Introduction au systèmes embarqués

Responsable : Jean-Patrick Gelas < jean-patrick.gelas@univ-lyon1.fr >

Support de cours : PDF

TP1 - Outil de diagnostic mémoire embarqué sur clé USB

Travail à rendre : Un script Shell à déposer sur Tomuss.

Ce premier exercice propose de construire un mini système logiciel destiné à réaliser une tâche unique : diagnostiquer l'état de la mémoire de n'importe quelle machine équipée d'un processeur de la famille x86.

Nous nous baserons principalement sur les outils suivants :

  • memtest86+ (download)
  • syslinux (apt update && apt install syslinux)
  • qemu (apt update && apt install qemu-system-x86)

ainsi que les outils dd, mkfs.msdos, mount et umount.

Les premiers tests pourront être réalisés sur QEMU puis sur une clé USB.

Étapes à suivre :

  • Créez un fichier (rempli de zéros) de 512 kB (dd). Nommez le boot.img
  • Formatez le au format ms-dos (mkfs.msdos)
  • Montez ce système de fichiers encore vide via un loop device (mount -o loop)
  • Copiez-y à la racine le binaire memtest86+-x.xx.bin (pensez à le renommer).
  • Créez-y le fichier de configuration syslinux.cfg et le fichier d'accueil display.txt qui contiendra au minimum le texte Press enter par exemple.

Pour vous aider voici un exemple de syslinux.cfg.

    display display.txt
    default memtest
    label memtest
      kernel memtest
    implicit 0
    prompt 1
    timeout 80

Rendez boot.img bootable (syslinux)

Testez avec QEMU. Pensez à démonter l'image avant.

qemu-system-x86_64 -curses boot.img

Rédigez un script shell qui automatise les étapes à suivre pour la création de boot.img ou de la clé USB.

TP2 - Elagage (initrd)

Objectif : Be the smallest! :-)

Faire une démo à votre enseignant qui relèvera la taille de votre image initrd.

L'objectif de ce TP est de réduire au minimum l'empreinte mémoire d'un système de fichiers stocké dans un initrd. Dans un premier temps à coup de rm vous ne garderez que le strict minimum. Puis proposez des solutions pour aller au delà du résultat obtenu précédemment.

L'étudiant (ou le binôme) qui obtiendra le plus petit initrd gagne !

Ingrédients

Récupérez ce noyau Linux relativement minimaliste compilé avec le support de l'initrd

wget http://perso.univ-lyon1.fr/jean-patrick.gelas/doc/sle/bzImage-3.16-jpgelas

Récuperez le fichier initrd initial (issu d'une distribution Debian et modifié par mes soins)

wget http://perso.univ-lyon1.fr/jean-patrick.gelas/doc/sle/BIG-initrd.img-3.16.0-4-686-pae

Premier test

Sans avoir encore modifié l'initrd testez (avec Qemu) le noyau et l'initrd fraichement récuperés. 

qemu-system-x86_64 -kernel ./bzImage-3.16-jpgelas \
           -initrd ./BIG-initrd.img-3.16.0-4-686-pae \
           -append "quiet loglevel=3"

Vous devriez obtenir une machine (virtuelle) qui boote sur un noyau Linux, puis pose une question en boucle.

Comment modifier le contenu du fichier initrd ?

  mkdir initrd
  cd initrd
  gzip -dc ../initrd-big.img | cpio -id

Comment reconstruire le fichier initrd ?

  cd initrd
  find ./ | cpio -H newc -o > ../new-initrd.cpio
  cd ..
  gzip -9 new-initrd.cpio
  mv new-initrd.cpio.gz new-initrd.img

Comment tester l'initrd modifié ?

qemu-system-x86_64  -kernel ./bzImage-3.16-jpgelas \                   
            -initrd ./new-initrd.img \
                    -append "quiet loglevel=3"

TP3 - Clé USB (Green PDF Viewer / Framebuffer)

Ingrédients

  • Une clé USB
  • Une connexion réseau et un peu de patience...

Objectif 1

L'objectif principal de cette séance de TP est d'installer une distribution Debian minimaliste. Installez la sur votre clé USB en vous appuyant sur debootstrap (utilisez une version stable (jessie ?)). Faites alors en sorte que votre clé devienne bootable (utilisez GRUB).

Busybox (optionnel)

Ensuite, téléchargez Busybox. Configurez le pour obtenir toutes les commandes et outils dont vous souhaitez disposer. Enfin, compilez et installez le sur votre clé USB.

Réseau (optionnel)

Puis, activez (ou configurez) les fonctions d'accés au réseau (IP) afin que de votre systeme embarqué sur la clé USB vous puissiez accédez au réseau. Installez y ensuite dropbear (client/serveur ssh minimaliste) pour que vous puissiez vous connectez à votre système via ssh. Remarquez qu'avec Qemu il est possible de connectez la machine virtuelle au réseau physique via un switch virtuel.

Un peu d'aide...

Voici un mini tutoriel des étapes à suivre.

  • passez root : sudo -i ou su -
  • créez ou assurez vous d'avoir une partition primaire : fdisk /dev/sdb
  • formatez cette partition : mkfs.ext4 /dev/sdb1
  • creez un point de montage : mkdir fs
  • montez la partition : mount /dev/sdb1 fs
  • installez debootstrap : apt install debootstrap

  • Lancez debootstrap : debootstrap --arch amd64 jessie fs http://ftp.fr.debian.org/debian

  • Liez le /proc et le /dev de votre poste à ceux de la clé usb :

mount -t proc none fs/proc
mount -o bind /dev fs/dev
  • chrootez : chroot fs
  • Initialisez un mot de passe au compte root : passwd
  • Installez un noyau : apt-get update && apt-get install linux-image-amd64
  • Recuperez l'UUID de la clé USB : blkid
  • Editez /etc/fstab : vim.tiny /etc/fstab
proc /proc proc defaults
UUID=xxxxxxxxxxx    /    ext4 errors=remount-ro 0 1
  • Initialisez le hostname : echo "MyLittleKey" > /etc/hostname
  • Editez le fichier /etc/network/interfaces
auto lo
iface lo inet loopback

allow-hotplug eth0
auto eth0
iface eth0 inet dhcp
  • Supportez un clavier azerty : apt install console-data
  • (toujours chroote) installez grub2 : apt install grub2 (sur /dev/sdb)
  • quittez le chroot : exit
  • démontez les trois montage : umount fs/{dev,proc} ; umount fs
  • testez : qemu-system-x86_64 /dev/sdb
  • Connectez vous en tant que root
  • Stoppez proprement avec : shutdown -h now

Dans Qemu pour installer de nouveaux packages :

  • Positionnez la var d'env. : export http_proxy="http://10.......:3128"
  • Testez : apt-get update
  • Nettoyez les archives en cache : apt-get clean

Lien utile

http://debian-facile.org/doc:install:debootstrap-chroot

Objectif 2

  • Activez le mode framebuffer cela évitera d'avoir à installer un serveur X trop lourd pour ce type de projet.
  • Téléchargez, compilez et installer le binaire green sur votre clé Green PDF viewer
  • Faites en sorte que lorsque la machine boot sur votre clé USB, un document PDF de votre choix s'affiche à l'écran (sans avoir à toucher au clavier !)
  • Faites une démo à votre enseignant.

Un peu d'aide

Comment installer le Green PDF viewer