使用ARM标准C库进行嵌入式应用程序开发

1、使用arm标准c库进行嵌入式应用程序开发随着对高处理能力、实时多任务、超低功耗等方面需求的增长，高端处理器已经进入了国内开发人员的视野，并在国内得到了普遍的重视和应用。是目前嵌入式领域应用最广泛的risc微处理器结构，凭借低成本、低功耗、高性能等优点占领了嵌入式系统应用领域的率先地位。ads是arm公司推出的arm集成开发环境，提供了对c和c+的支持，是目前开发arm的主要工具。本文针对日益缩短的嵌入式开发周期，结合arm系统开发调试阅历，对用法arm标准库举行应用程序开发作了比较系统的分析。1 arm标准库介绍ads提供了ansi c和c+标准库，本文仅研究ansi c库，该库包含下面几个部

2、分：is0 c库标准所定义的函数；在semlhosted环境下用来实现c库函数与目标相关的函数；c和c+编译器要用法的heiper函数。该库提供的诸如文件输入输出之类的设备，用法了标准的arm semihosted执行环境(semihosting是针对arm目标机的一种机制，它能够按照应用程序代码的输入/输出哀求，与运行有调度功能的主机通信，这种技术允许主机为通常没有输入和输出功能的目标硬件提供主机资源)。armulator、angel和multi-lce都支持这个环境，可以用法ads中提供的开发工具开发应用程序，然后在armulator或者是开发板上运行和调试该程序。假如要使应用系统自立于这

3、个环境，则必需重新实现c库中依靠于这个环境的相关函数，按照用户系统的运行环境对c库举行适当的裁减。用法ansi标准c库举行程序开发，不仅可以提高开发效率而且可以增加程序的可移植性。在程序中用法库函数，必需先建立一个库函数可以执行的环境，这些工作都由库中的函数完成。当应用程序链接了c库中的函数时，c库中的函数将完成：创建c程序所需的执行环境(建立栈，假如需要创建一个堆，初始化程序用法的部分库)；调用main()函数开头执行c程序；支持程序用法的is0定义的函数；捕捉运行时的错误和信号，假如需要，按照错误终止执行或程序退出。2 裁减arm标准c函数库标准库中包含了部分依靠于arm semihost

4、ed执行环境的函数，这部分函数的函数名中包含有单个或两个下划线“-”，需要重新实现这部分函数。假如在程序中定义这些函数，则编译器就会用法新定义的函数，这个过程称为库函数的裁减。普通状况下，只需要重新定义很少的几个函数就可以用法c库。arm应用系统开头执行用户应用程序，必需先将应用程序加载到执行域，建立应用程序的执行环境。用法c库时，这些繁琐的工作就大部分由c函数来完成了。汇编程序完成系统初始化后，跳转到c程序的人口_main()(注重：不是main()，当c程序中定义了main()主函数时，编译器就会生成_main代码)。由_main()引导库函数完成c执行环境的初始化，详细过程如下：将非启动

5、代码的ro和rw执行域代码从加载域地址复制到执行域地址；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，汇编代码仅需完成系统硬件的初始化，而没有须要将代码从加载域地址复制到执行域地址，以及zi域清零等工作。特殊是当用法分布式加载时_main()的作用就越发显然了。但是_main()并没有建立c库运行必需的环境，这项工作由_rt_entry()完成，主要调用过程为：调用_rt_stackheap_init()建立堆和栈；调用_rt_lib_init()初始化引用的库函数；假如需要，建立main()函数的参数argc和argv等；调用main()函数，执行应

6、用程序，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库编程的起始点。_rt_entry不能用宴现，由于这时候堆栈还没有建立，堆栈由 rt_stackheap_init()来建立。上面容易介绍了c程序用法库函数时的调用过程，由_rtstackheap_init()建立c库用法的内存模型堆和栈。由于arm库是建立在semihosted执行环境的，它实现的内存模型是基于这个环境的，所以必需修改这个内存模型建立机制。表1列出了需要重新实现的函数，实现了这些函数，应用程序就可以脱离宿主机环境自立运行了。其中，必需重新实现的是user

7、initialstackheap()，由于默认的实现是基于semihosted执行环境的，该函数被nstackheapinit()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，必需满足下面的条件：用法不超过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、堆边界和栈边界分离存在ror3作为返回参数；堆必需保持8个字节对齐。实现例程如下：为了提高应用程序开发效率和可移植性，希翼在目标系统上用法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靠于目标系统环境的，但是高层输入输出函数必需调用依靠于目标系统的底层函数，才干实现应用系统的输入输出。依据目标系

8、统硬件环境重新定义这些底层函数，就可以用法库提供的标准inputoutput库函数了。下面以裁减arm标准库提供的printf系列输出函数为例来作解释。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()。全部这些函数非透亮地用法_file，并且仅依靠于fputc()和ferror()两个函数。函数_printf()和_fprintf()与printf()和fprintf()的区分仅在于前两个函数不能格式化浮点值。只要定义了自己的_file版本和fputc()、ferror()

9、函数，外加定义一个具有file类型的_stdout变量，就可以不作任何修改地用法printf系列、fwrite()、fputs()和puts()函数了。下面给出了详细实现的模板，可以按照实际需要修改。includestruct_fileint handle；/*用户需要的任何代码(假如用法文件仅是为了调试用法prinft在标准输出端输出信息，则不需要任何文件处理代码)*/；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，可以按照需要实现