实验：嵌入式Linux系统的网络开发应用 实验要求： 1)理解嵌入式系统中网络编程的基本概念。 2)使用 socket 编程实现简单的网络应用。 3)在嵌入式 Linux 系统中部署并测试网络应用。 实验环境： 1)主机操作系统：Ubuntu 20.04。 2)嵌入式目标平台：QEMU 模拟的 ARM 架构虚拟机。 3)网络工具：netcat、ping 等。 实验目标： 1)• 学生理解嵌入式系统中网络编程的基本原理。 2)• 掌握使用 socket 编程实现网络应用的方法。 3)• 熟悉在嵌入式环境中部署和测试网络应用的过程。 实验内容及步骤： 1. 配置 QEMU 网络： 配置 QEMU，使其支持用户网络模式或桥接模式，以便与主机进行网络通信。 2. 编写网络应用程序： 使用 C 语言和 socket 编程接口，编写一个简单的 TCP 服务器和客户端程序。 服务器监听特定端口，客户端连接并发送数据。 3. 编译并部署应用： 使用交叉编译工具链编译网络应用程序，将可执行文件传输到 QEMU 环境中。 4. 测试网络应用： 1)在 QEMU 环境中启动服务器程序。 2)在主机上运行客户端程序，验证数据传输功能。

### 嵌入式Linux QEMU ARM Socket编程网络应用实验步骤 在嵌入式Linux环境中，通过QEMU模拟ARM架构并实现Socket编程的网络应用是一个常见的学习场景。以下是详细的实验步骤和方法： #### 1. 准备开发环境 安装必要的工具链和支持包，确保可以编译交叉编译器以及运行虚拟机。 ```bash sudo apt update && sudo apt upgrade -y sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf gcc-aarch64-linux-gnu gdb-multiarch \ qemu qemu-system-arm qemu-user-static libncurses5-dev build-essential bison flex libssl-dev ``` 创建工作目录用于存储源码和其他文件： ```bash mkdir ~/embedded_linux_socket_experiment cd ~/embedded_linux_socket_experiment ``` #### 2. 获取并配置BusyBox和Linux内核 下载BusyBox和Linux内核源码，并完成基础配置。 ##### (a) BusyBox编译 ```bash wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2 tar xf busybox-1.35.0.tar.bz2 cd busybox-1.35.0/ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mkdir ../rootfs make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- CONFIG_PREFIX=../rootfs/ install ``` ##### (b) Linux内核编译 获取支持网络功能的内核版本（如`linux-6.x.y`），并启用Socket相关选项。 ```bash wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.0.1.tar.gz tar xf linux-6.0.1.tar.gz cd linux-6.0.1/ cp arch/arm/configs/vexpress_defconfig .config scripts/kconfig/conf --olddefconfig Kconfig make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig # 在菜单中启用 Networking Support 和 TCP/IP protocol stack 支持[^3] make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage modules dtbs ``` #### 3. 构建根文件系统 基于之前生成的BusyBox输出，构建完整的根文件系统。 ```bash cd ~/embedded_linux_socket_experiment/rootfs/ mkdir dev proc sys etc var tmp home mnt opt srv usr/local share/man share/doc chmod a+rwx tmp echo "/sbin/mdev" > etc/init.d/rcS chmod +x etc/init.d/rcS find . | cpio -o --format=newc > ../rootfs.cpio gzip -9 ../rootfs.cpio ``` #### 4. 使用U-Boot加载内核 准备SD卡镜像文件，并将内核、设备树和根文件系统写入其中。 ```bash dd if=/dev/zero of=mysd.disk bs=1M count=1024 mkfs.ext4 mysd.disk mount mysd.disk /mnt cp vmlinux System.map *.dtb /mnt/ umount /mnt ``` 编写简单的启动脚本供U-Boot读取： ```bash cat <<EOF > boot.scr setenv bootargs console=ttyAMA0,115200 rootwait rw earlyprintk fatload mmc 0:1 \$kernel_addr_r Image booti \$kernel_addr_r - \$fdt_addr_r EOF mkimage -A arm -T script -C none -n "Boot Script" -d boot.scr u-boot.scr ``` #### 5. 启动QEMU仿真环境 利用QEMU加载U-Boot并进入目标系统。 ```bash qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M \ -kernel ./u-boot-2023.10/u-boot \ -sd mysd.disk \ -append "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/bin/sh" \ -nographic ``` #### 6. 编写Socket程序 在宿主机上编写一个简单的TCP服务器端代码作为示例。 ```c // server.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #define PORT 8080 int main() { int sockfd, new_sock; struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr; socklen_t clilen; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror("ERROR opening socket"); exit(1); } memset(&serv_addr, '0', sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(PORT); serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) { perror("ERROR on binding"); close(sockfd); exit(1); } listen(sockfd, 5); while (1) { printf("Waiting for client...\n"); clilen = sizeof(cli_addr); new_sock = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &clilen); if (new_sock < 0) continue; char buffer[256]; read(new_sock, buffer, 255); printf("Received message from client: %s\n", buffer); const char *response = "Message received by the server!"; write(new_sock, response, strlen(response)); close(new_sock); } return 0; } ``` 编译该服务端程序为目标平台可执行二进制文件： ```bash gcc -Wall -o server server.c -static arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -o server_arm server.c -static ``` 将其复制至根文件系统的适当位置以便后续测试。 --- #### 总结 以上流程涵盖了从搭建开发环境到实际部署的一个完整过程，重点在于如何结合QEMU与Socket技术来验证网络通信能力。