嵌入式Linux C的基本知識(shí)點(diǎn)詳解

嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)是綜合了計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)以及電子電路技術(shù)的一門(mén)綜合學(xué)科，所涉及的內(nèi)涵和知識(shí)非常廣泛，包括：數(shù)字電路，模擬電路，計(jì)算機(jī)組成原理，單片機(jī)基礎(chǔ)，C語(yǔ)言基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編譯原理，計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)。

在真正學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)之前，首先要打好基礎(chǔ)。其中最重要的是C語(yǔ)言基礎(chǔ)、數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理三門(mén)課程。下面我們就來(lái)講下嵌入式Linux C的基本知識(shí)點(diǎn)。

一、 基本開(kāi)發(fā)環(huán)境

Linux下C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境

使用工具：程序生成工具GCC、程序調(diào)試工具GDB、工程管理工具為make和Makefile。 開(kāi)發(fā)流程：使用編輯工具編寫(xiě)C語(yǔ)言源文件，然后編譯生成機(jī)器代碼為主的二進(jìn)制可執(zhí)行程序。 編譯流程：C語(yǔ)言經(jīng)過(guò)編譯-匯編-鏈接，最終生成可執(zhí)行程序格式?？蓤?zhí)行程序包含兩部分內(nèi)容：程序頭和程序主體。

嵌入式C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境

程序的生成一般使用的是從x86到目標(biāo)機(jī)的編譯工具，程序的開(kāi)發(fā)工具是運(yùn)行于x86機(jī)器上的可執(zhí)行程序，而是用開(kāi)發(fā)工具生成的目標(biāo)是以目標(biāo)機(jī)器代碼為實(shí)體的映像文件或者可執(zhí)行程序，這個(gè)工程稱(chēng)為“交叉編譯“。

和普通Linux環(huán)境下開(kāi)發(fā)相比，更需要掌握一些幾點(diǎn)：

* 庫(kù)函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用 * C語(yǔ)言高級(jí)應(yīng)用* C語(yǔ)言在嵌入式中的特殊語(yǔ)法(大小端，內(nèi)存對(duì)齊等)* 資源性能考慮(運(yùn)行效率與存儲(chǔ)空間)

二、 基本開(kāi)發(fā)工具

Linux文本編輯工具VI

主要這個(gè)掌握VI三種模式的切換：命令模式、文本輸入模式、和末行模式，以及VI編輯器的各種命令與操作。 學(xué)習(xí)VIM的使用，編輯vimrc文件，gedit ~./vimrc修改功能(比如顯示行數(shù)、顏色加亮等)。

GCC程序開(kāi)發(fā)工具

GCC能完成從C、C++、Objective-C等源文件向運(yùn)行在特定CPU硬件上的目標(biāo)代碼的轉(zhuǎn)換。對(duì)于通用計(jì)算機(jī)，一般使用GCC生成x86的可執(zhí)行代碼;對(duì)于嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)使用交叉編譯的GCC，生成目標(biāo)機(jī)可以運(yùn)行的程序。

利用GCC/G++生成應(yīng)用程序可以分為以下四步：(1) 預(yù)處理：生成.i文件(預(yù)處理器cpp) (2) 編譯：將預(yù)處理后的文件轉(zhuǎn)換為匯編語(yǔ)言，生成.s文件(編譯器gcc) (3) 匯編：由匯編代碼生成目標(biāo)代碼，即機(jī)器代碼，生成.o文件(匯編器as) (4) 鏈接：由各個(gè)文件的目標(biāo)代碼，生成可執(zhí)行程序(鏈接器ld) 這里涉及到另外一個(gè)知識(shí)點(diǎn)就是靜態(tài)鏈接庫(kù)和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的生成。

Make工程管理工具

Makefile是一個(gè)決定怎樣編譯工程的文本文件，有一定的書(shū)寫(xiě)規(guī)則。在工程更新的時(shí)候，使用GNU的make工具根據(jù)當(dāng)前的Makefile對(duì)工程進(jìn)行有選擇的編譯。

自動(dòng)生成Makefile的工具有autoconf、automake。其他的類(lèi)似工具比如cMake等。

GDB調(diào)試工具

在使用GDB之前，需要對(duì)源程序增加-g編譯選項(xiàng)，此時(shí)編譯出來(lái)的程序包含需要調(diào)試的信息，可以利用GDB進(jìn)行調(diào)試。主要使用的命令是run(開(kāi)始運(yùn)行程序)、break(設(shè)置斷點(diǎn))、next(執(zhí)行一行且不進(jìn)入函數(shù))、step(進(jìn)入函數(shù))、continue(繼續(xù)程序運(yùn)行)。

調(diào)試分為本地GDB調(diào)試和遠(yuǎn)程GDB調(diào)試，遠(yuǎn)程GDB更適合嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試手段，使用個(gè)目標(biāo)機(jī)端的GDB服務(wù)器和主機(jī)端的GDB調(diào)試器完成調(diào)試工作。

三、 基本學(xué)習(xí)函數(shù)

C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)

(1) 標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出類(lèi)函數(shù) scanf printf putchar getchar putc getc puts ungetc等。 (2) 字符處理及轉(zhuǎn)換函數(shù) isdigit isalpha sprint strncat stncpy strlen strchr strstr strrev memset memmove memcpy memcpy等。 (3) 數(shù)學(xué)計(jì)算類(lèi)函數(shù) div acos/asin pow exp log ceil abs floor fmod等 (4) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法類(lèi)函數(shù) bsearch lfind lsearch qsort rand srand等 (5) 文件I/O操作類(lèi)函數(shù) fopen fclose fgetc fputs fseek fwrite ffush等 (6) 時(shí)間日期類(lèi)函數(shù) clock time gmttime mktime asctime 等 (7) 錯(cuò)誤處理及工具函數(shù) clearer feof perror errno assert setjmp longjmp等

Linux C中C語(yǔ)言的擴(kuò)展庫(kù)函數(shù)

(1) 文件I/O操作函數(shù) open close read write lseek ioctl fcntl mmap dup create等 (2) 文件權(quán)限相關(guān)函數(shù) access chown chmod utime umask link stat unlink等 (3) 用戶(hù)操作函數(shù) getgid/setgid getegid/setegid geteuid/seteuid 等 (4) 信號(hào)及進(jìn)程類(lèi)函數(shù) kill raise alarm signal getpid fork sleep exec _exit等

四、 C語(yǔ)言高級(jí)編程

C語(yǔ)言運(yùn)行過(guò)程中所使用的內(nèi)存總體分為靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)兩種。

靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)

C語(yǔ)言程序中靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)分為三類(lèi)：只讀存儲(chǔ)器(RO)、已初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)(RW Data)、未初始化讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(BSS)。在程序運(yùn)行初始化階段開(kāi)辟，在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)變化(大小和位置固定)，程序退出時(shí)被系統(tǒng)回收。

動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)

動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分為堆和棧兩類(lèi)，在程序運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)分配(位置和大小動(dòng)態(tài)變化)，常見(jiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理是棧內(nèi)存從高地址向低地址分配，堆內(nèi)存從低地址向高地址分配，一般來(lái)說(shuō)堆使用鏈表實(shí)現(xiàn)，棧使用線性存儲(chǔ)方式。 在C語(yǔ)言程序中，棧空間是由編譯器管理的，在程序中可以體現(xiàn)?？臻g使用的例子是參數(shù)的傳遞、返回值的使用以及自動(dòng)變量空間。一般來(lái)說(shuō)如果棧空間是從高地址向低地址增長(zhǎng)的。

參數(shù)入棧的順序是：后面的參數(shù)在高地址處、前面的參數(shù)在低地址處。

自動(dòng)變量在?？臻g，前面的變量放入棧的高地址，后面的自動(dòng)變量放入棧的低地址。

在函數(shù)退出時(shí)函數(shù)棧上的內(nèi)容將被釋放。因此，自動(dòng)變量的地址不可以作為函數(shù)返回值

在C語(yǔ)言中，堆內(nèi)存區(qū)域的分配和釋放是通過(guò)調(diào)用庫(kù)函數(shù)完成的，malloc、calloc、realloc、free4個(gè)庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)堆內(nèi)存的分配、釋放和管理。分配內(nèi)存后要記得手動(dòng)釋放，否則其資源是不會(huì)被系統(tǒng)回收的，會(huì)造成內(nèi)存泄漏。同時(shí)指針被釋放后，指針應(yīng)該被設(shè)置為NULL，避免野指針。 總的來(lái)說(shuō)，棧內(nèi)存是由編譯器分配和釋放，堆內(nèi)存是由程序分配和釋放。

函數(shù)指針的使用

函數(shù)指針是一個(gè)指向函數(shù)的指針(本質(zhì)上是一個(gè)代碼區(qū)的地址)，而函數(shù)本身代表了算法，此時(shí)C語(yǔ)言的算法就可以通過(guò)指針的形式，像普通變量一樣被使用。函數(shù)指針可以作為一個(gè)結(jié)構(gòu)體的成員，也可也作為一個(gè)參數(shù)傳遞給其他的函數(shù)，同樣也可以作為函數(shù)的返回值。