使用ARM標(biāo)準(zhǔn)C庫進(jìn)行嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)

1、使用arm標(biāo)準(zhǔn)c庫進(jìn)行嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)隨著對高處理能力、實時多任務(wù)、超低功耗等方面需求的增長，高端處理器已經(jīng)進(jìn)入了國內(nèi)開發(fā)人員的視野，并在國內(nèi)得到了普遍的重視和應(yīng)用。是目前嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的risc微處理器結(jié)構(gòu)，憑借低成本、低功耗、高性能等優(yōu)點占領(lǐng)了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的率先地位。ads是arm公司推出的arm集成開發(fā)環(huán)境，提供了對c和c+的支持，是目前開發(fā)arm的主要工具。本文針對日益縮短的嵌入式開發(fā)周期，結(jié)合arm系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試閱歷，對用法arm標(biāo)準(zhǔn)庫舉行應(yīng)用程序開發(fā)作了比較系統(tǒng)的分析。1 arm標(biāo)準(zhǔn)庫介紹ads提供了ansi c和c+標(biāo)準(zhǔn)庫，本文僅研究ansi c庫，該庫包含下面幾個部

2、分：is0 c庫標(biāo)準(zhǔn)所定義的函數(shù)；在semlhosted環(huán)境下用來實現(xiàn)c庫函數(shù)與目標(biāo)相關(guān)的函數(shù)；c和c+編譯器要用法的heiper函數(shù)。該庫提供的諸如文件輸入輸出之類的設(shè)備，用法了標(biāo)準(zhǔn)的arm semihosted執(zhí)行環(huán)境(semihosting是針對arm目標(biāo)機的一種機制，它能夠按照應(yīng)用程序代碼的輸入/輸出哀求，與運行有調(diào)度功能的主機通信，這種技術(shù)允許主機為通常沒有輸入和輸出功能的目標(biāo)硬件提供主機資源)。armulator、angel和multi-lce都支持這個環(huán)境，可以用法ads中提供的開發(fā)工具開發(fā)應(yīng)用程序，然后在armulator或者是開發(fā)板上運行和調(diào)試該程序。假如要使應(yīng)用系統(tǒng)自立于這

3、個環(huán)境，則必需重新實現(xiàn)c庫中依靠于這個環(huán)境的相關(guān)函數(shù)，按照用戶系統(tǒng)的運行環(huán)境對c庫舉行適當(dāng)?shù)牟脺p。用法ansi標(biāo)準(zhǔn)c庫舉行程序開發(fā)，不僅可以提高開發(fā)效率而且可以增加程序的可移植性。在程序中用法庫函數(shù)，必需先建立一個庫函數(shù)可以執(zhí)行的環(huán)境，這些工作都由庫中的函數(shù)完成。當(dāng)應(yīng)用程序鏈接了c庫中的函數(shù)時，c庫中的函數(shù)將完成：創(chuàng)建c程序所需的執(zhí)行環(huán)境(建立棧，假如需要創(chuàng)建一個堆，初始化程序用法的部分庫)；調(diào)用main()函數(shù)開頭執(zhí)行c程序；支持程序用法的is0定義的函數(shù)；捕捉運行時的錯誤和信號，假如需要，按照錯誤終止執(zhí)行或程序退出。2 裁減arm標(biāo)準(zhǔn)c函數(shù)庫標(biāo)準(zhǔn)庫中包含了部分依靠于arm semihost

4、ed執(zhí)行環(huán)境的函數(shù)，這部分函數(shù)的函數(shù)名中包含有單個或兩個下劃線“-”，需要重新實現(xiàn)這部分函數(shù)。假如在程序中定義這些函數(shù)，則編譯器就會用法新定義的函數(shù)，這個過程稱為庫函數(shù)的裁減。普通狀況下，只需要重新定義很少的幾個函數(shù)就可以用法c庫。arm應(yīng)用系統(tǒng)開頭執(zhí)行用戶應(yīng)用程序，必需先將應(yīng)用程序加載到執(zhí)行域，建立應(yīng)用程序的執(zhí)行環(huán)境。用法c庫時，這些繁瑣的工作就大部分由c函數(shù)來完成了。匯編程序完成系統(tǒng)初始化后，跳轉(zhuǎn)到c程序的人口_main()(注重：不是main()，當(dāng)c程序中定義了main()主函數(shù)時，編譯器就會生成_main代碼)。由_main()引導(dǎo)庫函數(shù)完成c執(zhí)行環(huán)境的初始化，詳細(xì)過程如下：將非啟動

5、代碼的ro和rw執(zhí)行域代碼從加載域地址復(fù)制到執(zhí)行域地址；將zi域清零；跳轉(zhuǎn)到_rt_entry。調(diào)用_main()將大大簡化匯編啟動代碼的編寫，匯編代碼僅需完成系統(tǒng)硬件的初始化，而沒有須要將代碼從加載域地址復(fù)制到執(zhí)行域地址，以及zi域清零等工作。特殊是當(dāng)用法分布式加載時_main()的作用就越發(fā)顯然了。但是_main()并沒有建立c庫運行必需的環(huán)境，這項工作由_rt_entry()完成，主要調(diào)用過程為：調(diào)用_rt_stackheap_init()建立堆和棧；調(diào)用_rt_lib_init()初始化引用的庫函數(shù)；假如需要，建立main()函數(shù)的參數(shù)argc和argv等；調(diào)用main()函數(shù)，執(zhí)行應(yīng)

6、用程序，可以應(yīng)用庫函數(shù)；用main()函數(shù)的返回值作參數(shù)調(diào)用exit()。_rt_entry并不是c函數(shù)，它是用arm c庫編程的起始點。_rt_entry不能用宴現(xiàn)，由于這時候堆棧還沒有建立，堆棧由 rt_stackheap_init()來建立。上面容易介紹了c程序用法庫函數(shù)時的調(diào)用過程，由_rtstackheap_init()建立c庫用法的內(nèi)存模型堆和棧。由于arm庫是建立在semihosted執(zhí)行環(huán)境的，它實現(xiàn)的內(nèi)存模型是基于這個環(huán)境的，所以必需修改這個內(nèi)存模型建立機制。表1列出了需要重新實現(xiàn)的函數(shù)，實現(xiàn)了這些函數(shù)，應(yīng)用程序就可以脫離宿主機環(huán)境自立運行了。其中，必需重新實現(xiàn)的是user

7、initialstackheap()，由于默認(rèn)的實現(xiàn)是基于semihosted執(zhí)行環(huán)境的，該函數(shù)被nstackheapinit()調(diào)用創(chuàng)建內(nèi)存模型，其他兩個函數(shù)沒有默認(rèn)的實現(xiàn)。實現(xiàn)該函數(shù)，必需滿足下面的條件：用法不超過96字節(jié)的棧空間；除了r12(ip)外不要污染其他寄存器；將堆基址、?；贰⒍堰吔绾蜅＿吔绶蛛x存在ror3作為返回參數(shù)；堆必需保持8個字節(jié)對齊。實現(xiàn)例程如下：為了提高應(yīng)用程序開發(fā)效率和可移植性，希翼在目標(biāo)系統(tǒng)上用法arm庫提供的標(biāo)準(zhǔn)輸人輸出庫函數(shù)。高層輸入輸出函數(shù)是不依靠于目標(biāo)系統(tǒng)環(huán)境的，但是高層輸入輸出函數(shù)必需調(diào)用依靠于目標(biāo)系統(tǒng)的底層函數(shù)，才干實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出。依據(jù)目標(biāo)系

8、統(tǒng)硬件環(huán)境重新定義這些底層函數(shù)，就可以用法庫提供的標(biāo)準(zhǔn)inputoutput庫函數(shù)了。下面以裁減arm標(biāo)準(zhǔn)庫提供的printf系列輸出函數(shù)為例來作解釋。標(biāo)準(zhǔn)i/o庫中最常用的是printf系列函數(shù)，包括_printf()、printf()、_fprintf()、fprintf()、vprintf()和vfprintf()。全部這些函數(shù)非透亮地用法_file，并且僅依靠于fputc()和ferror()兩個函數(shù)。函數(shù)_printf()和_fprintf()與printf()和fprintf()的區(qū)分僅在于前兩個函數(shù)不能格式化浮點值。只要定義了自己的_file版本和fputc()、ferror()

9、函數(shù)，外加定義一個具有file類型的_stdout變量，就可以不作任何修改地用法printf系列、fwrite()、fputs()和puts()函數(shù)了。下面給出了詳細(xì)實現(xiàn)的模板，可以按照實際需要修改。includestruct_fileint handle；/*用戶需要的任何代碼(假如用法文件僅是為了調(diào)試用法prinft在標(biāo)準(zhǔn)輸出端輸出信息，則不需要任何文件處理代碼)*/；flle_stdout；/*file在stdio.h中定義為：typedef struct_file file；*/int fputc(int ch，file*f)/*用戶實現(xiàn)的fpute代碼。輸出一個字符，可以按照需要實現(xiàn)