cho driver có tính linh hoạt cao tránh trùng lặp với major

number của các driver có sẵn và tiện cho việc quản lý.

Chức năng này được thực hiện qua hàm

int alloc_chrdev_region(dev_t *devno, unsigned int

firstminor,unsigned int count, char *name);

Hình 5.9. Cách cấp phát động Major Number

Trong đó:

firstminor thường được gán bằng 0

count và name có ý nghĩa tương tự như hàm cấp phát tĩnh.

devno là một output nhận giá trị trả về từ hàm nếu thành công.

Hàm thành công sẽ trả về 0.

Ví dụ:

dev_t devno;

int result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 10,

“example”);

if(result) goto check_error;

Hình 5.10. Ví dụ về cách cấp phát động Major Number

Cả hai hàm này thường được gọi trong phần module_init của driver.

Khi driver không còn sử dụng nữa, cần phải trả lại major number cho hệ

thống thông qua hàm sau

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int

count);

Hình 5.11. Trả Major Number cho hệ thống




5.3.2. Các Cấu Trúc Dữ Liệu Quan Trọng

Việc đăng kí device number chỉ là một trong những nhiệm vụ mà

driver code phải làm. Hầu hết các hoạt động cơ bản của một driver bao gồm

3 thành phần cấu trúc dữ liệu kernel sau: file_operations, file và inode.

* File Operation

Như trên chúng ta đã định nghĩa device number để sử dụng nhưng

hoàn toàn chưa liên kết bất kì tác vụ nào của driver tới các number này. Cấu

trúc File_operations là cách một char driver thiết lập liên kết này. Cấu trúc

này được định nghĩa trong <linux/fs.h> và là một tập hợp của các

pointer hàm.

Một chương trình chạy trên user space sẽ sử dụng các hàm thư viện (ví

dụ: fopen, fclose, fread, fwrite,...) và các hàm này bên trong sẽ gọi đến các

hàm system call tương ứng do hệ điều hành cung cấp (ví dụ: open, close,

read, write,...). Sau đó, các system call lại được ánh xạ vào hàm tương ứng do

driver thực hiện. Mỗi driver sẽ có một bảng ánh xạ hàm, thể hiện qua cấu trúc

struct file_operations.

Bảng liệt kê các ánh xạ hàm quan trọng của driver

struct file_operations {

struct module *owner;

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *,

size_t, loff_t *);

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *,

size_t, loff_t *);

ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *,

unsigned long, loff_t);

ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *,

const struct iovec *,

unsigned long, loff_t);

int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned

int (*poll) (struct file *,

struct poll_table_struct *);

int (*ioctl) (struct inode *, struct file *,

unsigned int, unsigned long);

long (*unlocked_ioctl) (struct file *,


long (*compat_ioctl) (struct file *,


int (*mmap) (struct file *,

struct vm_area_struct *);

int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush)

(struct file *, fl_owner_t id); int (*release) (struct inode

*, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry

*,

int datasync);




int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int

(*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file

*, int, struct file_lock *); ssize_t (*sendpage) (struct file

*, struct page *,

int, size_t, loff_t *, int);

unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *,

unsigned long, unsigned long,

unsigned long, unsigned long);

int (*check_flags)(int); int (*flock) (struct file *, int,

struct file_lock *); ssize_t (*splice_write)(struct

pipe_inode_info *,

struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);

ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *,

struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int); int

(*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);

};

Hình 5.12. Bảng liệt kê các tác vụ của driver định nghĩa thông qua struct

file_operations.

Ở đây, chúng ta chỉ giải thích một số tác vụ điển hình và hay dùng nhất 1. struct module *owner

Trường đầu tiên của cấu trúc struct file_operations không thực sự là một

tác vụ. Nó là một pointer trỏ tới module sở hữu cấu trúc này. Trường này

được định nghĩa để tránh trường hợp một module đã gỡ bỏ nhưng các tác vụ

của nó vẫn được sử dụng.

Thông số owner này thường được gán bởi macro THIS_MODULE.

2. int (*open) (struct inode*, struct file*);

Mặc dù đây là tác vụ đầu tiên trên device file nhưng các driver không

yêu cầu khai báo các phương thức tương ứng. Nếu điểm vào này là NULL,

các device vẫn được mở thành công tuy nhiên driver không biết.

3. int (*release) (struct inode *, struct file*);

Tác vụ này được gọi khi cấu trúc file được tự do. Giống như tác vụ

open, release có thể trả về kiểu NULL.

4. ssize_t(*read) (struct file*, char __user*,

size_t, loff_t*);

Tác vụ được sử dụng để nhận dữ liệu từ device.

Nếu vị trí là null pointer thì hàm hệ thống read sẽ trả về lỗi –EINVAL(

“Invalid Argument”).

Hàm trả về giá trị không âm chính là số bytes được nhận thành công từ

device.

5. ssize_t(*write) (struct file*, char __user*,

size_t, loff_t*);

Tác vụ này được dùng để gửi dữ liệu tới device.




Nếu NULL, giá trị -EINVAL được trả về cho hàm đã gọi hàm hệ thống

write. Trong trường hợp khác, giá trị không âm trả về chính là số bytes thành

công đã ghi ra device.

6. int (*ioctl)(struct inode*,struct file*,usigned int, unsigened long);

Hàm hệ thống ioctl cung cấp một cách để truyền lệnh xuống thiết bị

(chẳng hạn như định dạng ổ đĩa). Nếu thiết bị không cung cấp ioctl, hàm gọi

hệ thống sẽ trả về lỗi cho bất cứ yêu cầu nào không được định nghĩa trước (-

ENOTTY, “ No such ioctl for device”)

vÍ Dụ:

File_operation của led_driver

struct file_operations mini2440_leds_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.read = mini2440_leds_read,

.write = mini2440_leds_write,

.ioctl = mini2440_leds_ioctl,

.open = mini2440_leds_open,

.release= mini2440_leds_release,

};

Hình 5.13. Ví dụ file_operation của Led_driver

* File Structure

Struct file được định nghĩa trong <linux/fs.h> là cấu trúc dữ liệu

quan trọng thứ 2 được sử dụng cho device drivers. Nó là một cấu trúc kernel

chỉ xuất hiện trong kernel code khác so với một file được định nghĩa trong

thư viện C chỉ xuất hiện trong chương trình user space.

* Inode Structure

5.3.3. Đăng kí Char Device

Việc tiếp theo là cần kết nối struct file_operations với character

device. Kernel hỗ trợ việc này thông qua hai cách sau

Cách 1: tạo character device và gắn kết với file_operations bằng phương

pháp thủ công

struct cdev * leds_cdev = cdev_alloc( );

leds_cdev->ops = &mini2440_leds_fops;

Hình 5.14. Đăng kí Char Device bằng thủ công

Cách 2: Sử dụng hàm khởi tạo

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations

*fops);

struct cdev leds_cdev;

cdev_init( &leds_cdev, &mini2440_leds_fops);




Hình 5.15. Đăng kí Char Device bằng hàm khởi tạo

Cũng giống như struct file_operations, character device chứa một

trường owner và chúng ta phải gán trường này với macro THIS_MODULE,

bất chấp bước phía trước dùng phương pháp nào để tạo và liên kết character

device với struct file_operations.

leds_cdev->owner = THIS_MODULE;

Việc cuối cùng cần làm để đăng ký character device với hệ thống là

liên kết dev_t number với character device cdev. Điều này chỉ được thực hiện

khi chúng ta đã đảm bảo mọi khởi tạo trong driver đã hoàn tất thành công, vì

ngay khi đăng ký với hệ thống, driver có thể được các ứng dụng bên ngoài sử

dụng ngay lập tức và việc khởi tạo chưa hoàn chỉnh có thể làm hệ thống hư

hỏng. Prototype của hàm như sau:

int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int

count);

Hình 5.16. Liên kết dev_t number với char device

Trong đó: dev là cdev structure đã được tạo và khởi tạo ở trên.

num là giá trị đầu tiên của device number.

count là số lượng device number được liên kết với thiết bị.

Ví dụ:

int result = cdev_add( &led_cdev, devno, 10);

if (result <0) goto add_cdev_error;

Hình 5.17. Ví dụ về liên kết dev_t number với char device

Cuối cùng, khi driver được unload, ta phải gỡ character device ra khỏi

hệ thống với hàm:

void cdev_del(struct cdev *dev);

Hình 5.17. Gỡ bỏ char device khỏi hệ thống

Điểm khác biệt rất lớn giữa device driver và các program thông

thường là device driver code phải luôn quan tâm đến vấn đề code bị gọi song

song. Code của device driver có thể phục vụ nhiều user space program cùng

một lúc và driver còn có thể bị interrupt handler gọi trong khi nó đang thực

thi một việc khác. Do đó khi viết một driver người viết luôn cần lưu ý đến

tính năng truy cập song song này và bảo vệ các phần code có thể gây ra chạy

đua.




Khi viết một driver mới thuộc loại character device chúng ta không sử

dụng riêng struct cdev mà nhúng nó vào một struct lớn hơn, trong struct lớn

này sẽ bao gồm thêm các thành phần cần thiết khác (ví dụ như một

semaphore để đồng bộ việc truy cập).

Ví dụ:

struct leds_dev { dev_t devno;

struct semaphore sem; /* mutual exclusion semaphore */

struct cdev cdev; /* Char device structure*/

};

Hình 5.18. Nhúng struct cdev vào struct semaphore

Ngoài hai cách đã đề cập ở trên, chúng ta cũng có thể gặp một cách cổ

điển khác dùng để đăng kí character device như sau

int register_chrdev (unsigned int major, const char

*name, struct file_operations *fops);

Hình 5.19. Cách cổ điển đăng kí char device

Trong đó: major là major number

name: tên của driver ( trong /proc/devices)

fops: cấu trúc mặc định của file_operations

Drivers sử dụng cách đăng kí này phải xử lí hàm open cho tất cả 256

minor numbers và chúng không thể sử dụng các giá trị major hoặc minor

number lớn hơn 255.

Khi sử dụng register_chrdev để đăng kí, chúng ta có thể sử dụng hàm

sau để remove device khỏi hệ thống

int unregister_chrdev (unsigned int major, const char

*name);

Hình 5.20. Cách gỡ bỏ char device theo cách cổ điển

Trong đó thông số major và name tương tự như hàm đăng kí ở trên.

5.3.4. Truy Cập Dữ Liệu User Space Và Hardware

Device driver nằm giữa user space program và hardware do đó nó cần

truy cập dữ liệu cả hai khu vực này.

* Trao Đổi Dữ Liệu Với User Space

Như đã nói ở trên, tác vụ read được sử dụng để copy dữ liệu tới

application trên user space trong khi đó write được sử dụng để ghi dữ liệu từ

application program. Do đó protype của 2 tác vụ này cơ bản giống nhau.

ssize_t read (struct file*flip, char __user *buff,

size_t count, loff_t*offp);




ssize_write(struct file*flip, const char __user *buff,

size_t count, loff_t*offp);

Hình 5.21. Các tác vụ để trao đổi dữ liệu

Trong đó: flip là file pointer

Count: là kích cỡ của dữ liệu cần chuyển.

Buff: chỉ tới vùng user buffer, được sử dụng để chứa dữ liệu để ghi hoặc

vùng buffer trống để chứa dữ liệu được đọc về.

Dĩ nhiên, việc trao đổi dữ liệu giữa driver và user space program

không thực hiện trực tiếp mà phải thông qua các hàm dịch vụ do kernel cung

cấp. Các hàm này được định nghĩa trong <linux/access.h>. Các hàm này

có chức năng tương tự như hàm memcpy.

unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void

*from, unsigned long count);

unsigned long copy_from_user(void *to, const void

__user *from, unsigned long count);

Hình 5.22. Các hàm dịch vụ để trao đổi dữ liệu

Trong đó: các thuộc tính __user là buffer thuộc về user space và thành phần

buffer còn lại thuộc về kernel space.

count là số phần tử của buffer

Hàm trả về giá trị 0 khi thành công.

Hình 5.23. Mô tả tác vụ đọc dữ liệu




Ví dụ 1: Trả về một biến int cho user space

static ssize_t mini2440_leds_read (struct file *file,

char *buf, size_t count, loff_t *ppos)

{

int result;

...

err = copy_to_user (buf, &result, sizeof(int));

if(err) return -EFAULT;

...

}

Hình 5.24. Ví dụ trả biến về user space

Ví dụ 2: Đọc một biến int từ user space

static ssize_t mini2440_leds_write (struct file *file,

const char *buf, size_t count, loff_t *ppos)

{

int wri;

...

err = copy_from_user (&wri, buf, sizeof(int));

if ( err != 0 ) return -EFAULT;

...

}

Hình 5.25. Ví dụ nhận biến từ user space

* Trao Đổi Dữ Liệu Với Hardware

Trong các hệ thống SoC, việc truy cập phần cứng chủ yếu thực hiện

qua các thanh ghi cấu hình (configuration registers), thanh ghi dữ liệu (data

registers) và các thanh ghi trạng thái (status registers).

Linux kernel sử dụng bộ nhớ ảo nên chúng ta không thể đơn giản chỉ dùng

con trỏ chỉ vào địa chỉ vùng nhớ vật lý và dùng con trỏ này để gán giá trị cho

vùng nhớ. Linux kernel đòi hỏi các địa chỉ thanh ghi này phải được ánh xạ

vào địa chỉ ảo thuộc kernel space và việc đọc gán giá trị cho các thanh ghi

cũng sử dụng các hàm dịch vụ thay vì gán trực tiếp.

Các hàm liên quan đến việc ánh xạ địa chỉ vật lý của thanh ghi vào địa

chỉ kernel gồm

#include <linux/ioport.h>

struct resource *request_mem_region(unsigned long start,

unsigned long len, char *name);

Hình 5.26. Ánh xạ thanh ghi vào địa chỉ kernel




Hàm này xin cấp phát tài nguyên có địa chỉ vật lý từ start, và có độ dài len,

name là tên đăng ký để chúng ta có thể kiểm tra trong /proc/iomem xem

driver nào đang chiếm tài nguyên. Hàm trả về giá trị non-NULL nếu thành

công.

void release_mem_region(unsigned long start,

unsigned long len);

Hình 5.27. Hàm trả tài nguyên

Hàm này trả lại tài nguyên được cấp phát bởi request_mem_region. Chúng ta

cần gọi hàm này khi không dùng đến tài nguyên nguyên nữa.

#include <asm/io.h>

void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr,unsigned

long size);

void iounmap(void * addr);

Hình 5.28. Hàm ánh xạ địa chỉ vật lí

Hàm ioremap_nocache ánh xạ địa chỉ vật lý chỉ định bởi phys_addr, có độ

dài size vào kernel address space, con trỏ void trả về chính là địa chỉ trong

kernel space. Chúng ta sẽ sử dụng con trỏ void này để truy cập vào các thanh

ghi bằng cách dùng con trỏ void này làm thông số đầu vào cho các hàm read,

write do kernel cung cấp. Hàm iounmap nhận con trỏ void sinh ra bởi hàm

ioremap_nocache và bỏ ánh xạ này ra khỏi hệ thống.

Các hàm read, write do kernel cung cấp được định nghĩa trong <asm/io.h>

unsigned int ioread8(void *addr);



void iowrite8(u8 value, void *addr);



void ioread8_rep(void *addr, void *buf,unsigned long count);



void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf,unsigned long

count);


count);


count);

void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);

void memcpy_fromio(void *dest, void *source,unsigned int

count);




void memcpy_toio(void *dest, void *source,unsigned int

count);

Hình 5.29. Bảng các hàm trao đổi dữ liệu với hardware

Con trỏ void* addr đầu vào của các hàm là giá trị trả về của hảm

ioremap_nocache. Hàm io[read|write][8|16|32] cho phép đọc ghi trên các giá

trị [8|16|32] bits. Hàm io[read|write][8|16|32]_rep thực hiện lặp lại

io[read|write][8|16|32] count lần (count không phải là số byte đọc/ghi mà là

số lần lặp lại hàm). Ba hàm cuối cùng sử dụng cho một memory block.

Tóm lại, việc truy cập 1 thanh ghi gồm các bước sau:

Xin cấp phát vùng nhớ với request_mem_region().

Ánh xạ địa chỉ vật lý vừa xin với ioremap_nocache().

Truy cập thanh ghi từ con trỏ trả về từ ioremap_nocache() với

các hàm dịch vụ do kernel cung cấp.

Ví dụ:

Một đoạn code config thanh ghi của PORTB trên processor S3C2440,

MINI2440_GPBCON_PA là địa chỉ vật lý của bộ thanh ghi cấu hình cho

PORTB (0x56000010). PORTB có 3 thanh ghi 32 bit: thanh ghi cấu hình

(0x56000010), thanh ghi dữ liệu (0x56000014) và thanh ghi pullup register

(0x56000018).

if (! request_mem_region(MINI2440_GPBCON_PA ,4*3, "mini2440_leds"))

{

printk( KERN_ERR "mini2440-leds: can't get I/O mem address

0x%x\n",MINI2440_GPBCON_PA );

return -ENODEV;

}

unsigned long *leds_base_addr = (unsigned

long*)ioremap_nocache((unsigned long)MINI2440_GPBCON_PA, 4*3);

if( leds_base_addr == NULL){

printk( KERN_ERR"cannot map portB to kernel space\n");

release_mem_region((unsigned long)MINI2440_GPBCON_PA, 4*3);

return -ENODEV;

}

// config pull-up registers

temp = ioread32(leds_base_addr+2);

temp &= ~(0x0f<<5); // enable pull up resistors for 4 pins 5 6 7 8

iowrite32(temp, leds_base_addr+2);

Hình 5.30. Ví dụ về trao đổi dữ liệu với hardware

5.3.5. Các Tác Vụ Nâng Cao Của Char Driver

Như các phần trên đã xây dựng, chúng ta đã xây dụng một device driver

hoàn tất cho phép người dùng có thể đọc hoặc ghi dữ liệu từ device. Ngoài ra,

các thiết bị thực còn cung cấp thêm các chức năng khác. Trong mục này sẽ

giới thiệu về hàm hệ thống ioctl được xem là giao tiếp điển hình để điều

khiển thiết bị.




Ngoài ra còn các tính năng nâng cao khác như: đặt process vào chế độ

ngủ (sleep mode), cách đánh thức (wake up process), thông báo cho user

space biết khi nào thiết bị sẵn sàng cho việc đọc và ghi,… ( các tính năng này

tham khảo tài liệu).

Ioctl

Device drivers có thể điều khiển các device thông qua phương thức

ioctl, được thực hiện qua hàm hệ thống system call cùng tên.

Trong user space, protype của ioctl như sau

int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *flip, unsigned

int cmd, unsigned long arg);

Hình 5.31. Protype ioctl

Trong đó:

Pointer inode và flip là các giá trị tương ứng với file descriptor fd, giống như

tham số truyền trong tác vụ open.

Các thông số cmd, arg được truyền từ user.

Thông thường, giá trị cmd được sử dụng để xây dựng cấu trúc switch –

case trong tác vụ ioctl cho phép định nghĩa các hành vi khác nhau tùy theo

giá trị của thông số cmd.

Ví dụ:

User program calling ioctl

#define CDROMEJECT 1

int main (int argc, char* argv[])

{

/* Open a file descriptor to the device specified on the

command line. */

int fd = open (argv[1], O_RDONLY); //argv[1] is /dev/cdrom

/* Eject the CD-ROM. */

ioctl (fd, CDROMEJECT); /*CDROMEJECT become device_ioctl..

int cmd parameter */

/* Close the file descriptor. */

close (fd);

return 0;

}

Device driver ioctl

static int device_ioctl(struct inode *inode, struct file

*filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

{

switch(cmd)

{

case CDROMEJECT:

printk("CD-ROM EJECTED\n");

break;

default:




printk("IOCTL DEFAULT COMMAND EXECUTED\n");

}

return 0;

}

Hình 5.32. Ví dụ về sử dụng ioctl

5.4. Interrupt Handling Như đã biết, ngắt là một tín hiệu bất đồng bộ được hardware gửi tới khi

nó muốn vi điều khiển chú ý tới. Khi đó, CPU sẽ lưu trạng thái thực thi hiện

tại và nhảy tới chương trình phục vụ ngắt. Trong linux, driver có nhiệm vụ

cài đặt ngắt và quản lí chúng khi ngắt xảy ra.

5.4.1.Thiết Lập Ngắt

Để thiết lập ngắt ta sử dụng hàm được khai báo trong

<linux/interrupt.h>

int request_irq(unsigned int irq,

irqreturn_t(*handler)(int,void*, struct pt_regs*),

unsigned long flags, const char *dev_name, void

*dev_id);

Hình 5.33. Các hàm thiết lập ngắt

Trong đó:

unsigned int irq: thứ tự ngắt được yêu cầu.

irqreturn_t (*handler)(int, void*, struct pt_regs): pointer chỉ tới chương trình

phục vụ ngắt

unsigned long flags: bit liên quan tới quản lí ngắt

const char*dev_name: một chuỗi được gửi tới hàm request_irq và sử dụng

trong /proc/interrupts để chỉ ra chủ sở hữu của ngắt này.

void *dev_id: Pointer sử dụng cho chia sẻ đường ngắt.

Hàm trả về giá trị 0 nếu thành công, giá trị âm nếu có lỗi xảy ra.

Việc cài đặt ngắt cót thể thực hiện khi init một driver hoặc chỉ khi mở

thiết bị. Nếu một module yêu cầu ngắt ngay tại init ban đầu, nó sẽ không cho

phép các driver khác sử dụng ngắt này. Vì số lượng đường ngắt rất hạn chế

do đó nên cài đặt ngắt khi thiết bị được mở lần đầu vì cho phép chia sẻ tài

nguyên.

Khi thiết bị được đóng và phần cứng không sinh bất cứ ngắt nào nữa thì

cần giải phóng ngắt bằng hàm sau:

void free_irq (unsigned int irq, void *dev_id);

Hình 5.34. Hàm giải phóng ngắt




5.4.2. Giá Trị Trả Về (return value)

Chương trình phục vụ ngắt cần trả về giá trị để chỉ ra rằng có ngắt xảy

ra thực sự hay không.Trong trường hợp có ngắt nên trả về giá trị

IRQ_HANDLED, trong trường hợp khác giá trị trả về là IRQ_NONE. Chúng

ta có thể trả giá trị về thông qua macro sau:

IRQ_RETVAL(handled);

Hình 5.35. Trở về từ ngắt

Ví dụ:

Hình 5.36. Ví dụ về khai báo ngắt

Ngoài ra, trong một số trường hợp driver cần cấm ngắt hoặc cho phép

ngắt với một số ngắt cụ thể. Kernel cung cấp 3 hàm để thực hiện việc này và

chúng được khai báo trong <asm/irq.h>

void disable_irq(int irq);

void disable_irq_nosync(int irq);

void enable_irq(int irq);

Hình 5.37. Các hàm cho phép và cấm ngắt

5.5. Cách Build Một Driver Module 5.5.1. Build Môi Trường Để Biên Dịch Cho Driver Or Modules:

- Download kernel from www.friendlyarm.net : kernel 2.6.32

http://www.friendlyarm.net/dl.php?file=kernel 2.6.32.tgz

- Giải nén tại một thư mục nào đó trên ubuntu

Code:

#sudo tar xfvz kernel 2.6.32.tgz –C/

struct button_irq_desc {

int irq;

int pin;

int pin_setting;

int number;

char *name;

};

static struct button_irq_desc button_irqs [] = {

{IRQ_EINT8,S3C2410_GPG(0),S3C2410_GPG0_EINT8,0,

"KEY0"},

{IRQ_EINT9,S3C2410_GPG(1),S3C2410_GPG1_EINT9,1,

"KEY1"},

};


http://www.friendlyarm.net/

http://www.friendlyarm.net/dl.php?file=kernel



- Tiến hành cài đặt công cụ cần thiết để hỗ trợ build kernel

Code:

#sudo apt-get install ncurses-dev (config by

munuconfig)

Hoặc dùng lệnh #sudo apt-get install qt3-dev-tools

-Vào làm việc trong thư mục đã giải nén kernel 2.6.32

Code:

#cd */kernel 2.6.32

- Copy file cấu hình minh244o cho loại màn hình 3.5inch vào file

/.config

Code:

#cp config_mini2440_n35 ./.config

-Tiếp hành mở menuconfig

Code:

#ARCH = arm make oldconfig

#ARCH = arm make menuconfig

Thay đổi cấu hình của kernel theo các setting dưới đây:




-Cài đặt kernel

Code:

# make

#ARCH =arm make modules_install

Có thể tham khảo thêm tại địa chỉ : Reference document: http://cchia-

cwp.blogspot.com/2010/03/mini2440-friendlyarm-for-embedded.html

5.5.2. Cách Load Và Unload Một Driver

Như đã nói ở phần 5.1,ngoại trừ network device, các device khác

được truy cập thông qua một loại file đặc biệt gọi là device file.

Nhằm mục đích tiện lợi chúng ta có thể viết một script đơn giản để

load và unload các module


http://cchia-cwp.blogspot.com/2010/03/mini2440-friendlyarm-for-embedded.html

http://cchia-cwp.blogspot.com/2010/03/mini2440-friendlyarm-for-embedded.html



Code:

#!/bin/sh

# load module script

module="my_driver"

device="my_device"

mode="664"

if grep -q '^staff:' /etc/group; then

group="staff"

else

group="wheel"

fi

# insmode or exit on error

/sbin/insmod ./$module.ko $* || exit 1

# find driver major number

major=$(awk "\$2==\"$module\" {print \$1}" /proc/devices)

minor=0

# create device file

rm -f /dev/${device}0

mknod /dev/${device}0 c $major $minor

chgrp $group /dev/${device}0

chmod $mode /dev/${device}0

#!/bin/sh

# unload module script

module="my_driver"

device="my_device"

# invoke rmmod with all arguments we got

/sbin/rmmod $module $* || exit 1

# delete device file

rm -f /dev/${device}0

Hình 5.38. Script để load và unload driver


CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ & THI CÔNG GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHƢƠNG 6

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

6.1. Giới Thiệu Mô Hình Quản Lí Bãi Giữ Xe Hiện Nay Hiện nay, các bãi giữ xe tại thành phố HCM nói riêng và Việt Nam nói

chung đa phần đều áp dụng biện pháp thủ công (dùng vé xe ghi tay). Điều đó có

nghĩa khi xe đi vào bãi, người coi bãi có nhiệm vụ ghi vé và giao cho khách. Khi xe

khỏi bãi, khách giao ngược lại vé xe để người quản lí kiểm tra vé.

Cách thức quản lí này có rất nhiều nhược điểm:

Cần lượng nhân công lớn để ghi và soát vé

Trường hợp số lượng khách đông thì dễ gây ùn tắc, mất thời gian và

áp lực cho cả người quản lí và khách gửi.

Độ an toàn kém: nhân viên phải quan sát biển số xe vào/ra bằng mắt.

Hơn nữa, vé rất dễ bị làm giả, nhàu nát và thất lạc. Khi bị mất vé, các đối tượng

xấu nhặt được dễ dàng lấy được xe ra ngoài.

Về mặt quản lí: gây khó khăn cho việc quản lí chính xác lượng xe

hiện tại trong bãi, số xe gửi trong ngày, doanh thu thực tế,…

Hình 6.1. Quản lí bãi giữ xe bằng việc ghi vé tay

Bên cạnh đó, một số nơi cũng đang xuất hiện nhiều các hệ thống bãi giữ xe

thông minh (S- parking) và xu hướng thay thế dần cho các hệ thống bãi giữ xe cũ.

Hệ thống mới sử dụng camera, ứng dụng công nghệ nhận dạng ảnh và biển số tự

động lưu trữ dữ liệu qua thẻ chip.




Mô hình hệ thống tại cửa vào

Hình 6.2. Mô hình cửa vào của bãi giữ xe thông minh S-parking

Hệ thống bao gồm :

2 camera: 1 camera để hiển thị nhận dạng chủ xe và 1 camera để

thu nhận biển số xe vào.

1 máy tính để xử lí công việc: chụp biển số xe vào tự động, tự

động nhận dạng biển số xe vào, quét thẻ chíp, lưu hình ảnh camera để đổi

chiếu cửa xe ra.

01 đầu ghi đọc thẻ chíp: cho phép ghi dữ liệu biển số, hình ảnh

xe và chủ xe vào thẻ chip.

Mô hình hệ thống tại cửa ra hoàn toàn tương tự như cửa vào.

*Nguyên Lí Hoạt Động:

Khi xe khách vào , nhân viên bảo vệ lấy 01 thẻ chip quẹt vào đầu đọc thẻ rồi

giao cho khách. Khi đó, hình ảnh biển số xe và hình ảnh mặt chủ xe được 02 camera

ghi lại và lưu trữ trong máy tính. Sau đó máy tính tiến hành nhận dạng biển số xe ra

dữ liệu text, cùng với thông tin số thẻ nhận về để thiết lập 01 bản ghi cơ sở dữ liệu

xe gửi gồm đầy đủ các thông tin: mã số thẻ, biển số xe (dạng text), hình ảnh biển số

xe, hình ảnh mặt chủ xe, ngày giờ xe vào…

Đối với xe nhân viên vào gửi, quá trình lặp lại tương tự trên chỉ khác là nhân

viên tự quẹt thẻ đã được cấp phát và thông tin nhân viên sẽ được hiển thị. Kết nối tự

động mở barie (nếu hệ thống có sử dụng barie)




Hình 6.3. Hình ảnh bãi giữ xe thông minh S- parking

Những ưu điểm chính:

Tốc độ tiếp nhận và giải phóng xe nhanh hơn nhờ đó tiết kiệm

thời gian cho cả khách hàng và người quản lí bãi.

Giảm sức lao động cũng như số lượng nhân công ít hơn.

Độ an toàn cao hơn: hệ thống tự kiểm tra 2 biển số trùng nhau,

tránh trường hợp làm giả thẻ xe cũng như nhặt được thẻ cũng không thể tìm

thấy xe.

Tuy nhiên, một số hạn chế nhất định:

Giá thành cao

Hệ thống tương đối cồng kềnh, phức tạp do phần xử lí nằm trên

máy tính, còn mạch điều khiển barrie riêng rẽ.

6.2. Giới Thiệu Mô Hình Quản Lí Bãi Giữ Xe Luận Văn Như đã nói trong phần 1.1, với xu hướng phát triển của hệ thống nhúng hiện

nay, vai trò của PC trong các hệ thống đang dần được thay thế thiết bị nhúng. Đó là

nhờ vào khả năng tích hợp nhỏ gọn, thuận tiện và giá thành ngày càng giảm.

Do đó, việc sử dụng board mini2440 làm thiết bị xử lí và điều khiển trung

tâm cho bãi giữ xe như là bước đầu trong việc phát triển các hệ thống trong đó vai

trò các thiết bị nhúng đã thay thế cho PC.

6.2.1. Tổng Quan Về Phần Cứng

- Sơ đồ tổng quát hoạt động của hệ thống




Board Mini2440 H Bridge (LMD18200 Module)

Webcam Barie (DC Motor)

Hình 6.4. Sơ đồ tổng quát của hệ thống

- Các thành phần phần cứng trong luận văn:

Webcam rời sử dụng để thu nhận hình ảnh xe vào bãi.

Board Mini2440 làm giao diện điều khiển người dùng đồng thời cũng

là mạch điều khiển động cơ DC mở cổng chắn.

Mạch cầu H ( H Bridge) sử dụng làm mạch động lực điều khiển động

cơ DC

DC Motor điều khiển barie chắn cổng, cho phép xe vào ra khỏi bãi.

6.2.2. Mô Tả Chi Tiết Phần Cứng

1. Board Mini2440

Mô tả board Mini2440 được trình bày trong chương 2

2. Mạch Điều Khiển Động Cơ

-Sơ đồ nguyên lí:




Hình 6.5. Sơ đồ nguyên lí mạch cầu H

- Mạch động lực điều khiển động cơ dùng IC cầu H LMD18200 với các

đặc tính như sau:

Điện áp cung cấp 12V-55V. Dòng liên tục 3A và dòng đỉnh 6A

Ngõ vào tương thích TTL / CMOS

Bảo vệ ngắn mạch

Chân cảnh báo quá nhiệt (Thermal Flag Output)

Thường được ứng dụng trong:

Điều khiển động cơ DC và động cơ bước

Dùng trong robot

Trong các máy điều khiển chương trình số




Sơ đồ khối IC cầu H LMD18200

Hình 6.6. Sơ đồ khối LMD 18200

- Các pin 6 và 7 lần lượt là các chân cấp nguồn và GND.

- Pin 2 là Output 1 (OUT1) và Pin 10 là Output 2 (OUT2).

- Pin 3 (Direction Input): chân ngõ vào hướng điều khiển dòng giữa

OUT1 và OUT2 do đó điều khiển hướng quay của tải motor.

- Pin 4 (Brake Input): chân ngõ vào thắng, sử dụng để dừng motor.

- Pin 5 (PWM Input): chân ngõ vào xung PWM.

Bảng sự thật các trạng thái của LMD 18200

Hình 6.7. Bảng sự thật các trạng thái của LMD 18200

Để đơn giản cho việc điều khiển LMD18200, ta xuất tín hiệu PWM của vi

điều khiển tới chân 5 (PWM Input) và cấp các mức logic High hoặc Low cho chân

3 (Direction), 4 (Brake).




Khi đó động cơ DC được quay theo 1 chiều định trước và tốc độ được xác

định thông qua thời gian mức cao trong độ rộng xung PWM.

IC cầu H sử dụng trong luận văn là loại LMD18200T. Ưu điểm lớn nhất của việc sử

dụng IC cầu H này làm cho mạch thiết kế trở nên đơn giản và gọn gàng trong khi

vẫn đáp ứng đầy đủ những yêu cầu cần thiết trong ứng dụng điều khiển động cơ

như: tần số điều rộng xung lớn, dòng tải đỉnh lên tới 6A, có thể phát hiện quá nhiệt,

tương thích TTL và CMOS.

Hình 6.8. Hình dạng thực tế của IC Cầu H LMD18200

3. Động Cơ DC

Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi

cần moment mở máy lớn hoặc trong yêu cầu điều chỉnh tốc độ và phạm vi rộng.

Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp,

đắt tiền, kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ. Khi sử dụng động

cơ điện một chiều cần có nguồn một chiều kèm theo.

Nguyên tắc hoạt động: Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chổi điện,

trong dây quấn phần ứng có dòng điện I ư. Các thanh dẫn có dòng điện trong từ

trường sẽ chịu tác động lực Fdt tác động làm cho rotor quay.

Phương trình điện áp:

Trong đó: Eư: sức phản điện,

Iư: dòng điện trong dây quấn phần ứng

Rư: điện trở dây quấn phần ứng

U: điện áp đặt vào

Do đó để điều chỉnh tốc độ động cơ DC, ta có các phương pháp:

Điều chỉnh thông số mạch của máy điện

Thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ

Phương pháp điều rộng xung

Trong phương pháp điều rộng xung: là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải

hay nói cách khác phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi

xung vuông dẫn đến thay đổi điện áp ra.




Hình 6.9. Giản đồ xung điều khiển tốc độ động cơ DC

Tóm lại, tốc độ động cơ tỉ lệ với thời gian Ton trong 1 chu kì xung.

Hình 6.10. Hình ảnh thực tế động cơ DC

6.2.3. Nguyên Lí Hoạt Động Khi xe khách vào, camera sẽ thu nhận hình ảnh và hiển thị trên màn hình

điều khiển của nhân viên quản lí. Tiếp đó, người quản lí nhập vào thông tin khách

hàng (thường là biển số xe) trực tiếp trên giao diện điều khiển. Quá trình nhập kết

thúc bằng phím “Enter” xác nhận thông tin đã nhập là chính xác. Cuối cùng, bằng

một click “Start” thông tin khách hàng và hình ảnh thu nhận sẽ được lưu lại trong

bộ nhớ và hệ thống tự động cho phép mở barie bằng cách quay động cơ với tốc độ




mặc định trước. Khi đã mở barie ở độ cao để xe có thể vào, nhân viên nhấn “Stop”

để dừng động cơ.

Khi xe đi ra khỏi bãi và dừng lại, người quản lí nhập lại thông tin khách

hàng. Khi đó, hình ảnh xe ban đầu sẽ hiện ra cho phép xác định đúng xe, đúng

người sở hữu. Nếu thông tin hợp lệ, hệ thống tự động mở barie cho phép xe ra.

Tốc độ mở barie có thể thay đổi bởi người quản lí thông qua nút “Set

Speed” trên giao diện điều khiển.

Hệ thống cũng đưa ra một số cảnh báo khi người quản lí thao tác không

đúng bao gồm:

Nhập quá tốc độ cho phép của động cơ (3000 v/ph)

Chưa nhập mã thông tin khách hàng

Chưa nhấn “Enter” để xác nhận thông tin đã nhập

Màn hình giao diện điều khiển

Hình 6.11. Màn hình giao diện điều khiển


CHƯƠNG 7: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHƢƠNG 7

CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH QUẢN LÍ BÃI GIỮ XE

7.1. Giới Thiệu Tổng Quát Như đã đề cập trong phần 5.1.5, hệ thống trong Linux được chia làm 2 vùng

riêng biệt: Kernel Space và User Space. Các modules chạy trong kernel space trong

khi các ứng dụng (user application) chạy trong user space.

Do đó, chương trình quản lí bãi giữ xe cũng được chia thành 2 phần riêng biệt:

Driver Module: camera, motor

Giao diện điều khiển người dùng GUI

Kernel Space User Space

Driver camera GUI Program

Driver motor

Hình 7.1. Cấu trúc chương trình

7.2. Driver Modules 7.2.1. Motor Driver

Như đã đề cập trong phần 5.2 và 5.3 (chương 5_ Device Drivers), chúng ta

đã biết cấu trúc của một module, cách viết một character device driver và cách định

nghĩa các tác vụ của chúng.

Do đó, trong mục này chúng ta sẽ trình bày cấu trúc của driver dưới dạng sơ

đồ nhiều hơn việc đi vào chi tiết.

GUI PROGRAM

KERNEL

DRIVERS

HARDWARE

Camera Motor




Hình 7.2. Cấu trúc tổng quát Motor Driver

Motor Driver thuộc loại character device driver và bao gồm các hàm, tác vụ sau:

Hàm module_init: được gọi khi module liên kết với kernel.

Hàm module_exit: được gọi khi module được gỡ bỏ khỏi nhân.

Các tác vụ cơ bản: open, close, read, ioctl điều khiển việc

truyền và nhận dữ liệu giữa user space và kernel space.

Chức năng chi tiết của từng hàm và các tác vụ tương ứng

1. Hàm module_init:

Được gọi khi module liên kết với kernel thông qua lệnh insmod.

Thực hiện việc đăng kí device number(major& minor) và liên kết các tác vụ

file_operations với character device.

2. Hàm module_exit:

Được gọi khi module bị gỡ bỏ khỏi nhân.

Thực hiện việc gỡ bỏ device khỏi hệ thống.

3. Tác vụ open:

Được định nghĩa bằng hàm s3c24xx_pwm_open(). Hàm thực hiện

mở device, cấp xung clock cho hệ thống.

4. Tác vụ release:

Được định nghĩa bằng hàm s3c24xx_pwm_close().

module_init

module_exit

File_Operations

s3c24xx_pwm_open()

s3c24xx_pwm_close()

s3c24xx_pwm_read()

s3c24xx_pwm_ioctl()

Functions

PWM_Stop()

PWM_Set_Speed() Switch

Case

button_interrupt()

timer_interrupt()

PID_controller()




Hàm này thực hiện gọi tới hàm con PWM_Stop()

5. Tác vụ read

Sử dụng truyền giá trị tốc độ thực động cơ về user space thông qua hàm

dịch vụ: copy_to_user(). (tham khảo 5.3.4)

6. Tác vụ ioctl

Sử dụng điều khiển các hành vi khác nhau của device bằng cấu trúc

switch_case.

Tùy theo giá trị của thông số cmd truyền từ user, các hàm tương ứng được gọi:

cmd = PWM_IOCTL_SET_SPEED:

Gọi hàm PWM_Set_Speed(arg) với đối số truyền vào là thông số

thứ 4 của cấu trúc ioctl. Chúng ta sử dụng thông số arg để truyền vào tốc độ đặt

ban đầu của động cơ. arg = tốc độ đặt ban đầu

cmd = PWM_IOCTL_STOP:

Gọi hàm PWM_Stop() để dừng motor.

7. Hàm PWM_Set_Speed(unsigned long)

Thực hiện cài đặt ban đầu cho phần cứng: ( tham khảo phần 5.4.1)

Chọn chân ngõ ra pwm, timer nội.

Chọn tỉ lệ chia mux, prescaler và cho phép chạy timer.

Cài đặt timer ở chế độ ngắt.

Cài đặt chân ngắt ngoài và cho phép ngắt.

8. Hàm PWM_Stop()

Thực hiện dừng ngắt timer và giải phóng các ngắt timer, ngắt ngoài

9. Hàm button_interrupt()

Đếm số xung ngắt ngoài trong khoảng thời gian của ngắt timer.

10. Hàm timer_interrupt():

Lấy giá trị tốc độ thực và gọi hàm hiệu chỉnh PID_controller().

11. Hàm PID_controller():

Thực hiện hiệu chỉnh tốc độ động cơ theo giải thuật PID số.

Lƣu ý:

Chương trình code có thể tham khảo trong CD đi kèm.

7.2.2. Camera Driver Để board có thể hỗ trợ usb camera thì trong thiết lập cấu build kernel ở

trên các module sau cần được check: uvc-camera, v4l2. Khi kernel đã hỗ trợ

camera lúc gắn vào camera sẽ được nhận và tạo một node trong /dev/video0.

Đa phần các usb camera sử dụng stream I/O để trao đổi dữ liệu với bên

ngoài thay vì sử dụng cơ chế read/write. Streaming I/O được thực hiện bởi cơ

chế memory mapping hoặc userpointer. Camera dùng trong project này sử

dụng cơ chế memory mapping.

Streaming I/O là một phương pháp I/O trong đó chỉ có pointer đến

buffer được truyền giữa application và driver, thay vì copy dữ liệu. Memory

mapping dùng để map buffer ở device vào không gian bộ nhớ của application.




Streaming được thiết bị hỗ trợ nếu như flag V4L2_CAP_STREAMING thuộc

struct v4l2_capability được set.

Các bước khởi tạo bộ nhớ cho streamming I/O:

-Truyền thông báo cấp phát device buffer tới camera.

-Application truy vấn địa chỉ các buffer được tạo.

-Map tất cả các buffer của camera vào vùng nhớ của application.

Streaming drivers quản lý 2 buffer queue, incoming và outgoing queue.

Buffer sẽ được đẩy dữ liệu vào theo incoming queue, và được capture theo thứ

tự lấy ra từ outgoing queue. Hình dưới sẽ minh họa rõ hơn cơ chế hoạt động

của chúng.

Trao đổi dữ liệu với camera thông qua queue buffer.

Ban đầu tất cả các buffer của application đang ở trạng thái dequeue và

driver không thể truy xuất được, đầu tiên tất cả các buffer sẽ được enqueue

vào incoming queue. Khi đó driver có thể ghi được dữ liệu vào trong buffer.

Buffer khi được ghi xong dữ liệu sẽ được chuyển vào outgoing queue.

Applications chờ ở outgoing queue khi có buffer được ghi xong nó sẽ đọc

buffer đó để lấy dữ liệu và lại enqueue buffer đó vào incoming queue cho

driver.

Các bước đọc dữ liệu từ camera như sau:

-Application gửi lệnh enqueue tất cả các buffer

-Application gửi lệnh cho phép camera bắt đầu gửi dữ liệu

-Application thực hiện việc lấy dữ liệu từ buffer: dequeue một

buffer rồi đọc dữ liệu trong buffer đó, sau đó enqueue buffer trở lại cho

device.

-Gửi lệnh kết thúc việc truyền dữ liệu của camera.




7.3. Giao Diện Điều Khiển Ngƣời Dùng Trong chương 4, chúng ta đã tìm hiểu được:

Cách xây dựng một project trong Qt

Khái niệm Signal & Slot

Viết một ứng dụng UI bằng Qt Designer và bằng dòng lệnh

Do đó, trong phần này chúng ta mặc nhiên đã biết cách viết các ứng dụng

thuần túy của Qt (keyboard, buttons, …) và chỉ trình bày các phần liên quan tới truy

xuất hardware như: truyền tốc độ đặt điều khiển động cơ, thu nhận ảnh từ camera.

7.3.1. Cấu Trúc File Của Chƣơng Trình Chính

Hình 7.3. Cấu trúc file của chương trình chính

Điều Khiển Camera

Điều Khiển Động Cơ Main Program

control.cpp control.h

motor_1.ui

common.h common.cpp

testcam.h testcam.cpp

Tạo Button

button.h button.cpp

main.cpp

motor_1.h

motor_1.cpp

ocr_proc.h

Motor_1.pro preview.h preview.cpp




Cấu trúc file của chương trình được chia làm 3 module chính tương ứng với 3

phần:

Main Program: chứa các file do Qt tự động sinh ra khi tạo một project.

Tạo Button: chứa các hàm dùng để tạo ra button.

Điều Khiển Động Cơ: chứa các hàm truyền điều khiển xuống

Motor_Driver như truyền tốc độ đặt ban đầu động cơ.

Điều Khiển Camera: chứa các hàm truyền điều khiển xuống

Camera_Driver như init, open, capture, close,…

Chương trình được xây dựng theo dạng module tạo điều kiện dễ dàng cho việc

quản lí trong đó các hàm được nhóm lại theo chức năng. Khi đó trong trường

chương trình muốn thực hiện tác vụ thì chỉ việc gọi và truyền đúng đối số cho hàm

con tương ứng tại mỗi modules.

Chúng ta sẽ thấy điều này qua các slots : Start_Clicked(),

Stop_Clicked(),Set_Clicked() tương ứng với các nút điều khiển trên

giao diện trong phần sau khi chúng gọi tới các hàm con tại các module khác.

Ví Dụ:

Trong slots : start_Clicked() tương ứng với việc nhấn button “START”

Hình 7.4. Cách chuyển dòng chảy chương trình giữa các file

7.3.2. Chi Tiết Giao Diện

Giao diện người dùng bao gồm:

Bàn phím cho phép nhập thông tin khách hàng (ID number) và đặt

tốc độ ban đầu của động cơ khi cần thay đổi (Set Speed).

2 line cho phép hiển thị giá trị thông tin đã nhập

Main program

Slots

Điều Khiển Động Cơ

Start_Clicked()

stop_motor()

Open_motor()

Set_speed()

Close_motor()




2 nút điều khiển nhập thông tin: “CLEAR” xóa giá trị vừa nhập

(trong trường hợp nhập sai) và “ENTER” xác nhận thông tin vừa nhập.

3 nút điều khiển: START, STOP, SET SPEED

*“START”

Thực hiện khi đã nhập đầy đủ và xác nhận thông tin hợp lệ.

Khi được nhấn, camera bắt hình ảnh xe vào và thông tin này được lưu trong bộ

nhớ cùng với mã ID đã nhập. Sau đó, động cơ DC được chạy với tốc độ đặt trước để

mở cổng chắn.

Trường hợp, chưa nhập ID hoặc chưa xác nhận thông tin thì sẽ đưa ra cảnh báo

“Some parameters are empty or press Enter to confirm”

* “STOP”

Khi được nhấn, trả hệ thống về trạng thái mặc định ban đầu: dừng động cơ và

camera về chế độ mặc định ( hiển thị hình ảnh lên màn hình điều khiển).

Thực hiện khi barie được mở tới vị trí phù hợp.

*“SET SPEED”

Được nhấn để nhập tốc độ quay của động cơ.

Thông thường, tốc độ mở động cơ ít thay đổi nên được đặt ở giá trị mặc đinh

1500v/ph. Tuy nhiên, trong một số trường hợp người quản lí bãi muốn thay đổi để

tăng hoặc giảm tốc độ mở cổng chắn, nút điều khiển này cho phép thực hiện việc

này.

Hình 7.5. Giao diện điều khiển người dùng chính

7.3.3. Chi Tiết Các Đối Tƣợng Chính




- Được tạo ra bằng cách định nghĩa dòng lệnh vì các đối tượng này (widget)

không được định nghĩa sẵn trong Qt Designer.

- Bao gồm 2 classes:

Motor_1 là đối tượng chính bao gồm tất cả các đối tượng của chương

trình. Do đó nó cũng chứa keyboard muốn tạo này.

Button là đối tượng sử dụng cho mỗi button. Nó thừa kế từ lớp

QToolButton.

1. Định nghĩa Class Motor_1

public:

MOTOR_1 (QWidget *parent = 0);

private slots:

void digitClicked();

void enterClicked();

void clear();

void startClicked();

void stopClicked();

void setClicked();

Hình 7.6. Định Nghĩa Class Motor_1

Class Motor_1 định nghĩa hàng loạt các slots tương ứng với các signals do các đối

tượng tạo ra.

Bảng tương ứng signal – slot




Hình 7.7. Bảng tương ứng giữa Signal và Slot

Tiếp theo, khai báo các đối tượng button: start, stop, set thừa kế từ class

QPushButton

Hàm xây dựng createButton() được khai báo nhằm sử dụng tạo ra các buttons

trong giao diện.

Vì đặc tính gần giống nhau của các button „0‟ tới button‟9‟ ( cùng một slots)

nên ta nhóm chúng tạo thành một group bằng cách khai báo theo kiểu enum.

private:

QPushButton *startButton;

QPushButton *stopButton;

QPushButton *setButton;

QLineEdit *bienso;

QLineEdit *tocdo;

private:

int fd;

Image grayImg;

SIGNAL SLOT

….

Button ‘0’

Button ‘9’

Button ‘Enter’’

Button ‘Clear’

digitClicked()

enterClicked()

startCliked()

Button ‘Set Speed’

Clear()

stopCliked()

setClicked()

Button ‘Start’

Button ‘Stop’




previewThread* t;

private:

Button *createButton(const QString &text, const char

*member);

enum { NumDigitButtons = 10 };

Button *digitButtons[NumDigitButtons];

Hình 7.8. Định nghĩa các button

2. Thực Thi Class Motor_1

Việc thực thi class Motor_1 được hiểu như sau:

Khai báo các đặc tính các buttons đã được định nghĩa trong phần định

nghĩa trên: size, name, signal,…

Thực hiện liên kết giữa các signals và slots (lưu ý: ở trên ta mới chỉ định

nghĩa các slots mà chưa liên kết).

Thực hiện Layout trên giao diện.

Các công việc này đã được giải thích rõ ràng trong chương 4 ( vì hoàn toàn thuần

túy các đặc tính của Qt)

Ví Dụ:

- Khai báo đặc tính của lineedit : hiển thị giá trị ID number và set Speed.

QLabel *label1 = new QLabel(tr("ID number:"));

bienso = new QLineEdit;

bienso->setReadOnly(true);

bienso->setAlignment(Qt::AlignRight);

bienso->setMaxLength(15);

QLabel *label2 = new QLabel(tr("Set Speed:"));

tocdo = new QLineEdit("1500"); tocdo->setReadOnly(true);

tocdo->setAlignment(Qt::AlignRight);

tocdo->setMaxLength(15);

Hình 7.9. Khai báo đặc tính các line Edit

- Tạo các button bằng hàm createButton() và liên kết signal & slot




Hình 7.10. Tạo các button bằng hàm

- Layout các đối tượng

Hình 7.11. Layout các đối tượng

- Khai báo các slots tương ứng

Hàm start_Clicked()

QGridLayout *keyLayout = new QGridLayout;

keyLayout->setSizeConstraint(QLayout::SetFixedSize);

for (int i = 1; i < NumDigitButtons; ++i) {

int row = ((9 - i) / 3) + 2;

int column = ((i - 1) % 3) + 1;

keyLayout->addWidget(digitButtons[i], row, column);

}

keyLayout->addWidget(digitButtons[0], 5, 1);

keyLayout->addWidget(enterButton, 5, 2);

keyLayout->addWidget(clearButton, 5, 3);

Button *startButton = createButton(tr("Start"), SLOT(startClicked()));

Button *stopButton = createButton(tr("Stop"), SLOT(stopClicked()));

Button *setButton = createButton(tr("Set Speed"), SLOT(setClicked()));

QFont font = bienso->font();

font.setPointSize(font.pointSize() + 6);

bienso->setFont(font);

tocdo->setFont(font);

for (int i = 0; i < NumDigitButtons; i++) {

digitButtons[i] = createButton(QString::number(i),

SLOT(digitClicked()));

}

Button *enterButton = createButton(tr("ENTER"),

SLOT(enterClicked()));

Button *clearButton = createButton(tr("CLEAR"), SLOT(clear()));




Hình 7.12. Khai báo tác vụ start_Clicked()

Hàm có nhiệm vụ kiểm tra các thông tin hợp lệ hay không sau đó cho phép bắt giữ

hình ảnh camera và chạy động cơ với tốc độ đặt cho trước.

Việc bắt hình ảnh và chạy động cơ thực hiện bằng cách gọi các hàm đã định nghĩa

trong các file “control” (động cơ) và “common”, “testcam”,”preview” (camera)

Hàm Stop_Clicked()

Hình 7.13. Khai báo tác vụ stop_Clicked()

Hàm thực hiện trả hệ thống về trạng thái mặc định ban đầu:

void MOTOR_1::stopClicked()

{

/* come back to the default status*/

bienso->setText("0");

tocdo->setText("1500");

vantocdat = 1500;

xuat = 1; /* enable to input next ID */

dat = 0; /* unable to set speed */

/* stop Motor */

ret = stop_motor();

if (ret<0){

QMessageBox::warning( this, "Warning",

"Cannot stop motor\n"

"Please try again!\n ",

"Quit", 0, 0, 1 );

}

/* come back the init status of camera*/

t = new previewThread();

fd = initCam();

t->previewCam(fd);

}

void MOTOR_1::startClicked()

{

if((xuat!=0)||(dat!=0)){

QMessageBox::warning( this, "Warning",

"Some parameters are empty or press Enter to confirm\n"

"Please check again!\n ",

"Quit", 0, 0, 1 );

return;

}

/*capture photo*/

t->terminate();

grayImg = capture(fd);

set_speed(vantocdat); /*run motor*/

}




- Dừng động cơ.

- Trả camera về trạng thái hiện thị hình ảnh lên màn hình.

-

Hàm set_Clicked()

Hình 7.14. Khai báo tác vụ set_Clicked()

Hàm cho phép thay đổi tốc độ của động cơ.

* Các hàm điều khiển camera

- Hàm init camera

Thực hiện các chức năng:

Init frame buffer

Kiểm tra camera

Định kích cỡ hình ảnh

void MOTOR_1::setClicked()

{

dat = 1; /* enable to set speed */

xuat = 0 ; /* unable to input ID*/

tocdo->setText(""); /* clear previous speed's value*/

}




int initCam()

{

int dev_fd;

struct v4l2_capability cap;

struct v4l2_format fmt;

/** Init frame buffer device */

initFrameBuffer();

frBuf.width = 240;

frBuf.height = 192;

/** Camera process */

if ((dev_fd = open( "/dev/video0", O_RDWR)) == -1)

perror("ERROR opening camera interface\n");

if (0 != ioctl(dev_fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap)) {

if (EINVAL == errno) {

fprintf (stderr, "No V4L2 device\n");

return 1;

} else {

perror ("VIDIOC_QUERYCAP");

return 1;

}

}

if (!(cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE)) {

fprintf (stderr, "No video capture device\n");

return 1;

}

/// set size of capture image

memset(&fmt,sizeof(fmt),0);

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.width = WIDTH;

fmt.fmt.pix.height = HEIGHT;

fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;

if(0 != ioctl(dev_fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt)){

perror("VIDIOC_S_FMT");

return 1;

}

if(fmt.fmt.pix.width != WIDTH || fmt.fmt.pix.height !=

HEIGHT) {

printf("mode %d x %d not support\n", WIDTH,

HEIGHT);

WIDTH = fmt.fmt.pix.width;

HEIGHT = fmt.fmt.pix.height;

}




- map buffer

/** map buffer */

buffers = calloc (reqbuf.count, sizeof (*buffers));

assert (buffers != NULL);

for (i = 0; i < reqbuf.count; i++) {

memset (&buffer, 0, sizeof (struct v4l2_buffer));

buffer.type = reqbuf.type;

buffer.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

buffer.index = i;

if (-1 == ioctl (dev_fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buffer)) {

perror ("VIDIOC_QUERYBUF");

exit (EXIT_FAILURE);

}

buffers[i].length = buffer.length; /*remember for munmap()

*/

buffers[i].start = mmap (NULL, buffer.length,

PROT_READ | PROT_WRITE, /* recommended */

MAP_SHARED,

/* recommended */

dev_fd, buffer.m.offset);

if (MAP_FAILED == buffers[i].start) {

/* If you do not exit here you should unmap() and free()

the buffers mapped so far. */

perror ("mmap");


}

}

/** Buffer rgb */

rgbBuf.width = WIDTH;

rgbBuf.height = HEIGHT;

rgbBuf.BPP = 16;

rgbBuf.addr = malloc(WIDTH* HEIGHT * sizeof(PIXEL));

int ret = 0;

int i;

/** set request buffer param */

memset (&reqbuf, 0, sizeof (reqbuf));

reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

reqbuf.count = NB_BUFFER;

/// request buffer

if (-1 == ioctl (dev_fd, VIDIOC_REQBUFS, &reqbuf)) {

if (errno == EINVAL)

printf ("Video capturing or mmap-streaming

is not supported\n");

else

perror ("VIDIOC_REQBUFS");


}




Cho phép video steam

Hình 7.15. Khai báo hàm Init_Cam()

- Hàm capture : bắt giữ hình ảnh camera

Hình 7.16 Khai báo hàm capture()

7.3.4 Sự Liên Hệ Các File trên chƣơng trình Ứng Dụng & Driver Tƣơng Ứng

Rõ ràng trong phần trình bày, các file của chương trình ứng dụng lần lượt thực

hiện điều khiển tới phần cứng. Vấn đề đặt ra bằng cách nào?

Như đã trình bày trong các chương 5 (Device Drivers), cấu trúc Linux được

chia làm 2 phần: User Space & Kernel Space

Image capture(int fd){

int i, j;

// write buf

/** read from buffer */

//buffers[buffer.index].start

Image grayImg = createImage(HEIGHT, WIDTH);

for(j = 0; j < HEIGHT; j++){

for(i = 0; i < WIDTH;i++){

grayImg.pixels[j][i] = (*(uint8_t

*)(buffers[buffer.index].start+ 2*(i+j*WIDTH)));

}

}

printf("read complete\n");

/** Cleanup. */

for (i = 0; i < reqbuf.count; i++)

munmap (buffers[i].start, buffers[i].length);

close(fd);

return grayImg;

/** queue buffer */

for (i = 0; i < reqbuf.count; ++i)

{

memset(&buffer, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

buffer.index = i;

buffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buffer.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

ret = ioctl(dev_fd, VIDIOC_QBUF, &buffer);

if (ret < 0)

{

perror("VIDIOC_QBUF - Unable to queue

buffer");


}

}

/** enable video stream */

int type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

ret = ioctl(dev_fd, VIDIOC_STREAMON, &type);

if (ret < 0)

{

perror("VIDIOC_STREAMON - Unable to start capture");


}

return dev_fd;

}




Trong đó: Driver chạy trong Kernel Space

User Program chạy trong User Space

Các ứng dụng trong user program thực hiện truy xuất tới phần cứng thông qua

các driver.

Như vậy việc thực hiện truy xuất phần cứng bao gồm các bước sau:

Hàm trong user space gọi và truyền các thông số tương ứng cho các tác

vụ được định nghĩa trong driver.

Các tác vụ trong driver tương ứng gọi tới các system call của kernel

Các system call thực hiện điều khiển hardware

Ví Dụ: User Program muốn điều khiển tốc độ động cơ với vận tốc định trước.

- “Control.h” & “control.cpp” trong user space định nghĩa các hàm tương

ứng: open_motor(), close_motor(),..

- Các hàm này thực hiện gọi tới các tác vụ trong Motor_Driver tương

ứng: open, ioctl,…

- Các tác vụ gọi các system call của kernel để đáp ứng.

Hình 7.17.: Mối liên hệ giữa các hàm trong User Space và Kernel Space

USER SPACE KERNEL SPACE

“control.h”

Functions

Open_motor()

stop_motor()

close_motor()

set_speed()

Motor_Driver

File_Operations

Module_init

open

Module_exit

release

read

ioctl


CHƯƠNG 8: NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHƢƠNG 8

XỬ LÍ ẢNH

8.1GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XỬ LÍ ẢNH:

8.1.1 Xử Lí Ảnh Và Các Vấn Đề Cơ Bản Trong Xử Lí Ảnh

8.1.1.1 Địng nghĩa xử lí ảnh

Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó

thị giác đóng vai trò quan trọng nhất. Những năm trở lại đây với sự phát

triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và đồ hoạ đó phát triển một cách

mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Xử lý ảnh và đồ hoạ

đóng một vai trò quan trọng trong tương tác người máy.

Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào

nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý

ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận.

Ảnh

XỬ LÝ ẢNH

Ảnh

“Tốt hơn”

Kết luận

Hình 8.1. Quá trình xử lý ảnh

Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem

như là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào

đó của đối tượng trong không gian và nó có thể xem như một hàm n biến

P(c1, c2,..., cn). Do đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều.

Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý ảnh:

Thu nhận ảnh

(Scanner,

Camera,Sensor)

Tiền xử lý

Trích chọn

đặc điểm

Hậu

xử lý

Hệ quyết định Đối sánh rút

ra kết luận

Lưu trữ

Hình 8.2. Các bƣớc cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh




Điểm ảnh được xem như là dấu hiệu hay cường độ sáng tại 1 toạ độ

trong không gian của đối tượng và ảnh được xem như là 1 tập hợp các

điểm ảnh.

* Mức xám, màu

Là số các giá trị có thể có của các điểm ảnh của ảnh

8.1.1.2 Khử nhiễu

Có 2 loại nhiễu cơ bản trong quá trình thu nhận ảnh

-Nhiều hệ thống: là nhiễu có quy luật có thể khử bằng các phép

biến đổi

-Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân → khắc phục

bằng các phép lọc

8.1.1.3 Chỉnh mức xám

Nhằm khắc phục tính không đồng đều của hệ thống gây ra. Thông thường

có 2 hướng tiếp cận:

-Giảm số mức xám: Thực hiện bằng cách nhóm các mức xám

gần nhau thành một bó. Trường hợp chỉ có 2 mức xám thì chính là chuyển

về ảnh đen trắng. Ứng dụng: In ảnh màu ra máy in đen trắng.

-Tăng số mức xám: Thực hiện nội suy ra các mức xám trung

gian bằng kỹ thuật nội suy. Kỹ thuật này nhằm tăng cường độ mịn

cho ảnh

8.1.1.4 Trích chọn đặc điểm

Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tuỳ theo mục đích nhận

dạng trong quá trình xử lý ảnh. Có thể nêu ra một số đặc điểm của ảnh

sau đây:

-Đặc điểm không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ,

điểm uốn v.v..

-Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại này được trích chọn bằng việc

thực hiện lọc vùng (zonal filtering). Các bộ vùng được gọi là “mặt nạ đặc

điểm” (feature mask) thường là các khe hẹp với hình dạng khác nhau (chữ

nhật, tam giác, cung tròn v.v..)

-Đặc điểm biên và đường biên: Đặc trưng cho đường biên của đối

tượng và do vậy rất hữu ích trong việc trích trọn các thuộc tính bất biến

được dùng khi nhận dạng đối tượng. Các đặc điểm này có thể được trích

chọn nhờ toán tử gradient, toán tử la bàn, toán tử Laplace, toán tử “chéo

không” (zero crossing) v.v..

Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các

đối tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính toán cao và dung lượng nhớ lưu

trữ giảm xuống.




8.1.1.5 Nhận dạng

Nhận dạng tự động (automatic recognition), mô tả đối tượng, phân

loại và phân nhóm các mẫu là những vấn đề quan trọng trong thị giác máy,

được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau. Tuy nhiên, một câu

hỏi đặt ra là: mẫu (pattern) là gì? Watanabe, một trong những người đi đầu

trong lĩnh vực này đã định nghĩa: “Ngược lại với hỗn loạn (chaos), mẫu là

một thực thể (entity), được xác định một cách ang áng (vaguely defined) và

có thể gán cho nó một tên gọi nào đó”. Ví dụ mẫu có thể là ảnh của vân tay,

ảnh của một vật nào đó được chụp, một chữ viết, khuôn mặt người hoặc

một ký đồ tín hiệu tiếng nói. Khi biết một mẫu nào đó, để nhận dạng hoặc

phân loại mẫu đó có thể:

Hoặc phân loại có mẫu (supervised classification), chẳng hạn phân

tích phân biệt (discriminant analyis), trong đó mẫu đầu vào được định danh

như một thành phần của một lớp đã xác định.

Hoặc phân loại không có mẫu (unsupervised classification hay

clustering) trong đó các mẫu được gán vào các lớp khác nhau dựa trên một

tiêu chuẩn đồng dạng nào đó. Các lớp này cho đến thời điểm phân loại vẫn

chưa biết hay chưa được định danh.

Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương ứng với ba giai

đoạn chủ yếu sau đây:

1. Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý.

2. Biểu diễn dữ liệu.

3. Nhận dạng, ra quyết định.

Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:

1. Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trưng được trích chọn.

2. Phân loại thống kê.

3. Đối sánh cấu trúc.

4. Phân loại dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo.

Trong các ứng dụng rõ ràng là không thể chỉ dùng có một cách tiếp

cận đơn lẻ để phân loại “tối ưu” do vậy cần sử dụng cùng một lúc nhiều

phương pháp và cách tiếp cận khác nhau. Do vậy, các phương thức phân

loại tổ hợp hay được sử dụng khi nhận dạng và nay đã có những kết quả có

triển vọng dựa trên thiết kế các hệ thống lai (hybrid system) bao gồm nhiều

mô hình kết hợp.

Việc giải quyết bài toán nhận dạng trong những ứng dụng mới, nảy

sinh trong cuộc sống không chỉ tạo ra những thách thức về thuật giải, mà

còn đặt ra những yêu cầu về tốc độ tính toán. Đặc điểm chung của tất cả

những ứng dụng đó là những đặc điểm đặc trưng cần thiết thường là nhiều,

không thể do chuyên gia đề xuất, mà phải được trích chọn dựa trên các thủ

tục phân tích dữ liệu.




8.1.1.6 Nén ảnh

Nhằm giảm thiểu không gian lưu trữ. Thường được tiến hành theo cả

hai cách khuynh hướng là nén có bảo toàn và không bảo toàn thông tin.

Nén không bảo toàn thì thường có khả năng nén cao hơn nhưng khả năng

phục hồi thì kém hơn. Trên cơ sở hai khuynh hướng, có 4 cách tiếp cận cơ

bản trong nén ảnh:

-Nén ảnh thống kê: Kỹ thuật nén này dựa vào việc thống kê tần xuất

xuất hiện của giá trị các điểm ảnh, trên cơ sở đó mà có chiến lược mã hóa

thích hợp. Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật mã hóa này là *.TIF

-Nén ảnh không gian: Kỹ thuật này dựa vào vị trí không gian của

các điểm ảnh để tiến hành mã hóa. Kỹ thuật lợi dụng sự giống nhau của các

điểm ảnh trong các vùng gần nhau. Ví dụ cho kỹ thuật này là mã nén

*.PCX

-Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây là kỹ thuật tiếp cận theo

hướng nén không bảo toàn và do vậy, kỹ thuật thướng nến hiệu quả hơn.

*.JPG chính là tiếp cận theo kỹ thuật nén này.

-Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal của các đối tượng ảnh,

thể hiện sự lặp lại của các chi tiết. Kỹ thuật nén sẽ tính toán để chỉ cần lưu

trữ phần gốc ảnh và quy luật sinh ra ảnh theo nguyên lý Fractal

8.1.2 Thu Nhận Và Biểu Diễn Ảnh

8.1.2.1 Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh

Các thiết bị thu nhận ảnh bao gồm camera, scanner các thiết bị thu

nhận này có thể cho ảnh đen trắng

Các thiết bị thu nhận ảnh có 2 loại chính ứng với 2 loại ảnh thông

dụng Raster, Vector.

Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster là camera các thiết bị

thu nhận ảnh thông thường Vector là sensor hoặc bàn số hoá Digitalizer

hoặc được chuyển đổi từ ảnh Raster.

Nhìn chung các hệ thống thu nhận ảnh thực hiện 1 quá trình

- Cảm biến: biến đổi năng lượng quang học thành năng lượng điện

- Tổng hợp năng lượng điện thành ảnh

8.1.2.2 Biểu diễn ảnh

Ảnh trên máy tính là kết quả thu nhận theo các phương pháp số hoá

được nhúng trong các thiết bị kỹ thuật khác nhau. Quá trình lưu trữ ảnh

nhằm 2 mục đích:




- Tiết kiệm bộ nhớ

- Giảm thời gian xử lý

Việc lưu trữ thông tin trong bộ nhớ có ảnh hưởng rất lớn đến việc hiển

thị, in ấn và xử lý ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm với cùng kích

thước nếu sử dụng càng nhiều điểm ảnh thì bức ảnh càng đẹp, càng mịn và

càng thể hiện rõ hơn chi tiết của ảnh người ta gọi đặc điểm này là độ

phân giải.

Việc lựa chọn độ phân giải thích hợp tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng

và đặc trưng của mỗi ảnh cụ thể, trên cơ sở đó các ảnh thường được biểu

diễn theo 2 mô hình cơ bản

a. Mô hình Raster

Đây là cách biểu diễn ảnh thông dụng nhất hiện nay, ảnh được biểu

diễn dưới dạng ma trận các điểm (điểm ảnh). Thường thu nhận qua các

thiết bị như camera, scanner. Tuỳ theo yêu cầu thực thế mà mỗi điểm ảnh

được biểu diễn qua 1 hay nhiều bít

Mô hình Raster thuận lợi cho hiển thị và in ấn. Ngày nay công nghệ

phần cứng cung cấp những thiết bị thu nhận ảnh Raster phù hợp với tốc độ

nhanh và chất lượng cao cho cả đầu vào và đầu ra. Một thuận lợi cho việc

hiển thị trong môi trường Windows là Microsoft đưa ra khuôn dạng ảnh

DIB (Device Independent Bitmap) làm trung gian. Hình 1.4 thể hình quy

trình chung để hiển thị ảnh Raster thông qua DIB.

Một trong những hướng nghiên cứu cơ bản trên mô hình biểu diễn này

là kỹ thuật nén ảnh các kỹ thuật nén ảnh lại chia ra theo 2 khuynh hướng là

nén bảo toàn và không bảo toàn thông tin nén bảo toàn có khả năng phục

hồi hoàn toàn dữ liệu ban đầu còn nếu không bảo toàn chỉ có khả năng

phục hồi độ sai số cho phép nào đó. Theo cách tiếp cận này người ta đã đề

ra nhiều quy cách khác nhau như BMP, TIF, GIF, PCX…

Hiện nay trên thế giới có trên 50 khuôn dạng ảnh thông dụng bao gồm

cả trong đó các kỹ thuật nén có khả năng phục hồi dữ liệu 100% và nén có

khả năng phục hồi với độ sai số nhận được.

BMP

PCC

.

Paint

DIB Cửa sổ

Thay đổi




Hình 8.3. Quá trình hiển thị và chỉnh sửa, lƣu trữ ảnh thông qua DIB

b. Mô hình Vector

Biểu diễn ảnh ngoài mục đích tiết kiệm không gian lưu trữ dễ dàng cho

hiển thị và in ấn còn đảm bảo dễ dàng trong lựa chọn sao chép di chuyển

tìm kiếm… Theo những yêu cầu này kỹ thuật biểu diễn vector tỏ ra ưu việt hơn.

Trong mô hình vector người ta sử dụng hướng giữa các vector của

điểm ảnh lân cận để mã hoá và tái tạo hình ảnh ban đầu ảnh vector được thu

nhận trực tiếp từ các thiết bị số hoá như Digital hoặc được chuyển đổi từ ảnh

Raster thông qua các chương trình số hoá

Công nghệ phần cứng cung cấp những thiết bị xử lý với tốc độ nhanh và

chất lượng cho cả đầu vào và ra nhưng lại chỉ hỗ trợ cho ảnh Raster.

Do vậy, những nghiên cứu về biểu diễn vectơ đều tập trung từ chuyển

đổi từ ảnh Raster.

8.2 OPENCV

8.2.1 Giới thiệu chung OpenCv là một thư viện trên máy tính với mã nguồn mở.Thư viện này được

viết bằg C và C++,chạy trên Linux, Windows và Mac OS X.Đã có những phát

triển tích cực trên giao diện cho Python, Ruby, Matlab, và những ngôn ngữ khác.

OpenCV được thiết kế để tăng hiệu quả tính toán và với một khả năng tập

trung vào những ứng dụng thời gian thực.OpenCV được viết bằng ngôn ngữ C tối

ưu và có thể tận dụng được khả năng của những bộ xử lí đa nhân.Nếu ta mong

muốn khả sự tối ưu tự động cao hơn nữa trên cấu trúc Intel,ta có thể mua bộ

Intel’s Integrated Performance Primitives (IPP) libraries,đây là thư viện bao gồm

những chương trình con tối ưu ở cấp thấp trong nhiều bộ phận giải thuật khác

nhau.OpenCV sử dụng môt cách tự động thư viện IPP thích hợp ở thời gian thực

thi nếu thư viện đó đã được cài đặt.

Một trong những mục đích của OpenCV là cung cấp một cấu trúc máy tính

đơn giản để sử dụng, điều này giúp chúng ta biên dịch chương trình phức tạp một

cách nhanh chóng.Thư viện OpenCV có hơn 500 hàm mà có liên quan trên nhiều

lĩnh vực trong sự nhìn, bao gồm kiểm định sản phẩm trong nhà máy,hình ảnh

trong y tế,an ninh,giao tiếp người dùng,cân chỉnh thiêt bị nghe nhìn, và robot.Bởi

vì sự nhìn máy tính và việc học của máy thường là diến ra “tay trong

tay”,OpenCV cũng chứa đựng một thư viện cho việc học của máy với mục đích

chung và đầy đủ.Thư viện cấp dưới này được tập trung vào các mẫu nhận dạng

tĩnh và gộp chúng lại.




8.2.2 Build OpenCV cho ARM

* Đầu tiên là tải gói thư viện nguồn:

http://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/

* Sau khi tải và giải nén ta tiến hành cấu hình lại theo các lệnh dưới đây:

-Chọn bộ dịch Arm compiler:

CXX=<path_gcc>/bin/arm-linux-g++

-Chọn mục tiêu là hệ thống nhúng:

--host=arm-linux --target=arm-linux –

-Chọn bỏ các thư viện mà hiện tại không có sẵn trong hệ thống nhúng của

mình:

--without-gtk --without-gthread --without-libjpeg --without-

zlib --without-libpng --without-libtiff --without-libjasper --without-

ffmpeg --without-raw1394 --without-v4l2 --without-python

-Chọn thư mục để các file đã được biên dịch sẽ được chép vào trong hệ

thống nhúng của ta khi ta thực hiện lệnh “make install”

--prefix=<path_image>/usr/

-Thực hiện build toàn bộ thư viện OpenCV để chuẩn bị cài đặt:

# make

(Sau khi thực hiện các lệnh trên thường là sẽ không có lỗi gì phát sinh trong quá

trình build)

8.2.3 Những file cần copy vào hệ thống file nguồn(root file system) của

hệ thống

Nếu việc cấu hình –prefix trong các bước trên không được làm thì sẽ là

cần thiết để chép toàn bộ các file sau đây và cũng cần tạo các đường link mềm.

-Tất cả các file trong thư mục /usr/include/opencv trên máy tính chủ cần

phải tương tự với thư mục cùng tên trên board hay trên hệ thống hướng tới

<path_image>/usr/include/opencv).

-Chép file ./opencv-1.0.0/cv/src/.libs/libcv.so.1.0.0 đến thư mục path>usr/lib

của thư mục trên hệ thống đích.


http://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/

http://apollo.upc.es/humanoide/trac/wiki/PathGcc

http://apollo.upc.es/humanoide/trac/wiki/PathImage




-Chép file ./opencv-1.0.0/cxcore/src/.libs/libcxcore.so.1.0.0 đến thư mục

<path/usr/lib của hệ thống đích

-Chép file ./opencv-1.0.0/others/highgui/.libs/libhighgui.so.1.0.0 đến thư

mục <path_image>/usr/lib của hệ thống đích.

-Chép ./opencv-1.0.0/cvaux/src/.libs/libcvaux.so.1.0.0 đến thư mục

<path_image>/usr/lib của hệ thống đích.

-Chép file ./opencv-1.0.0/ml/src/.libs/libml.so.1.0.0 đến

<path_image>/usr/lib của hệ thống đích.

Với mỗi thư viện này,sẽ là cần thiết để tạo hai đường link dẫn với các lệnh

sau(trong cùng thư mục trên hệ thống đích <path_image>]/usr/lib):

#ln -s <library name>.so.1.0.0 <library name>.so.1

#ln -s <library name>.so.1 <library name>.so

8.2.4 Các thự viện phụ thuộc cho phần build ứng dụng

Bên cạnh các thư viện của OpenCV thì ta cũng cần các thư viện định dạng

cho ảnh thích hợp để tiến hành build ứng dụng

8.2.4.1 Thƣ viện libpng

-Download code nguồn http://www.libpng.org/pub/png/libpng.html.

-Sau khi giải nén ta vào thư mục đó và tiến hành cấu hình với các lệnh sau:

#./configure

Trong file đã mở ta thêm các lệnh sau(với mục đích giống như phần build

OpenCV đã được trình bày ở trên)

CC=<path_gcc>/bin/arm-linux-gcc

--prefix=<path_rootfs>/usr/ -- with --<path_gcc>/arm-linux/.

--host=arm-linux --target=arm-linux

-Tiếp tực thực hiện các lệnh sau theo thứ tự để cài đặt vào thư mục đã chọn:

#make #make install(để lệnh này thực hiện đúng ta nên tạo

một thư mục với đường link :<path_rootfs>/usr/man/man1)






�http:/www.libpng.org/pub/png/libpng.html


http://apollo.upc.es/humanoide/trac/wiki/PathRootfs





8.2.4.2 Thƣ viện libjpeg

-Download code nguồn http://freshmeat.net/projects/libjpeg/


#./configure

Trong file đã mở ta thêm các lệnh sau(với mục đích giống như phần build OpenCV

đã được trình bày ở trên)


--prefix=<path_rootfs>/usr/ --<path_gcc>/arm-linux/.


--enable-shared ->để chọn version có thể chia sẻ thay vì version cố

định


#make

#make install(để lệnh này thực hiện đúng ta nên tạo một thư mục với

đường link :<path_rootfs>/usr/man/man1)

Chú ý: Trong trường hợp này chúng ta cần phải thay đổi ./configure để

biên dịch đúng với version có thể chia sẻ của thư viện: tại dòng 1562 ta nên thêm

vào cấu trúc đích là “arm-linux” rồi mới thực hiện lệnh make và make install

8.2.4.3 Thƣ viện libz

-Download code nguồn http://www.zlib.net/


#./configure






http://freshmeat.net/projects/libjpeg/












--enable-shared ->để chọn version có thể chia sẻ thay vì version

cố định


#make



8.2.4.4 Thư viện libtiff

-Download code nguồn http://www.zlib.net/


#./configure







cố định


#make



8.2.4.5 Thƣ viện libjasper

-Download code nguồn http://packages.qa.debian.org/j/jasper.html


#./configure








http://packages.qa.debian.org/j/jasper.html









cố định


#make



8.2.5 Một cách build khác

-Đầu tiên cần them đường dẫn vào thư mục download

Code:

nano /etc/apt/sources.list

Thêm dòng

deb http://ftp.de.debian.org/debian squeeze main

vào shell sources.list

-Kết nối cổng Ethernet với modem Internet

-Gõ các dòng lệnh sau để tải các tool cần thiết trước khi bắt đầu build

Code:

apt-get update

apt-get install build-essential

-Tải các thư viện cần dùng cho OpenCV bằng dòng lệnh sau

Code:

apt-get install libcv-dev

-Tải và cài đặt cmake:

Cmake là chương trình để tạo các makefile, bắt buộc phải có nếu dùng OpenCV từ

phiên bản 2.0.0 trở đi

apt-get install cmake








-Tải và cài đặt subversion:

Chương trình quản lý và kiểm tra các phiên bản mã nguồn trong quá trình phát

triển của phần mềm, được gọi sử dụng bằng lệnh svn

Code:

apt-get install subversion

-Tải openCV phiên bản mới nhất

svn co https://code.ros.org/svn/opencv/trunk

-Tạo makefile

cd /<đường dẫn>/opencv

mkdir release

cd release

cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D

CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -D BUILD_PYTHON_SUPPORT=ON -

D BUILD_EXAMPLES=ON ..

-Cài đặt OpenCV

Dùng lệnh make để tạo các file cần thiết cho việc cài đặt

make

Sau đó sẽ hiện ra dòng dưới đây

[ 1%] Building C object 3rdparty/lapack/CMakeFiles/ opencv_lapack.dir/dcopy.o

…

Sau khi make thành công, build được 100%, ta gõ lệnh make install để cài

OpenCV vào hệ thống

make install

-Kết thúc cài đặt, kiểm tra các thư viện và included file bằng 2 dòng lệnh

sau:

Code:

pkg-config opencv –cflags

pkg-config opencv –libs

Nếu thấy hiện ra tương tự như sau là ổn

/usr/local/include/opencv

/usr/local/lib

-Nếu không thấy, tải và cài đặt pkg-config bằng dòng lệnh




Code:

apt-get install pkg-config

hoặc

apt-get install bzip2 pkg-config

-Sau đó, biên dịch các demo bằng dòng lệnh

Code:

gcc –ggdb $(pkg-config –-cflags opencv) –o <tên demo> <tên demo>.c $(pkg-

config –libs opencv)

hoặc

g++ –ggdb $(pkg-config –-cflags opencv) –o <tên demo> <tên demo>.cpp $(pkg-

config –libs opencv)

8.3 Nhận Dạng Biển Số Xe

8.3.1 Giới thiệu các bƣớc chính

Quá trình nhận dạng biển số xe được chia làm ba bước chính:

Bƣớc 1: Trích biển số xe gắn máy ra khỏi ảnh lớn

Trong bước này, ta dựa vào một số đặc điểm cơ bản của biển số xe so với các vật

thể khác trong ảnh để tách nó ra khỏi ảnh lớn.

Bƣớc 2: Phân vùng biển số xe

Bước này sẽ tách riêng từng ký tự (chữ, số).Vậy từ ảnh biển số ban đầu ta sẽ phân

thành 8 ảnh nhỏ chứa 8 kí tự

Bƣớc 3: Nhận dạng các kí tự

Bước này có thể sử dụng 2 phương pháp: nhận dạng cổ điển với giải thuật so sánh

từng điểm , hoặc phương pháp dùng ứng dụng mang nơron vào ứng dụng kí tự




8..3.2 Trích biển số xe

Mục đích: Từ bức ảnh chụp được trong bước thu nhận ảnh, áp dụng các

thuật toán trích ra được vùng ảnh nhỏ nhất chứa biển số.

Các phƣơng pháp: có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện

nhiệm vụ này nhưng tất cả đều có thể qui về 3 phương pháp chính sau đây:

- Phương pháp dùng chuyển đổi Hough: dựa vào đặc trưng cạnh biên

trích được, áp dụng các phương pháp xác định đường thẳng như phép biến đổi

Hough để phát hiện các cặp đường thẳng gần song song ghép thành một ảnh biển

số.

- Phương pháp hình thái học: dựa vào đặc trưng hình thái của biển số xe như

màu sắc, độ sáng, sự đối xứng… để xác định và trích ra ảnh biển số.

- Phương pháp khớp mẫu: xem biển số là một đối tượng có khung nền riêng

và sử dụng các cửa sổ dò để trích từng đối tượng đưa qua mạng noron (neural

network), trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence) chẳng hạn để phân loại có phải

là vùng biển số hay không.

Nghiên cứu này sẽ sử dụng kết hợp 2 phương pháp là Hình thái học và Chuyển

đổi Hough.

8.3.2.1 Phƣơng pháp hình thái học

Nội dung của phƣơng pháp: Dựa vào đặc trưng quan trọng là biển số xe

máy có độ sáng (tức mức xám khi chuyển bức ảnh về dạng xám) là tương đối khác

so với các vùng khác trong bức ảnh, cũng như sự phân bố mức xám là khá đồng

đều trên biển số và vì vậy khi được nhị phân hoá, vùng biển số là một đối

tƣợng có đặc thù hình thái, có thể phân biệt đƣợc với các vùng khác . Như

vậy các bước thực hiện ở đây là:

- Xác định ngưỡng xám. Thực chất là không có phương pháp nào chọn

cho đúng ngưỡng xám để thực hiện. Thay vào đó, ngưỡng xám sẽ được quét

trong một khoảng nào đó. Thông qua lược đồ xám ta nhận thấy vùng biển số

thường sẽ có độ sáng tương đối lớn (từ 130-200) vì vậy ta sẽ xác định lược đồ xám

lớn nhất trong khoảng này và ngưỡng xám cần chọn sẽ thuộc vùng này nhờ đó ta

sẽ giảm được thời gian lặp tìm ngưỡng xám.




Hình 8.4: Ảnh xám đầu vào Hình 8.5: Lược đồ xám của bức ảnh xám

- Nhị phân hoá ảnh xám đầu vào với ngưỡng xám đã xác định.

- Lọc các nhiễu (salt and pepper noise) gây ảnh hưởng xấu tới đối tượng biển số.

- Gắn nhãn cho các đối tượng còn lại trong ảnh nhị phân thu được.

- Trích ra các đối tượng ứng viên biển số theo tiêu chí cụ thể của biển số xe về

chiều cao, chiều rộng, tỉ lệ các cạnh, diện tích, trọng tâm …Cụ thể nghiên cứu đã

chọn:

7000 pixel ≤ diện tích ≤ 150000 pixel

0,68 ≤ chiều cao/chiều rộng ≤ 0,8

Ưu điểm: - đơn giản

- chọn ra chính xác vùng biển số

Nhược điểm: - thời gian xử lý lớn

8.3.2.2. Phƣơng pháp chuyển đổi Hough

Nội dung của phương pháp: gồm các bước: - Dò đặc trưng biên ngang, dọc: làm nổi bật các viền bao của tất cả các đối

tượng trong ảnh trong đó có viền bao biển số. Phương pháp là sử dụng các bộ lọc gradient để trích được các đặc trưng cạnh biên này. Nghiên cứu này sử dụng bộ lọc Sobel để tiến hành dò.

- Dùng chuyển đổi Hough tìm các đoạn thẳng ngang dọc trên cở sở của ảnh

nhị phân biên cạnh thu được từ bước trên. Ở đây sẽ chọn các đường thẳng cách đều

nhau 5 pixel để dò đường, và loại bỏ các đoạn thẳng nhỏ hơn ngưỡng, cụ thể là có

ít hơn 30 pixel thuộc nó.

- Tách các đoạn thẳng ngang, dọc có thể là cạnh của biển số.

- Trích ứng viên biển số: thành lập các hình chữ nhật là ứng viên cho biển

số với tiêu chí cụ thể là: các bộ 4 đoạn thẳng thu được sẽ qua đánh giá về kích

thước:

80< chiều rộng <400

63< chiều cao <350

0.63< chiều cao/ chiều rộng <0.8

Ưu điểm: không phụ thuộc vào màu sắc của biển số xe




Nhược điểm: phụ thuộc rất lớn vào bước trích đặc trưng biên cạnh dẫn đến

là các đoạn thẳng ứng viên thu được thường ngắn hơn nhiều so với chiều dọc

cũng như chiều ngang của biển số.

8.3.3 Cách ly các ký tự

Mục đích: tách thành 8 ảnh đơn chứa các kí tự từ ảnh vùng biển số đã thu được.

Phƣơng pháp: cũng có nhiều phương pháp để thực hiện nhiệm vụ này. Có

thể kể ra ở đây như tách tĩnh, lượng tử hóa vecto (vector quantization), lược đồ

chiếu ngang và dọc (vertical and horizontal projection), mạng noron (neural

network), trí tuệ nhân tạo (AI), hình thái học (Morphology)...Nghiên cứu này đã

lựa chọn phương pháp Hình thái học để thực hiện.

Hình 8.6: Tách tĩnh Hình 8.7: Lược đồ chiếu ngang và dọc

của ký tự

Phƣơng pháp hình thái học: mỗi 1 ký tự trên biển số sẽ là 1 đối tượng

có đặc điểm hình thái học cụ thể như là chiều cao, chiều rộng, tỉ lệ 2 chiều…biến

đổi tương đối ít (nếu ảnh biển số được đưa về cùng một kích cỡ) mà dựa vào đó ta

có thể tách ra được cụ thể từng ký tự

một. Từ đó ta có thuật toán tách kí tự từ ảnh xám biển

số sau đây:

- Đưa ảnh xám biển số về cùng độ phân giải 160x210 sau đó thực hiện

xóa biên ảnh biển số.

- Xác định ngưỡng xám để nhị phân bức ảnh biển số. Khâu này rất quan

trọng quyết định tính chính xác của việc nhận dạng kí tự. Nghiên cứu đã chọn

ngưỡng xám theo các bước sau:

+Nâng cao tính tương phản của ảnh biển số bằng thuật toán cân

bằng hóa lược đồ xám(histogram equalization).

+Dùng thuật toán Otsu để xác định ngưỡng xám của bức ảnh mới này, đây là ngưỡng xám cần tìm.

- Lọc nhiễu để loại bỏ bớt các đối tượng và gán nhãn cho các đối tượng còn lại.

- Tách ra các ký tự thông qua đặc tính về hình thái học, cụ thể là:

8 pixel ≤ chiều rộng ≤ 45 pixel

45 pixel ≤ chiều cao ≤ 85 pixel




Ưu điểm: - Không phụ thuộc vào độ nghiêng của biển số.

- Không phụ thuộc vào nhiễu.

- Biển số có thể không làm sạch được nhưng vẫn nhận dạng chính xác.

Nhƣợc điểm: - Phụ thuộc vào độ chính xác của ảnh nhị phân có lấy hết được

ảnh ký tự từ ảnh xám.

8.3.4 Nhận dạng ký tự

Phƣơng pháp: phương pháp phổ biến nhất để nhận dạng ký tự là sử dụng mạng noron tức là huấn luyện cho máy tính để nhận dạng các ký tự. Tuy nhiên do số lượng ký tự trên biển số là không nhiều nên để đảm bảo tốc độ xử lý nghiên cứu đã sử dụng phương pháp Hình thái học để giải quyết khâu này bởi vì các ký tự đều có nhưng đặc điểm hình thái đặc biệt có thể phân biệt với nhau chẳng hạn như „0‟ có lỗ trống ở giữa, „8‟ có 2 lỗ trống hay „X‟ đối xứng 2 trục dọc và ngang…Đặc biệt khâu này được thực hiện trên cơ sở xây dựng cây nhị phân tối ưu của các đặc điểm hình thái nên đảm bảo tính khoa học và tính chính xác cao. Từ thực tế thực hiện, nghiên cứu đưa ra thuật toán của khâu này như sau:

- Quan sát chọn ra các đặc tính phân biệt ký tự để xây dựng ma trận đặc tính. - Xây dựng cây nhị phân tối ưu từ ma trận đặc tính và tập ký tự thu được từ

bước tách. -Quan sát cây nhị phân và kiểm tra xem số đặc tính như vậy đã đủ để nhận

dạng chưa.

-Tiến hành nhận dạng các kí tự trên cơ sở cây nhị phân tối ưu tìm được.





CHƯƠNG 9: KẾT QUẢ & HƯỚNG PHÁT TRIỂN GVHD: HUỲNH VĂN KIỂM


CHƯƠNG 9

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

9.1. KẾT LUẬN

Luận văn được thực hiện trong khoảng thời gian cho phép (1học kì = 16

tuần) và hoàn thành các mục tiêu đặt ra ban đầu bao gồm:

Nhiệm vụ 1: Sử dụng board Mini2440 & hệ điều hành Embedded

Linux.

Nhiệm vụ 2: Thiết kế mô hình quản lí bãi giữ xe sử dụng board

mini2440.

1. Mini2440 & Embedded Linux

Hiện nay, với sự ra đời và phát triển của các ứng dụng nhúng thì board

FriendlyARM Mini2440 là một công cụ mạnh để thực hiện ý đồ này. Trong

đề tài này, chúng em đã nắm bắt được các khối chính của cấu trúc board từ bộ

xử lí trung tâm (processor), bộ nhớ (memory) đến các module giao tiếp như

USB, Ethernet, wifi, audio, SD card, AD Converter, PWM… đặc biệt camera,

GPIO cùng với các thanh ghi liên quan. Trong đó, việc sử dụng được module

cơ bản GPIO là bước quan trọng để phát triển điều khiển các đối tượng mong

muốn.

Bên cạnh phần cứng, hệ điều hành chính là một phần rất quan trọng. Với

mục tiêu cài đặt và sử dụng được một hệ điều hành nhúng trên board, chúng

em phải lựa chọn gắt gao thích hợp. Tuy ban đầu đã định hướng nhúng Linux

nhưng hệ điều hành Linux là một mã nguồn mở với rất nhiều phiên bản, tính

năng và hỗ trợ khác nhau. Ngay cả đối với hệ điều hành Qtopia 2.2.0 đi kèm

với board đã được nhà sản xuất xây dựng với một số ứng dụng cơ bản của giải

trí như nghe nhạc, xem phim... nhưng không phù hợp cho mục đích điều khiển

hệ thống. Và sau một thời gian tìm hiểu và sử dụng, Busy Box được chọn lựa

làm hệ điều hành chính với những đặc tính phù hợp, đồng thời làm nền tảng

cho chúng em phát triển các ứng dụng tiếp các phần sau.

Thêm vào đó, việc nắm được cấu trúc và cách viết một module drivers đã

tạo bước tiến trong xây dựng ứng dụng trên hệ điều hành nhúng. Nó cho phép

phát triển các ứng dụng trên nền driver mặc nhiên không quá quan tâm vào

phần cứng cụ thể. Các ứng dụng được tách riêng và chịu sự quản lí bởi hệ điều

hành dưới dạng các process. Quá trình phát triển từ các ứng dụng không giao




diện (console application) cho phép hiển thị và điều khiển thông qua terminal.

Sau đó các ứng dụng GUI (Graphical User Interface), được tạo ra bằng phần

mềm Qt, cho phép điều khiển và hiển thị thân thiện hơn, đẹp hơn với người

dùng. Cuối cùng, các công cụ cần thiết như Toolchain, trình biên dịch,

software,… cũng được lựa chọn để thực hiện cài đặt, build và chạy từ hệ điều

hành, driver và các ứng dụng.

2. Hệ Thống Quản Lí Bãi Giữ Xe:

Chương trình được xây dựng như một ứng dụng nhúng, chạy trên nền

các module drivers và quản lí bởi hệ điều hành nhúng.

Khi hệ thống hoạt động, nó cho phép hiển thị hình ảnh xe vào trên màn

hình điều khiển của người quản lí và chụp hình xe để lưu cùng với số thẻ xe

đã nhập. Sau khi thực hiện xong thủ tục chụp ảnh, lưu ảnh và cấp cho chủ xe

một thẻ xe thì hệ thống tự động tiến hành mở cổng chắn cho xe vào. Thông

thường, tốc độ động cơ mở cổng là cố định nhưng chương trình cũng cho

phép thay đổi bằng cách cài đặt lại khi cần thiết. Tất cả các tác vụ điều khiển

đều được hiển thị trên màn hình giao diện người dùng.

Tổng kết lại, chương trình đã tương đối đầy đủ khi thể hiện được các tính

năng ưu việt của board như hệ điều hành, driver, touch screen...Việc kết hợp

giữa giao diện người dùng và phần điều khiển trên cùng 1 board làm cho hệ

thống trở nên đơn giản, thuận tiên hơn và cho thấy hoàn toàn có thể thay thế

PC trong công việc này. Đây như là một minh chứng cho việc sử dụng thành

công Mini2440 và hệ điều hành Embedded linux.

Tuy nhiên vì tính chất mới của đề tài và thời gian có hạn chương trình

vẫn chưa thực hiện việc nối mạng giữa các board để tối ưu hóa và nâng cao

tính bảo mật, an toàn cho hệ thống.

9.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Với sự thành công luận văn này, chúng ta đã thực hiện được các việc

điều khiển và kiểm soát phần cứng, viết các driver theo mong muốn. Nhưng

còn có vài thiếu sót trong quá trình thực hiện như chưa tối ưu được driver để

khai thác phần cứng triệt để hơn.

Ở đây chúng ta mới xây dựng một ứng dụng bãi quản lí giữ xe đơn giản.

Với các tiền đề đó, hệ thống còn có thể phát triển xa hơn theo nhiều hướng




khác nhau như dùng máy in vé, RFID, xử lí ảnh ... để hoàn thiện hệ thống bãi

giữ xe thông minh với khả năng tự động nhận dạng và bảo mật tốt hơn.

Thế giới ngày càng thu nhỏ với những ứng dụng hiện đại và các hệ thống

nhúng cũng là một cơ sở mới trong các hệ thống công nghiệp với kích thước

nhỏ hơn, khả năng tính toán chuyên nghiệp, điều khiển riêng cho một hệ

thống công nghiệp.


Documents

Quan Li Bai Giu Xe Su Dung Mini2440CLBRobot-RobotGiaoDuc