嵌入式Linux应用开发完全手册（一）嵌入式Linux基础知识

嵌入式Linux应用开发完全手册

3 嵌入式Linux基础知识

3.1 交叉编译工具

• 编译工具链，编译工作由几个步骤完成，分别用到了不同的工具
  
  • PC端应用
    
    • gcc
    • ld
    • objcopy
    • objdump
  • 交叉编译（编译和运行在不同的环境下），arm平台工具链
    
    • arm-linux-gcc
    • arm-linux-ld

3.1.1 arm-linux-gcc

• C/C++文件的编译步骤
  
  • 预处理 preprocessing
  • 编译 compilation
  • 汇编 assembly
  • 连接 linking

预处理

根据预处理命令（#开头的命令）修改源文件，形成.i文件
用到额工具是arm-linux-cpp

编译

将经过预处理的.i文件，翻译成汇编代码，.s文件
用到的工具是ccl

汇编

将汇编代码文件.s翻译成目标文件 .o文件
用到的工具是arm-linux-as

连接

将汇编生成的目标文件和库文件连接起来，最终生成特定平台的可执行文件
用到的工具是arm-linux-ld
连接器处理的文件一般包括
- .o 目标文件
- .a 库文件

arm-linux-gcc的重要选项

• -E 预处理 ：预处理结果通过stdout显示出来
• -S 预处理、编译 ：可以生成.s文件
• -c 预处理、编译、汇编 ：可以生成.o文件
• -o 指定输出文件名 ：如果不指定名成，按照一般规则生成
• -v 显示制作gcc命令时的配置 ：显示更详细的编译信息
• -Wall 显示所有警告信息 ：Warning ALL
• -g 产生调试信息，以便GDB使用 ： 要使用gdb调试，必须有这个选项
• -O 优化选项 ：O0，O1，O2，O3 4级优化，一般应用选O2
• [object-file-name] ：连接的时候，目标文件和库文件名称
• -l[library] ：连接名为l[library]的库文件，库文件名称规则lib[libraay].so
• -nostartfiles ：不连接系统标准启动文件，编译bootloader, 内核的时候会用到
• -nostdlib ：不连接系统标准启动文件和标准库文件，编译bootloader和内核会用到
• -static ：组织连接共享库，打开这个选线柜让编译出来的结果很大，不动态连接一些库，那么就都包含在编译结果里边了
• -shared ：生成库文件
• -I[dir] ：头文件搜索路径中添加 dir
• -L[dir] ：-l指定某个库需要连接的时候，这个参数增加搜索路径，比如-L. 当前目录作为搜索目录添加进来

/ * 举例 */ 
[main.c]    - include [sub.h]
[sub.h]
[sub.c]     - include [sub.h]

--------

gcc -c -o main.o main.c
gcc -c -o sub.o sub.c
gcc -o test main.o sub.o

--------

gcc -S -o main.s main.c
gcc -E main.c | less

--------
gcc -shared -o sub.a sub.o sub2.o sub3.o

arm-linux-ld选项

• -T ：指定代码段、数据段、bss段的起始位置，或者指定一个连接脚本
  ：-T参数只用于连接bootloader，内核等“没有底层软件支持”的软件
  ：连接运行于操作系统之上的软件时，不需要-T，使用默认连接即可

-Ttext startaddr
-Tdata startaddr
-Tbss startaddr

/* 代码段运行地址0x00000000，没有定义数据段，bss段，它们依次放在代码段后面 */
arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -g ledon.o -o ledon_elf

/* 使用连接脚本设置地址 */
arm-linux-ld -Ttimer.lds -o timer_elf head.o init.o interrupt.o main.o

[timer.lds]
--------
SECTIONs {
    . = 0x30000000;
.text       :   {*(.text)}
.rodata ALIGN(4)    : {*(.rodata)}
.data ALIGN(4)      : {*(.data)}
.bss ALIGN(4)       : {*(.bss) *(COMMON)}
}
--------

arm-linux-objcopy选项

• arm-linux-objcopy用来赋值一个目标文件到另一个文件中，可以使用不同于源文件的格式来输出目的文件，也就是可以用来进行格式转换
• 可以用它来将elf文件转换位二进制可执行文件

/* 编译bootloader和内核的时候，用此命令将elf文件转换为二进制文件 */
arm-linux-objcopy -O binary -S elf_file bin_file

arm-linux-objdump选项

• 用于显示二进制文件信息，常用来查看反汇编代码

/* 将elf格式文件反汇编 */
arm-linux_objdump -D elffile > dis_file

/* 将二进制文件反汇编 */
arm-linux-objdump -D binary -m  arm bin_file > dis_file

3.2 Makefile

Makefile就是一个名字是Makefile的文件。内部缩进必须使用Tab，不能转换为空格。
这里介绍Makefile的最基本的规则。

格式

[Makefile]
--------
target : prerequiries
<Tab>command
--------

• 目标 通常是要生成的文件名称，可以是可执行文件或者obj文件。也可以是一个需要执行的动作名称，比如“clean”
• 依赖 用来产生目标的原料（比如源文件），一个目标通常有几个依赖。
• 命令 生成目标时进行的动作。可以有若干命令，一个命令一行
• 依赖发生改变，目标就需要通过命令重新生成。如果依赖没有改变，目标不需要重新生成。

/* 一个最简单的例子 */
hello: hello.c
    gcc -o hello hello.c
clean:
    rm -f hello

变量及赋值

• 延时变量
  
  • =
  • ?=
• 立即变量
  
  • :=
• 扩展变量
  
  • +=

src := $(shel ls *.c)                  /* 立即变量的赋值 */
obj := $(patsubst %.c, %.o, $(src))      
obj += temp.o                           /* 扩展变量 */

test: $(obj)                           /* 变量使用 */
    gcc ...

Makefile函数

Makefile里边可以使用一些函数，格式如下

$(function arguments)

字符串替换和分析函数

• $(subst from, to, text)
• $(patsubst pattern, replacement, text)
• $(strip string)
• $(findstring find, in)
• $(filter pattern…, text)
• $(filterout pattern…, text)
• $(sort list)

$(subst ee, EE, feet on the street)
fEEt on the strEEt

$(patsubst %.c, %.o, x.c.c bar.c)
x.c.o ar.o

$(strip a  b c
a b c

$(findstring a, a b c)
a
$(findstring a, b c)


$(filter %.c %.s, foo.c bar.c baz.s ugh.h)
foo.c bar.c baz.s

$(filterout %.c %.s, foo.c bar.c baz.s ugh.h)
ugh.h

$(sort foo bar lose)
bar foo lose

文件名函数

• $(dir names)
• $(notdir names)
• $(suffix names)
• $(basename names)
• $(addsuffix suffix, names)
• $(addprefix prefix, names)
• $(wildcard pattern)

$(dir src/foo.c hacks)
src/ ./

$(notdir src/foo.c hacks)
foo.c hacks

$(suffix src/foo.c src-1.0/bar.c hacks)
.c .c 

$(basename src/foo.c src-1.0/bar.c hacks)
src/foo src-1.0/bar hacks

$(addsuffix .c, foo bar)
foo.c bar.c

$(addprefix src/, foo bar)
src/foo, src/bar

$(wildcard *.c)/* 等于 $(shell ls *.c)*/
1.c 2.c

其他

• $(foreach var, list, text)
• $(if condition, then-part, else-part)
• $(origin var)
• $(shell cmd)

dirs := a b c d
files := $(foreach dir, $(dir), $(wildcard $(dir)/*))
/* files 变量赋值为 a/ b/ c/ d/ 下边的所有文件*/

自动变量

• $@ 规则的目标文件
• $^ 所有依赖名字，名字之间空格分开
• $< 第一个依赖的名字
  一个稍微复杂点的例子

src := $(shell *.c)
objs := $(patsbust %.c, %.o, $(src))

test: $(objs)
    gcc -o $@ $^

%.o: %.c
    gcc -c -o $@ $<

clean:
    rm -f test *.o

3.3 常用ARM汇编指令和ATPCS规则

ARM汇编指令

• 相对跳转b, bl
• 数据传送指令mov
• 地址读取伪指令ldr
• 内存访问指令 ldr str ldm stm
• 加减 add sub
• 程序转台寄存器访问指令 msr mrs
• 其他 .extern .text .global

ATPCS

ARM程序和Thumb程序中子程序调用规则。
- 寄存器
- r0 - r3 传递参数
- r4 - r11 保存局部变量
- r12 子程序间scratch寄存器，别名ip
- r13 数据栈指针，别名sp
- r14 连接寄存器，别名lr
- r15 程序计数器，别名pc
- 堆栈
- FD 满减堆栈
- 8字节对齐
- stmdb ldmia 指令访问，db: Decending before， ia：increase after
- 参数传递规则
- 参数不超过4个，用r0 - r3，超过4个用堆栈
- 返回结果用r0 - r3

4 Windows，Linux环境下的工具、命令介绍

4.1 windows

Source insight

Cuteftp, SecureCRT, tftp

• 这几个工具用Xshell就全搞定了，不用书上介绍的这几个 *

4.2 Linux

KScope

CKermit

Vi

• 这几个工具暂时用不到，就用windows环境 Samba连接Linux即可，Vi可以通过Vimtutor熟悉下 *

grep find 命令

grep

• grep [operation] PATTERN [FILE…]

grep "request_irq" * -R                         // *表示当前目录下所有文件，-R 表示递归查找所有子目录
grep "request_irq" kernel -R                    // 在当前目录的kernel目录下查找，包含所有子目录
find -name "*.[ch]" | xargs grep "request_irq"  // 在当前目录下所有的.c .h 文件中查找关键字

find

• find [-H] [-L] [-P] [path…] [expression]

find -name "*fb*"
find drivers/net -name "*fb*"

man

• man [section] name
• 需要注意的是[section] 部分，因为同一个关键字，可以出现在不同的地方，比如uname 可以是shell命令，也可以是系统格调用，单纯根据关键字是无法定位的。*
• section的定义
  
  • 1 命令，比如ls grep find
  • 2 系统调用，比如open read socket
  • 3 库调用，比如fopen, fread
  • 4 特殊文件 比如 /dev 目录下的文件
  • 5 文件格式和惯例，比如/etc/passwd
  • 6 游戏
  • 7 其他
  • 8 系统管理命令，如mount
  • 9 内核例程

man uname
man 2 uname

tar

• tar有打包、解包、压缩、解压缩 4种功能
• 压缩格式
  
  • gzip .gz .z
  • bzip2 .bz2
• tar命令常用选项
  
  • c 创建
  • x 提取
  • z 使用gzip方式处理
  • j 使用bzip2方式处理
  • f 文件，接文件名
• 最常用的选项组合套路
  
  • czf, cjf 创建压缩包
  • xzf, xjf 解压缩

tar czf dirA.tar.gz dirA
tar cjf dirA.tar.bz2 dirA

tar xzf dirA.tar.gz
tar xjf dirA.tar.bz2

diff patch

• diff是UNIX标准的文件差异对比工具和格式
• diff常用选项
  
  • -u 显示上下文中一些相同的行
  • -r 递归比较各目录下的文件
  • -N 不存在的文件当做空文件
  • -w 忽略空格
  • -B 忽略空行
• 用diff命令制作补丁文件

diff -urNwB linux-2.6.22.6 linux-2.6.22.6_ok > linux-2.6.22.6_ok.diff

• patch的用法，patch用来把一个补丁文件（.diff）合并到工程中

cd linux-2.6.22.6
patch -p1 < ../linux-2.6.22.6_ok.diff

其中参数-p1 中是数字1，不是子母l。含义是忽略补丁文件中所有路径相关字段的的第一级目录，具体应该忽略几级，需要打开diff文件查看一下，跟patch执行的当前路径对比一下。