การเขียนโปรแกรมภาษาซีเพื่อทำงานบนระบบลินุกซ์ฝังตัว (Embedded Linux Systems)
เขียนโดย อ.จักรกฤษณ์ แสงแก้ว สาขาสารสนเทศศาสตร์ คณะวิทยาการสารสนเทศ มหาวิทยาลัยมหาสารคาม

การเขียนโปรแกรมภาษาซีเพื่อทำงานบนระบบลินุกซ์ฝังตัว (Embedded Linux Systems)
สำหรับวันนี้แนะนำเพื่อน ๆ น้อง ๆ ทั้งหลายรู้จักการเขียนโปรแกรมภาษาซีให้สามารถทำงานบนซีพียู ARM9 และทำงานบนระบบลินุกซ์ฝังตัว (Embedded Linux Systems) ซึ่งในบทความนี้ผมใช้บอร์ด Jamp 2 Mini ของบริษัทดีไซด์เกตเวย์ ในเบื้องต้นนี้นำท่านเขียนโปรแกรมภาษาซีและทำการคอมไพล์ โดยใช้คอมไพล์เลอร์ของซีพียู ARM คือ Arm-Linux-GCC ซึ่งมีสาระของบทความดังนี้

วัตถุประสงค์ :
1. สามารถเขียนโปรแกรมภาษาซีเพื่อแสดงคำว่า "Hello World" ให้ปรากฎบนจอภาพคอมพิวเตอร์ได้
2. สามารถคอมไพล์โค๊ดภาษาซีด้วยคอมไพล์เลอร์ gcc ได้
3. สามารถคอมไพล์โค๊ดภาษาซีด้วยคอมไพล์เลอร์ Arm-Linux-Gcc ได้
4. สามารถอธิบายความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์จากการคอมไพล์ด้วย Gcc และ Arm-Linux-Gcc ได้
5. สามารถตั้งหมายเลข IP Address สำหรับระบบปฏิบัติการ Linux ได้
6. สามารถใช้งานโปรแกรม NetDrive เพื่อแม็พไดรว์จากการให้บริการ FTP ได้
7. สามารถ Mount อุปกรณ์ USB (Flash Drive) กับ Jamp 2 Mini ได้
8. สามารถเอ็กซีคิวส์ผลลัพธ์จากการคอมไพล์ด้วย Arm-Liux-Gcc บนบอร์ด Jamp 2 mini ได้

เครื่องมือในการศึกษา :
1. บอร์ด Jamp 2 Mini
2. โปรแกรม VM Ware (Virtual Machine Ware) กรณีที่ท่านพัฒนาโปรแกรมในระบบปฏิบัติการวินโดวส์
3. สาย RS-232 สำหรับเชื่อมต่อระหว่างบอร์ด Jamp 2 mini กับไมโครคอมพิวเตอร์
4. Flash Drive กรณีทดสอบการถ่ายโอนข้อมูลจากไมโครคอมพิวเตอร์ไปยังบอร์ด Jamp 2 Mini
5. โปรแกรม NetDrive ทำงานในระบบปฏิบัติการวินโดวส์สำหรับแม็ปไดรว์เข้ากับบริการ FTP Service
6. โปรแกรม Hyper Termnal

ขั้นตอนการดำเนินการ :
1. การตั้งค่า Jumper ให้กับบอร์ด Jamp 2 Mini เพื่อสื่อสารผ่าน RS-232
2. เชื่อต่อสาย RS-232 ระหว่าง Jamp 2 Mini และไมโครคอมพิวเตอร์
3. การตั้งค่าและใช้งานโปรแกรม Hyper Termnal
4. กดปุ่ม Restart ที่บอร์ด Jamp 2 Mini
5. เข้าสู่หน้าจอ Linux จากบอร์ด Jamp 2 Mini แสดงผลผ่าน Hyper Terminal
6. เข้าสู่โปรแกรม VMWare
7. เขียนโปรแกรมภาษาซี แสดงผลคำว่า "HELLO WORLD" (สวัสดีชาวโลก)
8. คอมไพล์โค๊ดภาษาซีด้วย gcc และ arm-linux-gcc
9. การตั้งค่าเน็ตเวอร์คให้กับ VMWare
10. เพื่อความสะดวกใช้งานโปรแกรม NetDrive
11. ล็อกอินเข้าสู่บริการ FTP ของ VMWare ด้วยโปรแกรม NetDrive
12. เสียบ Handydrive ลงในไมโครคอมพิวเตอร์
13. คัดลอกผลลัพธ์จากการคอมไพล์ไปยัง Handydrive
14. ถอด Handydrive จากไมโครคอมพิวเตอร์และใส่เข้ากับ USB ของบอร์ด Jamp 2 Mini
15. เอ็กซีคิวส์โค๊ดที่ผ่านการคอมไพล์ด้วย arm-linux-gcc

1. การตั้งค่า Jumper ให้กับบอร์ด Jamp 2 Mini เพื่อสื่อสารผ่าน RS-232
ก่อนอื่นท่านต้องตั้งค่า Jumper J11 (H) ให้อยู่ในตำแหน่งดังที่ปรากฎตามรูปด้านบน เพื่อเป็นการกำหนดให้รับส่งข้อมูลผ่าน RS-232 หรือ RS-458 ซึ่งเป็นพอร์ตอนุกรม

แสดงตำแหน่งของ Jumper J11 (H) เพื่อกำหนดการสื่อสารผ่านอนุกรมพอร์ต

2. เชื่อต่อสาย RS-232 ระหว่าง Jamp 2 Mini และไมโครคอมพิวเตอร์
เมื่อกำหนดการสื่อสารด้วยพอร์็ตอนุกรมเรียบร้อยแล้วในขั้นต่อไปเชื่อต่อสายสัญญาณ RS-232 ระหว่างคอมพิวเตอร์และลินุกซ์บอร์ด
    
รูป : การเชื่อมต่อ RS232 เข้ากับลินุกซ์บอร์ดและไมโครคอมพิวเตอร์

3. การตั้งค่าและใช้งานโปรแกรม Hyper Termnal
เข้าสู่โปรแกรม Hyper Terminal เลือก Start-> Program -> Accessary -> Communication -> Hyperterminal
โปรแกรม Hyper Terminal เป็นโปรแกรมสำหรับสื่อสารข้อมูลผ่าน RS-232 ซึ่งเป็นมาตรฐานการสื่อสารแบบอนุกรม หากเครื่องของท่านไม่มีโปรแกรม Hyper Terminal ให้ทำการ Add Remove Component ให้ทำการติดตั้งก่อนในเบื้องต้น โดยเลือก Control Panel -> Add Remove Program -> Add Remove Component -> Communication ให้เลือกติดตั้ง Hyper Terminal ก่อน

3.1 เมื่อท่านเข้าสู่หน้าต่าง Hyper Terminal ให้ตั้งชื่อ Connection ตามที่ท่านต้องการ ในตัวอย่างนี้ตั้งชื่อเป็น jamp 2 mini

แสดงการตั้งชื่อการเชื่อมต่อสื่อสารผ่าน RS232

3.2 ในการใช้งาน COM Port นั้นบางระบบมีคอมพอร์ตมากกว่าหนึ่งพอร์ต ท่านต้องมั่นใจว่าหมายเลขของคอมพอร์ตของท่านที่เชื่อมต่อกับลินุกซ์บอร์ดตรงตามที่เลือกเอาไว้


แสดงการกำหนด หมายเลขพอร์ตการสื่อสารผ่าน

3.3 กำหนดอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสำหรับลินุกซ์บอร์ด Jamp ii mini ให้ตั้งที่ความเร็ว 57600 บิตในหนึ่งวินาที และตั้งค่าที่เหลือตามภาพต่อไปนี้

การตั้งค่าให้กับพอร์ตอนุกรม

4. กดปุ่ม Restart ที่บอร์ด Jamp 2 Mini
เมื่อเชื่อมต่อสายสัญญาณและเปิดโปรแกรม Hyper Terminal เรียบร้อยแล้วต่อไปให้ท่านกดปุ่ม Reset ที่ลินุกซ์บอร์ด ดังภาพต่อไปนี้

กดปุ่มเริ่มต้นทำงานบนลินุกซ์บอร์ด

5. เข้าสู่หน้าจอ Linux จากบอร์ด Jamp 2 Mini แสดงผลผ่าน Hyper Terminal
เมื่อกดปุ่ม Reset ที่ลินุกซ์บอร์ด ระบบปฏิบัติการลินุกส์ภายใน Jamp 2 Mini จะเริ่มต้นบูตระบบ ซึ่งจะเป็นขั้นตอนเริ่มต้นทำงานระบบในครั้งแรก ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนการบูตเหมือนระบบปฏิบัติการลินุกส์ทั่วไป

การบูตระบบของ Jamp 2 mini (System Boot)


สถานะการบูตเสร็จสมบูรณ์ กดแป้น Enter เพื่อเข้าสู่ Command Shell ของลินุกส์

6. เข้าสู่โปรแกรม VMWar
โปรแกรม VMware เป็นคอมพิวเตอร์เสมือน ท่านสามารถติดตั้งระบบปฏิบัติการต่าง ๆ ลงบนโปรแกรม VMware ได้และสามารถใช้งานระบบปฏิบัติการที่ติดตั้งบน VMWare ไำด้เหมือนคอมพิวเตอร์จริงทุกประการ นับเป็นโปรแกรมที่มีประโยชน์อย่างมาก และมีอีกโปรแกรมทีทำงานเหมือนกันคือ Virtual PC ซึ่งโปรแกรม Virtual PC ปัจจุบันได้ถูกซื้อโดยบริษัทไมโครซอฟต์เรียบร้อยแล้ว

ขอให้ท่านคลิ๊กไอคอน VMware Player เพื่อเข้าสู่โปรแกรม VMWare และรันระบบ Linux เสมือน


ในขั้นตอนเริ่มต้นโปรแกรม VMware จะให้ท่าน Browser หาไฟล์ .vmx ซึ่งเป็น Image file ของระบบปฏิบัติการ ซึ่งในขั้นตอนนี้เราใช้งานไฟล์ Other Linux 2.6x kernel.vmx ซึ่งได้ถูกจัดเตรียมไว้แล้วโดยบริษัทดีไซนเกตเวย์ ประเทศไทย

การเลือกไฟล์ Image เพื่อใช้งานร่วมกับ VMware

7. เขียนโปรแกรมภาษาซี แสดงผลคำว่า "HELLO WORLD" (สวัสดีชาวโลก)
ในขั้นตอนนี้เป็นการเขียนโปรแกรมภาษาซี ซึ่งผู้เขียนเก็บไว้ในไดเร็คทอรี่ /home/dg/ex01 ตั้งชื่อซอร์สโค๊ดว่า ex01.c โดยมีขั้นตอนดังนี้
7.1 ย้ายไปไดเร็คทอรี่ /home/dg ด้วยคำสั่ง "cd /home/dg" กดแป้น Enter (ไม่ต้องพิมพ์เครื่องหมายคำพูด)
7.2 สร้างไดเรคทอรี่ชื่อ ex01 ด้วยคำสั่ง "mkdir ex01" กดแป้น Enter
7.3 สร้างไฟล์ ex01.c ด้วยคำสั่ง "cat > ex01.c" กดแป้น Enter
7.4 พิมพ์ซอร์สโค๊ด
#includke <stdio.h>
main(){
   printf("HELLO WORLD");
}
7.5 กดแป้น Ctrl + d เพื่อบันทึกไฟล์ ex01.c

รูป : แสดงขั้นตอนการสร้างโค๊ดภาษาซีภายในระบบปฏิบัติการ Fedora

8. คอมไพล์โค๊ดภาษาซีด้วย gcc และ arm-linux-gcc
ผลลัพธ์ของการคอมไพล์ด้วย gcc และ arm-linux-gcc ไม่สามารถนำมาใช้งานได้ในระบบปฏิบัติที่ต่างกัน ดังนั้น ถ้าจะคอมไพล์ให้รันในลินุกซ์พีซี ใช้คำสั่ง gcc ได้ตามปกติ แต่ถ้าจะนำผลลัพธ์ไปรันใน ARM9 (ซึ่งบอร์ด Jamp 2 Mini ใช้ arm9) ดังนั้นต้องคอมไพล์ด้วย arm-linux-gcc ซึ่งเป็นคอมไพล์เลอร์สำหรับสถาปัตยกรรมของโปรเซสเซอร์ ARM (ซึ่งเป็น RISC)
8.1 การคอมไพล์ในลินุกซ์ PC ใช้คำสั่ง gcc ex01.c ผลลัพธ์ที่ได้คือไฟล์ a.out เมื่อเรียกใช้งานให้ใช้คำสั่ง ./ ก่อนชื่อไฟล์เพื่อเป็นการบอกตำแหน่งของไดเรคทอรี่ปัจจุบัน ดังนั้น เมื่อเรียกใช้งานแบบสมบูรณ์เขียนได้ดังนี้ ./a.out ซึ่งจะแสดงผลลัพธ์เป็นคำว่า Hello World ให้ปรากฎบนจอภาพคอมพิวเตอร์

การคอมไพล์ด้วย gcc ผลลัพธ์ทำงานใน linux pc


การคอมไพล์ด้วย arm-linux-gcc ผลลัพธ์ทำงานได้ใน jamp 2 mini แต่ไม่สามารถทำงานได้ใน linux pc

9. การตั้งค่าเน็ตเวอร์คให้กับ VMWare
การตั้งค่าเน็ตเวอร์คให้กับ VMware เพื่อเปิดใช้งานบริการ FTP Server ให้ท่านตั้งค่าเน็ตเวอร์คด้วยคำสั่ง ifconfig ก่อนอื่น ตรวจสอบเน็ตเวอร์คในระบบปฏิบัติการวินโดวส์ก่อน ซึ่งพิมพ์คำสั่ง ipconfig ที่ command shell (Start > run -> cmd -> ipconfig) ซึ่งแสดงรายละเอียดของเน็ตเวอร์คดังนี้


การตรวจสอบการตั้งค่าเน็ตเวอร์คบนระบบปฏิบัติการวินโดวน์

การตั้งค่าเน็ตเวอร์คให้กับ VMWare ทำได้ด้วยคำสั่ง ifconfig ในตัวอย่างนี้ต้องการกำหนดให้ VMware มีหมายเลข IP เป็น 10.115.0.90 ให้ใช้คำสั่งต่อไปนี้

การตั้งค่าเน็ตเวอร์คให้กับ VMware

10. เพื่อความสะดวกใช้งานโปรแกรม NetDrive
ผู้เขียนใช้งานโปรแกรม Netdrive เพื่อทำการแม็บไดรว์ของ FTP Server เป็น Local Drive ตามที่ต้องการ ซึ่งเหมือนการใช้งาน Drive ตามปกติ ทำให้เกิดความสะดวกรวดเร็วในการทำงานมากขึ้น โปรแกรม NetDrive ดาวน์โหลดมาใช้งานได้ไม่เสียเงิน ใช้ได้ฟรี ดาวน์โหลดได้ที่ http://www.acs.uwosh.edu/novell/netdrive.htm

เลือก New Site จากนั้นตั้งชื่อ ftp server ในตัวอย่างนี้ตั้งชื่อว่า Jamp 2 mini (ความจริงน่าจะตั้งว่า vmware linux) และกำหนด Site Address คือ ftp://10.115.0.90 ซึ่งเปิดบริการเอาไว้แล้วที่ลินุกซ์พีซี ใน Vmware เปิดบริการที่พาร์ท /home/dg ส่วน username คือ dg รหัสผ่าน abc123 ซึ่งเป็นค่า Default ของบอร์ด Jamp 2 Mini

การเชื่อมต่อกับ ftp server ด้วยโปรแกรม netdrive ของ novell


การกำหนดค่า username /password และค่าต่าง ๆ สำหรับ netdrive

11. ล็อกอินเข้าสู่บริการ FTP ของ VMWare ด้วยโปรแกรม NetDrive
เมื่อท่านเข้าสู่บริการ FTP โดยผ่านโปรแกรม Netdrive ท่านจะสามารถใช้งาน FTP Server ได้เหมือนไดวร์วในคอมพิวเตอร์ปกติ

การเชื่อมต่อ ftp server ของ linux pc (บน Vmware) โดยผ่านโปรแกรม Netdrive แม็บเข้ากับ Drive X:

12. เสียบ Handydrive ลงในไมโครคอมพิวเตอร์
หลังจากนั้น เสียบ Handy Drive เข้ากับไมโครคอมพิวเตอร์ ซึ่งในตัวอย่างนี้ได้ลากสาย USB ออกมาวางไว้ใกล้ ๆ กับ Jamp 2 mini เำพื่อสะดวกในการอธิบาย ดังภาพต่อไปนี้

การเชื่อมต่อ Handy drive เข้ากับ Port USB ของไมโครคอมพิวเตอร์

13. คัดลอกผลลัพธ์จากการคอมไพล์ไปยัง Handydrive
เนื่องจากเราต้องการนำไฟล์ a.out ซึ่งเป็นผลลัพธ์จากการคอมไพล์ภาษาซีด้วย arm-linux-gcc ไปเอ็กซีคิวส์บนบอร์ด Jamp ii mini ซึ่งในตัวอย่างนี้แนะนำท่านถ่ายโอนไฟล์ไปยัง jamp 2 mini ด้วย handy drive ในบทความต่อไปจะใช้วิธีการคอมไพล์และนำผลลัพธ์ไปไว้ใน jamp 2 mini โดยเปิดบริการ ftp server เอาไว้ ดังนั้น ในตัวอย่างนี้จึงคัดลอกไฟล์ไปยัง handy drive ซึ่งคือ drive e: แสดงได้ดังนี้

การคัดลอกไฟล์ผลลัพธ์ที่อยู่ใน vmware ไปยัง handy drive เพื่อนำไปใส่ใน jamp 2 mini ต่อไป

14. ถอด Handydrive จากไมโครคอมพิวเตอร์และใส่เข้ากับ USB ของบอร์ด Jamp 2 Mini
ใส่ Handy Drive ลงใน USB ของลินุกซ์บอร์ด (Jamp 2 mini) เพื่อทดสอบผลลัพธ์จากการคอมไฟล์ ดังภาพต่อไปนี้

การใส่ Flash Drive ลงใน USB ของ Linux board (Jamp 2 mini)

15. เอ็กซีคิวส์โค๊ดที่ผ่านการคอมไพล์ด้วย arm-linux-gcc
เมื่อใส่ Handy Drive ลงใน USB ของ Jamp 2 mini ระบบ Linux บน Jamp จะแสดงข้อความมาที่ Hyper Terminal ว่ามีการเสียบ USB เข้ามาในระบบและจะ Auto Mount (เชื่อมต่ออุปกรณ์ใหม่อัตโนมัติ ใช้คำสั่ง mount) ซึ่งตั้งค่าพาร์ทไว้ที่ /media

เมื่อเข้าไปในไดเร็คทอรี่ /media และใช้คำสั่ง ls เพื่อตรวจสอบไฟล์ จะพบว่ามีไฟล์ a.out และ ex01.c ที่ได้สร้างไว้ใน linux pc บน vmware ท่านสามารถเอ็กซีคิวส์ a.out ด้วยคำสั่ง ./a.out ซึ่งจะแสดงผลลัพธ์คำว่า Hello World ให้ปรากฎบนจอภาพคอมพิวเตอร์ แสดงได้ดังภาพต่อไปนี้

การเอ็กซีคิวส์ผลลัพธ์ที่ได้จากการคอมไพล์ด้วย arm-linux-gcc

สรุปผล
บทความนี้ผู้เขียนได้บรรยายภาพรวมของการพัฒนาแอพลิเคชั่นบนระบบฝังตัวโดยใช้ระบบปฏิบัติการลินุกซ์ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าท่านจะมองเห็นประโยชน์และประยุกต์ใช้งานระบบสมองกลฝังตัวด้วยระบบปฏิบัติการลินุกซ์ และยังหวังต่อไปว่าบทความนี้จะกระตุ้นให้เกิดการเรียนรู้ของเยาวชนในชาติไทย ซึ่งถือว่าเป็นฐานกำลังสำคัญต่อไปในอนาคต ขอขอบคุณบริษัทดีไซด์เกตเวย์ ที่ได้พัฒนาบอร์ด Jamp 2 mini และขอขอบพระคุณทุก ๆ ในกลุ่ม Open Source ที่ผลักดันให้เกิดการพัฒนาในทุกด้าน ในบทความต่อ ๆ ไปจะนำเสนอการใช้งาน GPIO (General Purpose Input Output) เพื่อใช้รับข้อมูลผ่านเซนเซอร์ต่าง ๆ และใช้แสดงผลข้อมูลเช่นเชื่อมต่อกับหลอด LED (Light Emitting Diod) เพื่อแสดงสถานะการทำงานของโปรแกรม สำหรับวันนี้ขอจบการบรรยายเพียงเท่านี้ พบกันในโอกาสต่อไป สวัสดีครับ !!