Pflichtversuche mit dem Beagle Bone Black

1   Vorkenntnisse

1. Üben Sie das Arbeiten auf der Kommandozeile. Der typische Zugang zu einem Embedded Linux Rechner ist fast immer mit ssh auf der Kommandozeile -- ohne grafische Oberfläche. Sie können das sehr gut auf dem PC/Notebook simulieren, wenn Sie eine Linux Distribution ohne grafische Oberfläche installieren.
2. Bereiten Sie den Hostrechner zur Arbeit mit dem BBB vor (Terminalemulator z.B. picocom oder kermit, NFS, Crosscompiler, Netzwerkeinrichtung, ...)

2   Das BBB kennenlernen

Ich setze voraus, dass bereits ein lauffähiges Linux auf dem BBB im eMMC Speicher gespeichert ist. Es ist keine MicroSD-Karte nötig.

1. Lernen Sie den schematischen Aufbau des Boards kennen mit den wesentlichen Bausteinen, die darauf sind (Blockschaltbild).

2. Üben Sie häufig wiederkehrende Aufgaben

   1. Terminalprogramm mit serieller Schnittstelle verbinden
   2. Einloggen
   3. Bootmeldungen betrachten (dmesg)
   4. Welches Linux haben Sie? (Typ, Version)
   5. Useraccount mit adduser einrichten (nicht als Root arbeiten)
   6. Systemzeit setzen mit date und ntpdate

   7. Netzwerkverbindung herstellen

      • mit USB Kabel
      • mit Kabel über eth Schnittstelle
      • mit WiFi, z.B. über einen USB WiFi Adapter
   8. Gehen Sie mit ssh und http auf das Board.
   9. Dateien mit scp zwischen Host und Target übertragen
   10. Vom Target aus über den Hostrechner eine Netzwerkverbindung in das Internet herstellen (ip, iw, ifconfig, iwconfig, wpa_supplicant)
   11. System auf der Kommandozeile u.a. mit procfs erforschen (ls, ps, tree, cat, less, vi, uname, mount, df, du, fdisk, ...)

3. "Erforschen" Sie das Linux auf dem BBB über die ssh oder Konsolenverbindung:

   • Welches Linux wird verwendet?
   • Welche Prozesse (Dienste) laufen?
   • Welche Pakete sind installiert?
   • Wie viel Platz belegt das Root Filesystem?

3   Flash Speicher

1. Wie kann man den eMMC Speicher komplett neu mit einem Linux beschreiben?
2. Wie behandelt man eine rohe SD Karte mit fdisk und mkfs.vfat bzw. mkfs.ext4, so dass man darauf ein bootfähiges Linux installieren kann?
3. Wie bootet man von der SD Karte?

4   Konsole

1. UART-zu-USB Adapter anschliessen, so dass man die Konsole auf dem Hostrechner sehen kann. Das Terminalprogramm picocom starten mit

   picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

   (aufpassen: Manche Linux Distributionen verwenden nur 9600 Baud)

   • Welchen Vorteil hat diese Konsole im Vergleich mit der ssh Verbindung über USB bzw. Netzwerkkabel?

5   Hostrechner

1. Mounten Sie das Homeverzeichnis des BBB mit sshfs auf dem Hostrechner.

2. Installieren Sie auf dem Hostrechner eine Cross-Toolchain und kompilieren Sie ein kleines Demoprogramm. Übertragen Sie es mit scp auf das BBB und führen Sie es aus. Die einzelnen Programme des Cross-GCC haben den Präfix arm-linux-gnueabihf-.

   Auf Ubuntu und verwandten Linuxen gibt es das Paket gcc-arm-linux-gnueabi. Das ist der einfachste Weg um zu einer Toolchain zu kommen. Eine Alternative ist das "Crosstool-NG": http://crosstool-ng.github.io. Ein dritter Weg ist die "Linaro Toolchain", https://www.linaro.org/downloads.

   Falls Sie einen C Compiler auf dem BBB haben, kompilieren Sie das Programm auch nativ und testen Sie es.

6   U-Boot

1. Stoppen Sie den Bootvorgang in der Konsole, so dass Sie auf dem U-Boot Prompt landen.

   • Wie sieht man alle Umgebungsvariablen an?
   • Booten über den eMMC Speicher.
   • Booten über die SD Karte.
   • Booten über das Netzwerk mit tftp oder nfs.

7   Schnittstellen

1. Einfache I/O Demo mit Taster und LED:

   • GPIO ueber sysfs einlesen (polling/interrupt) und ausgeben

   • Tastendruck wird als Event ueber sysfs erkannt und schaltet LED ein und aus

   • Ein Demo-Geraetetreiber faengt den Tastendruck als Interrupt ab und schaltet die LED ein- und aus.

     Lit.: http://derekmolloy.ie/writing-a-linux-kernel-module-part-1-introduction

2. Machen Sie ein einfaches Programm zum Ansteuern der seriellen Schnittstelle in C/C++ und Python. Sie sollten die Schnittstelle öffnen, ein paar Zeichen schreiben und danach lesen, am Ende wieder schliessen. Man sollte den Code mit einer simplen Verbindung zwischen dem TX- (senden) und RX-Signal testen können.

   Hilfreich sind folgende Texte:

   • http://tldp.org/HOWTO/Serial-Programming-HOWTO
   • https://pythonhosted.org/pyserial
3. Machen Sie sich mit den Bussen I2C und SPI vertraut.

8   Build-Umgebungen

Das ist ungefähr der Inhalt von Simmonds MELP, ch. 6 "Selecting a Build System".

1. Bauen Sie ein Root-Filesystem mit Kernel und U-Boot aus den folgenden Distributionen:

   • Buildroot
   • Yoctoproject

   Installieren Sie es auf einer MicroSD-Karte und testen Sie es auf dem BBB. Es soll auch der Bootloader U-Boot und die Cross-Toolchain dabei entstehen.

2. Aufgaben mit dem Kernel in der Bau-Umgebung

   • Konfigurieren
   • Vorhandene Treiber aktivieren/deaktivieren
   • Eigenen (Dummy) Treiber einbauen
   • Updaten auf eine andere Kernel Version

3. Aufgaben mit dem Root Filesystem in der Bau-Umgebung

   • Pakete aktivieren/deaktivieren
   • Eigene Pakete einbauen

9   Programmieraufgaben

Diese Aufgaben sollen als "Vorübung" zum Projekt verstanden werden.