重庆科技学院
课程设计成果
院（系）:_电气与信息工程学院_ 班 级: 计科普0802
学生姓名: 学 号:
设计地点（单位）___ _I315 __________ _______
设计题目:_____ 聊天程序设计_________________________ _
完成日期： 2011 年 9 月 5 日
指导教师评语: _______________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩(五级记分制):______ __________
教师签名:_________________________
摘要
嵌入式linux在电子行业的应用很广泛，学习嵌入式linux显得非常重要。这次课程设计的主要目的是检验上学期学习linux后的效果。通过基础题的代码编写，熟悉linux C语言编程技巧。通过完成聊天程序的设计，熟悉linux底层编程。利用QT设计界面，缩短开发时间。
关键字：嵌入式linux；基础题；聊天程序；QT
目 录
课程设计任务书... - 4 -
题目一 基础题... - 6 -
1 设计内容及要求... - 6 -
1.1 二小题... - 6 -
1.2三小题... - 6 -
1.3四小题... - 7 -
1.3五小题... - 9 -
1.4六小题... - 11 -
1.5七小题... - 11 -
1.6八小题... - 13 -
题目二 聊天程序设计... - 15 -
1．设计内容及要求... - 15 -
1.1 聊天程序的基本要求... - 15 -
1.2 需实现的主要功能... - 15 -
2．需求分析... - 15 -
2.1 QT设计... - 15 -
2.2服务器端和客户端的数据传输方式... - 16 -
2.3 服务器端功能设计... - 16 -
2.4客户端功能设计... - 17 -
3．总体设计... - 17 -
3.1 总体功能... - 17 -
4. 详细设计... - 17 -
4.1 功能分析和描述... - 17 -
4.2 客户端功能模块... - 17 -
4.3 服务器功能模块... - 19 -
5. 代码实现... - 20 -
5.1 客户端代码... - 20 -
5.2 服务器端代码... - 22 -
6．功能实现... - 23 -
7．总结... - 23 -
8．致谢... - 23 -
9．参考文献... - 23 -
课程设计任务书
设计题目：基础题目
设计题目：聊天程序设计
系主任： 指导教师： 20##年 9 月 5 日
题目一 基础题
1 设计内容及要求
1.1 二小题
(1) 编写程序将数组内容倒置a[]=”123456789”。
(2) 程序代码实现如下：
char a[]="0123456789"; ①
char tmp;
int i = 0,j = 0;
for(i = 0,j = strlen(a)-1;i<=strlen(a)/2-1;i++,j--) ②
{
tmp = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = tmp;
}
for(i = 0;i<strlen(a);i++) ③
printf("%c",a[i]);
printf("\n");
(3)程序分析：
①定义数组
②数组内容倒置
③输出倒置后数组内容
（4）程序执行效果如下：
1.2三小题
（1）利用指针将数据A的内容复制到数据B。
（2）程序代码实现如下：
char A[] = "abcd";
char B[] ="1234"; ①
int i = 0;
char *tmp; ②
tmp = A; ③
for(i = 0;i<strlen(A);i++) ④
B[i] = *tmp++;
for(i = 0;i<strlen(A);i++) ⑤
printf("%c",B[i]);
printf("\n");
（3）程序分析：
①定义数组
②定义指针
③指针指向数组A
④移动指针拷贝数字到B中
⑤显示拷贝后的数组
（4）程序执行效果如下：
1.3四小题
（1）创建两线程，通过打印输出各自线程号和打印次序，要求从打印结果看出两个线程是并发执行的。
（2）程序代码如下：
#define THREAD_NUMBER 2
#define REPEAT_NUMBER 5
#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0
void * thrd_func(void *arg) ①
{
int thrd_num = (int)arg;
int delay_time = 0;
int count = 0;
printf("Thread %d is starting\n", thrd_num);
for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)
{
delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;
sleep(delay_time); ②
printf("\tThread %d: job %d delay = %d\n", thrd_num, count, delay_time);
}
printf("Thread %d finished\n", thrd_num);
pthread_exit(NULL); ③
}
int main(void)
{
pthread_t thread[THREAD_NUMBER];
int no = 0, res;
void * thrd_ret;
for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++) ④
{
res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);
}
for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
{
res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);
}
return 0;
}
（3）程序分析：
程序中创建2个线程，为了更加方便地描述线程之间的并行执行，让2个线程重用一个执行函数。每个线程都有5次循环，每次循环之间会随机等待1-10s的时间，意义在于模拟每个任务的到达时间是随机的，更加形象看出线程之间的并行执行。
① 创建线程执行函数，程序中2个线程重用一个执行函数。
② 让线程延时，延时时间随机产生。
③ 线程退出。
④ 创建2个线程。
（4）程序执行效果如下：
1.3五小题
（1）创建两线程，A线程通过消息队列发消息，B线程收到后在屏幕打印输出，要求两线程个打印出线程号和消息内容。
（2）程序代码如下：
#define BUFSZ 512
#define THREAD_NUMBER 2
struct message ①
{
long msg_type;
char msg_text[BUFSZ];
};
struct message msg;
int qid; /*Create queue*/
void * thrd_func0(void *arg) ②
{
int thrd_num = (int)arg;
int len = 0;
printf("Thread %d is starting\n", thrd_num);
sprintf(msg.msg_text,"%s","send the msg");
msg.msg_type = getpid();
len = strlen(msg.msg_text);
/*添加消息到消息队列*/
msgsnd(qid, &msg, len, 0); ③
printf("send the message is:%s\n",(&msg)->msg_text);
pthread_exit(NULL); ④
}
void * thrd_func1(void *arg) ⑤
{
int thrd_num = (int)arg;
printf("Thread %d is starting\n", thrd_num);
/*读取消息队列*/
msgrcv(qid, &msg, BUFSZ, getpid(), 0); ⑥
printf("recv the message is:%s\n",(&msg)->msg_text);
pthread_exit(NULL);
}
void *(*const func[THREAD_NUMBER])(void *)={thrd_func0,thrd_func1};
int main(void)
{
pthread_t thread[THREAD_NUMBER];
int no = 0, res;
void * thrd_ret;
key_t key;
int len;
key = ftok(".", 'a'); ⑦
qid = msgget(key,IPC_CREAT|0666); ⑧
for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
{
res = pthread_create(&thread[no], NULL, func[no], (void*)no);
}
for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++) ⑨
{
res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);
}
(msgctl(qid, IPC_RMID, NULL); ⑩
return 0;
}
(3) 代码分析如下：
该程序实现了使用消息队列进行线程之间的通信，包括消息队列的创建、消息发送和读取、消息队列的撤销和删除等操作。
① 定义消息队列消息结构体
② 创建线程0，用于消息队列发送消息
③ 添加消息到消息队列
④ 退出线程
⑤ 创建线程1，用于消息队列读取消息
⑥ 读取消息队列
⑦ 根据不同的路径和关键表示产生标准的key
⑧ 创建消息队列
⑨ 等待线程
⑩ 从系统内核中移走消息队列
（4）程序执行效果如下：
1.4六小题
（1）创建两线程，A线程循环打印数组a[100]，B线程循环将数组成员+1，要求利用互斥锁，使每次输出a[0]==a[99].
（2）程序源代码如下：
（3）程序分析如下：
1.5七小题
（1）创建两线程，A线程每2秒打印一次字母A，B线程每秒打印一次字母B，要求利用同步信号量，使输出字母B总是在A之后。
（2）程序代码如下：
#define THREAD_NUMBER 2
sem_t sem[THREAD_NUMBER];
void * thrd_func0(void *arg) //A ①
{
arg = arg;
while(1)
{
printf("A\n"); ②
sem_post(&sem[1]); ③
sleep(2); ④
}
pthread_exit(NULL); ⑤
}
void * thrd_func1(void *arg) //B ⑥
{
arg = arg;
while(1)
{
sem_wait(&sem[1]); ⑦
printf("B\n"); ⑧
sleep(1); ⑨
}
pthread_exit(NULL);
}
void *(*const func[THREAD_NUMBER])(void *)={thrd_func0,thrd_func1};
int main(void)
{
pthread_t thread[THREAD_NUMBER];
int no = 0, res;
void * thrd_ret;
for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++) ⑩
{
res = pthread_create(&thread[no], NULL, func[no], (void*)no);
}
printf("Create thread success\n Waiting for threads to finish...\n");
for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
{
sem_destroy(&sem[no]);
}
return 0;
}
（3）程序分析如下：
程序创建两线程，实现A线程每2秒打印一次字母A，B线程每秒打印一次字母B，利用同步信号量，使输出字母B总是在A之后。
① 创建线程0执行函数，用于打印字符’A’
② 打印字符’A’
③ 对信号量1进行V操作
④ 延时2s
⑤ 退出线程
⑥ 创建线程1执行函数，用于打印字符’B’
⑦ 对信号量1进行P操作
⑧ 打印字符’B’
⑨ 延时1s
⑩ 创建线程
（4）程序执行效果如下：
1.6八小题
（1）通过Makefile将project中的一个.c编译成.a,另一个.c调用.a的函数，要求实现静态库的生成和调用，运行结果正确。
（2）编写静态库程序thread.c如下：
#include <stdio.h>
void pf1(void)
{
printf("********\n");
return;
}
void pf2(void)
{
printf("#########\n");
return;
}
该程序定义两个函数，分别打印不同的内容，该程序将被编译成.a静态库
编写调用程序call.c如下：
extern void pf1(void);
extern void pf2(void);
int main(void)
{
pf1();
pf2();
return 0;
}
该程序对静态库进行调用，调用静态库中的两个函数pf1和pf2。
编写Makefile如下：
CC=gcc
CPPFLAGS=-c
OBJS = thread.o
SOURCE = thread.c
CALL_SOURCE=call.c
LIB = libthread.a
EXEC=call
AR=ar
thread: ${OBJS}
${CC} -c ${SOURCE} -o ${OBJS}
${AR} rcsv $(LIB) thread.o
${CC} -o ${EXEC} ${CALL_SOURCE} -L. -lthread
.PHONY : clean
clean :
-rm -f ${OBJS} ${EXEC} ${LIB}
Makefile文件实现对静态库程序编译成.a静态库，并且编译调用静态库的程序call.c为可执行文件call
（4）程序执行效果如下：
题目二 聊天程序设计
1．设计内容及要求
1.1 聊天程序的基本要求
1、在QT（或miniGUI）编写聊天程序，交叉编译后下载到目标机，可实现两台目标机可发送文本聊天。
2、QT（或miniGUI）界面设计至少包括“发送”，“重置”两个按钮,要求必须把目标机的硬件键盘映射到QT设计的软件界面中，实现软件按钮的功能。
1.2 需实现的主要功能
(1) 客户端输入服务器IP和端口号。
(2) 服务器必须成功启动。
(3) 每一个客户端可以寻找服务器，并且与服务器建立连接。
(4) 客户端和服务器可以实现通信。
(5) 通信的内容可以显示在面板上。
(6) 利用QT设计界面，并下载到MagicARM2410上面。
2．需求分析
2.1 QT设计
QT设计编写和调试阶段使用周立功MagicARM2410箱子提供的QT for PC编译器，运行测试阶段使用QT for ARM编译器。
使用QT for PC阶段编译程序的步骤如下（以编译hello.cpp程序为例）：
（1）进入/x86-qtopia目录，运行set-env脚本，设置环境变量。
$ . set-env
（2）进入hello目录，然后用progen工具生成工程文件hello.pro。
$ cd hello
$ vi hello.cpp
$ progen –t app.t –o hello.pro
（3）使用tmake工具，生成hello工程的Makefile文件。
$ tmake -o Makefile hello.pro
（4）修改Makefile文件，在LIBS变量中增加需要用到的库，然后输入make命令编译。
LIBS = $(SUBLIBS) -L$(QTDIR)/lib -lqte -lm -lstdc++
$ make
（5）启动虚拟控制台，运行hello程序（主机须启动帧缓冲，必须能够访问/dev/fb0）。
$ cd /zylinux/x86-qtopia
$ . set-env
$ cd hello
$ ./hello –qws
如果要将Hello程序发布到MagicARM2410上运行，还需进行以下工作：
（6）进入/zylinux/arm-qtopia目录，并将hello工程复制到当前目录下。
$ cd /zylinux/arm-qtopia
$ cp –av /zylinux/x86-qtopia/hello
（7）运行当前目录下的set-env文件，重新设置环境变量，进入hello目录，使用tmake工具，重新生成Makefile文件。
$ . set-env
$ cd hello
$ tmake -o Makefile hello.pro
（8）按照步骤(4)的方法修改包含库，编译，得到可执行文件hello，将hello文件添加到文件系统中，更新文件系统。
（9）插入USB鼠标和USB键盘，启动MagicARM2410。启动Qtopia的终端，运行hello程序。
利用同样的编译方法，客户端QT程序进行编译和调试。
2.1.1 客户端QT界面设计
客户端QT需要以下基本组件：
（1）两个QEditLine，一个用于输入服务器IP地址（可读可写），另一个用于输入服务器端口号（可读可写）。
（2）三个按钮，一个用于连接服务器，另一个用于发送消息，最后一个用于清空发送区域数据。
（3）四个标签，用于显示不用组件的内容。
（4）两个MultiLineedit，一个用于显示通信内容（只读），一个作为发送区域（可读可写）。
2.2服务器端和客户端的数据传输方式
服务器端和客户端的数据是用TCP套接字来传输的。IP地址表示Internet上的计算机，端口号标识正在计算机运行的进程。端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字。客户端使用linux C 函数socket建立到服务器的套接字连接。
当套接字连接socket建立后，可以利用linux C语言中的send函数和recv函数来实现简单的发送和接收消息。
2.3 服务器端功能设计
由于时间有限，服务器并没有用QT来编写界面，只是实现一个简单的控制程序。服务器主要实现有：
（1）创建套接字
（2）对套接字、IP地址和端口号进行绑定
（3）进行监听
（4）等待客户端的连接
（5）对客户端接收和发送数据
2.4客户端功能设计
客户端使用QT设计界面，客户端实现的功能如下：
（1）创建套接字
（2）连接服务器
（3）与服务器通信
3．总体设计
3.1 总体功能
根据对需求所做的分析，聊天程序需要实现的基本功能应包括以下几个方面：
(1) 客户端输入服务器IP和端口号。
(2) 服务器必须成功启动。
(3) 每一个客户端可以寻找服务器，并且与服务器建立连接。
(4) 客户端和服务器可以实现通信。
(5) 通信的内容可以方便查看。
使用QT设计的界面简洁，大方，操作简单，方便，容易上手，用户可以快速掌握操作流程。
4. 详细设计
4.1 功能分析和描述
聊天工具包括两大功能模块：客户端和服务器端。具体实现的功能创建套接字、连接通信、接收数据显示和发送数据。
4.2 客户端功能模块
4.2.1 连接服务器
连接服务器之前需要解析服务器地址、创建套接字、设置sockaddr_in 结构体中相关参数。
4.2.2发送消息功能
连接功能是开始聊天前必须进行的步骤，连接成功之后，就可以进行发送消息了。
发送消息功能流程图如图2-5所示：
图2-5 发送消息功能流程图
4.2.3接收消息模块
连接成功后，就可以接收服务器发送过来的数据。
4.3 服务器功能模块
服务器的设计并没有使用QT编写界面，服务器端实现的功能有：
图2-8 服务器模块流程图
5. 代码实现
5.1 客户端代码
5.1.1 QT构造和析构函数
EditDemo::EditDemo( QWidget *parent, const char *name):QWidget(parent, name)
{
QGridLayout *grid = new QGridLayout(this, 6, 3, 0, 0);
//IP addr
QLabel *label1 = new QLabel( "IP Addr:", this);
grid->addWidget( label1, 0, 0 );
edit_ip = new QLineEdit(this);
edit_ip->setText("127.0.0.1");
grid->addWidget( edit_ip, 0, 1 );
//Server Port
QLabel *label2 = new QLabel( "Server Port:", this);
grid->addWidget( label2, 1, 0);
edit_port = new QLineEdit(this);
edit_port->setText("4321");
grid->addWidget( edit_port, 1, 1);
QPushButton *btn = new QPushButton("Connect", this); /*add the connect button*/
grid->addWidget( btn, 2, 1); /*add the button*/
connect(btn, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(ButtonConnect()));
//multiline input mode
QLabel *label3 = new QLabel( "Contract Area:", this);
grid->addWidget(label3, 3, 0);
multiedit_contract = new QMultiLineEdit(this);
multiedit_contract->setReadOnly(1);//set read only
grid->addWidget(multiedit_contract,3,1);
QLabel *label4 = new QLabel( "Send Area:", this);
grid->addWidget(label4, 4, 0);
multiedit_send = new QMultiLineEdit(this);
grid->addWidget(multiedit_send,4,1);
QPushButton *button_send = new QPushButton("Send", this); /*add the send button*/
grid->addWidget( button_send, 5, 0);
connect(button_send, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(ButtonSend()));
QPushButton *button_clear = new QPushButton("Clear", this); /*add the clear button*/
grid->addWidget( button_clear, 5, 1);
connect(button_clear, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(ButtonClear()));
}
EditDemo::~EditDemo()
{
if(socket_flag == 1)/*if create socket success*/
{
close(sockfd); /*Close the socket*/
printf("Close the socket\n");
}
}
5.1.2 创建套接字
void EditDemo::CreateSocket(void)
{
/*地址解析函数*/
host = gethostbyname(edit_ip->text())；
/*创建socket*/
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
/*设置sockaddr_in 结构体中相关参数*/
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(atoi(edit_port->text()));
serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
bzero(&(serv_addr.sin_zero), 8);
}
5.1.3 创建线程
void *task(void *arg)
{
int recvbytes = 0;
char buf[BUFFER_SIZE]= {0};
arg = arg;
while(1)
{
if((recvbytes = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE, 0)) > 0)
{
multiedit_contract->append("Server said: "+(QString)buf);
}
}
}
void CreateThread(void)
{
int result = 0;
result = pthread_create(&thread1, NULL, task, (void *)0); /*Create Thread*/
}
5.2 服务器端代码
#define PORT 4321
#define BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_QUE_CONN_NM 5
int main()
{
struct sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;
int sin_size, recvbytes;
unsigned int sendbytes = 0;
int sockfd, client_fd;
char buf[BUFFER_SIZE];
/*建立socket连接*/
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)；
/*设置sockaddr_in 结构体中相关参数*/
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bzero(&(server_sockaddr.sin_zero), 8);
int i = 1;/* 使得重复使用本地地址与套接字进行绑定 */
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &i, sizeof(i));
/*绑定函数bind*/
ibind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, sizeof(struct sockaddr);
/*调用listen函数*/
listen(sockfd, MAX_QUE_CONN_NM);
/*调用accept函数，等待客户端的连接*/
client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_sockaddr, &sin_size);
/*调用recv函数接收客户端的请求*/
while(1)
{
memset(buf , 0, sizeof(buf));
recvbytes = recv(client_fd, buf, BUFFER_SIZE, 0);
if(recvbytes > 0)
{
printf("Received a message: %s\n", buf);
printf("Send a message: %s\n", buf);
(sendbytes = send(client_fd, buf, strlen(buf), 0);
}
}
close(sockfd);
exit(0);
}
6．功能实现
7．总结
通过这次嵌入式linux程序设计和编程，对linux的编程有了更深的了解。特别是对QT编程有了很大的进步，通过测试，编写的程序都能顺利运行。由于时间紧迫，对服务器部分没有用QT来设计界面，只是编写客户端的QT程序，并成功仿真运行。
在编写代码的过程中，我非常认真，努力解决BUG。
8．致谢
感谢学院给我们这次嵌入式linux课程设计的机会，同时也感谢帮组我的老师和同学。
9．参考文献
[1] 嵌入式Linux应用程序开发标准教程.人民邮电出版社。华清远见嵌入式培训中心。2010.7
[2] ZLG ARMMAGIC2410实验指导、资料。