利用ARM标准C库举行嵌入式应用步伐开辟

引 言
    随着对高处理惩罚本领、及时多任务、超低功耗等方面需求的增长，高端嵌入式处理惩罚器已经进入了海内开辟职员的视野，并在海内得到了广泛的器重和应用。ARM是如今嵌入式范畴应用最遍及的RISC微处理惩罚器布局，依附低本钱、低功耗、高性能等好处占据了嵌入式体系应用范畴的领先职位地方。ADS是ARM公司推出的ARM集成开辟环境，提供了对C和C++的支持，是如今开辟ARM的重要东西。本文针对日益收缩的嵌入式开辟周期，连合ARM体系开辟调试经历，对利用ARM标准库举行应用步伐开辟作了比较体系的阐发。

1 ARM标准库先容
    ADS提供了ANSI C和C++标准库，本文仅讨论ANSI C库，该库包括下面几个部分：
    ◇IS0 C库标准所定义的函数；
    ◇在semlhosted环境下用来实现C库函数与目标相干的函数；
    ◇C和C++编译器要利用的heIper函数。

    该库提供的诸如文件输入输出之类的配置，利用了标准的ARM semihosted实行环境(semihosting是针对ARM目标机的一种机制，它可以或许根据应用步伐代码的输入/输出恳求，与运行有调理成果的主机通讯，这种技能容许主机为通常没有输入和输出成果的目标硬件提供主机资源)。ARMulator、Angel和Multi-lCE都支持这个环境，可以利用ADs中提供的开辟东西开辟应用步伐，然后在ARMulator大概是开辟板上运行和调试该步伐。要是要使应用体系独立于这个环境，则必须重新实现C库中依赖于这个环境的相干函数，根据用户体系的运行环境对C库举行得当的淘汰。

    利用ANSI标准C库举行步伐开辟，不但可以进步开辟服从并且可以加强步伐的可移植性。在步伐中利用库函数，必须先创建一个库函数可以实行的环境，这些事变都由库中的函数完成。当应用步伐链接了C库中的函数时，C库中的函数将完成：
    ◇创建C步伐所需的实行环境(创建栈，要是必要创建一个堆，初始化步伐利用的部分库)；
    ◇调用main()函数开始实行C步伐；
    ◇支持步伐利用的Is0定义的函数；
    ◇捕获运行时的错误和信号，要是必要，根据错误停止实行或步伐退出。

2 淘汰ARM标准C函数库
    标准库中包括了部分依赖于ARM semihosted实行环境的函数，这部分函数的函数名中包括有单个或两个下划线“-”，必要重新实现这部分函数。要是在步伐中定义这些函数，则编译器就会利用新定义的函数，这个进程称为库函数的淘汰。一样平常环境下，只必要重新定义很少的几个函数就可以利用C库。

    ARM应用体系开始实行用户应用步伐，必须先将应用步伐加载到实行域，创建应用步伐的实行环境。利用C库时，这些繁琐的事变就大部分由c函数来完成了。汇编步伐完成体系初始化后，跳转到C步伐的人口_main()(细致：不是main()，当C步伐中定义了main()主函数时，编译器就会天生_main代码)。由_main()引导库函数完成C实行环境的初始化，详细进程如下：
    ◇将非启动代码的RO和RW实行域代码从加载域地点复制到实行域地点；
    ◇将ZI域清零；
    ◇跳转到_rt_entry。

    调用_main()将大大简化汇编启动代码的编写，汇编代码仅需完成体系硬件的初始化，而没有须要将代码从加载域地点复制到实行域地点，以及ZI域清零等事变。分外是当利用散布式加载时_main()的作用就越发明显了。但是_main()并没有创建C库运行必须的环境，这项事来由_rt_entry()完成，重要调用进程为：
    ◇调用_rt_stackheap_init()创建堆和栈；
    ◇调用_rt_lib_init()初始化引用的库函数；要是必要，创建main()函数的参数argc和argv等；
    ◇调用main()函数，实行应用步伐，可以应用库函数；
    ◇用main()函数的返回值作参数调用exit()。  

    _rt_entry并不是C函数，它是用ARM C库编程的肇始点。_rt_entry不克不及用C语言宴现，由于这时间堆栈还没有创建，堆栈由＿ rt_stackheap_init()来创建。

    上面大略先容了C步伐利用库函数时的调用进程，由_rt—stackheap_init()创建C库利用的内存模型－－堆和栈。由于ARM库是创建在semihosted实行环境的，它实现的内存模型是基于这个环境的，以是必须修改这个内存模型创建机制。表1列出了必要重新实现的函数，实现了这些函数，应用步伐就可以退出宿主机环境独立运行了。此中，必须重新实现的是＿user initial＿stackheap()，由于默认的实现是基于semihosted实行环境的，该函数被＿n＿stackheap＿init()调用创建内存模型，其他两个函数没有默认的实现。

    实现该函数，必须餍足下面的条件：
    ◇利用不高出96字节的栈空间；
    ◇除了R12(ip)外不要污染其他寄存器；
    ◇将堆基址、栈基址、堆边界和栈边界分别存在RO～R3作为返回参数；
    ◇堆必须保持8个字节对齐。
    实现例程如下：

   
    为了进步应用步伐开辟服从和可移植性，盼望在目标体系上利用ARM库提供的标准输人输出库函数。

    高层输入输出函数是不依赖于目标体系环境的，但是高层输入输出函数必须调用依赖于目标体系的底层函数，才华实现应用体系的输入输出。依据目标体系硬件环境重新定义这些底层函数，就可以利用库提供的标准input／output库函数了。下面以淘汰ARM标准库提供的printf系列输出函数为例来作阐明。

    标准I/O库中最常用的是printf系列函数，包括_printf()、printf()、_fprintf()、fprintf()、vprintf()和vfprintf()。全部这些函数非透明地利用_FILE，并且仅依赖于fputc()和ferror()两个函数。函数_printf()和_fprintf()与printf()和fprintf()的区别仅在于前两个函数不克不及格局化浮点值。只要定义了本身的_FILE版本和fputc()、ferror()函数，外加定义一个具有FILE范例的_stdout变量，就可以不作任意修改地利用printf系列、fwrite()、fputs()和puts()函数了。

    下面给出了详细实现的模板，可以根据实际必要修改。
    #include<stdio．h>
    struct__FILE
    {
    int handle；
    /*用户必要的任意代码(要是利用文件仅是为了调试利用prinft在标准输出端输出信息，则不必要任意文件处理惩罚代码)*/
}；
    FlLE_stdout；/*FILE在stdio.h中定义为：typedef struct_
    FILE FILE；*/
    int fputc(int ch，FILE*f){
    /*用户实现的fpute代码。输出一个字符，可以根据必要实现*/
return ch；

}
    int ferror(FILE*f){
    /*用户实现的ferror代码*/
    return EOF；
    }

结语
    本文阐发了ARM标准库的事变机理，给出了淘汰C库举行步伐开辟的关键步调。实际应用时必要根据详细的硬件环境和应用请求淘汰C库，进步代码实行服从。