第4章嵌入式Linux程序開發(fā)基礎(chǔ)

第4章

嵌入式Linux程序開發(fā)基礎(chǔ)本章要點1、嵌入式Linux編譯器GCC的使用2、“文件包含”處理3、Make命令和Makefile文件4、嵌入式Linux匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)知識5、LinuxShell編程方法6、位運算4.1嵌入式Linux編譯器4.1.1Linux下C語言編譯過程1、編輯器2、編譯鏈接器3、調(diào)試器4、項目管理器4.1.2GCC編譯器1、GCC編譯器GCC編譯器能將C、C++語言源程序、匯編語言源程序和目標(biāo)程序編譯、連接成可執(zhí)行文件，如果沒有給出可執(zhí)行文件的名字，GCC將自動生成一個名為a.out的文件。2、GCC的執(zhí)行過程預(yù)處理(也稱預(yù)編譯，Preprocessing)、編譯(Compilation)、匯編(Assembly)和連接(Linking)。System->Administration->SoftwareSources3、GCC的基本用法和選項GCC最基本的用法∶

gcc[options][filenames]-c：只編譯，不連接成為可執(zhí)行文件。-ooutput_filename：確定輸出文件的名稱為output_filename，同時這個名稱不能和源文件同名。-g：產(chǎn)生符號調(diào)試工具(GNU的gdb)所必要的符號資訊，要想對源代碼進行調(diào)試，我們就必須加入這個選項。-O：對程序進行優(yōu)化編譯、鏈接，采用這個選項，整個源代碼會在編譯、鏈接過程中進行優(yōu)化處理，產(chǎn)生的可執(zhí)行文件的執(zhí)行效率較高。4.2“文件包含”處理1、頭文件在C語言中，需要利用頭文件來定義結(jié)構(gòu)、常量以及聲明函數(shù)的原型。大多數(shù)C的頭文件都存放在/usr/include及其子目錄下。引用以上目錄中的頭文件在編譯的時候無需加上路徑，但如果程序中引用了其他路徑的頭文件，需要在編譯的時候用–I參數(shù)。2、“文件包含”處理“文件包含”處理，意思是把另外一個源文件的內(nèi)容包含到本程序中來。其作用是減少編寫程序的重復(fù)勞動，即把一些要重復(fù)使用的東西，編寫到一個“頭文件”（*.h）中，然后在程序中用＃include命令來實現(xiàn)“文件包含”的操作。例如：∑n=1+2+3+……+100求和運算。1

#include<stdio.h>2

intmain(){3

intx=100,s=0,i=1;5

while(i<=x)

{6

s=s+i;7

i++;8

}9

printf("sum=%d\n",s);10

return0;11

}為了讓加法部分能重復(fù)使用，將加法部分寫成一個函數(shù)intsum(intn)。

intmysum(intn)

{

inti=1,ss=0;

while(i<=n){

ss=ss+i;

i++;

}

return(ss);

}再在主函數(shù)中調(diào)用它1

#include<stdio.h>2

intmysum(intn);3

intmain()4

{5

intx=100;6

ints=0;7

s=mysum(x);8

printf("sum=%d\n",s);9

return0;10

}注意：上述程序中的第2行語句

intmysum(intn);是必不可少的。由于mysum(intn)函數(shù)的定義是從第11行語句開始，而調(diào)用mysum(intn)函數(shù)的語句在第7行。因此，要在調(diào)用之前聲明這個函數(shù)。下面進一步將程序中具有獨立功能的mysum()函數(shù)分割出來。該程序可分割為下列3個程序：mysum.h、mysum.c和ex_sum.c。（1）程序mysum.h：1/*mysum.h*/2intmysum(intn);（2）程序mysum.c：1./*mysum.c*/2.intmysum(intn)3.{4. inti=1,ss=0;5. while(i<=n){6. ss=ss+i;7. i++;8.

}9. return(ss);10.}（3）主程序ex_sum.c：1./*ex_sum.c*/2.#include<stdio.h>3.#include"mysum.h"4.intmain()5.{6. intx=100;7. ints=0;8. s=mysum(x);9. printf("sum=%d\n",s);10. return0;11.}在Linux環(huán)境下，執(zhí)行編譯程序命令：

gccex_sum.cmysum.c-osum此命令將ex_sum.c和mysum.c編譯成一個在Linux環(huán)境下的可執(zhí)行文件sum。在Linux環(huán)境下運行可執(zhí)行文件sum，

./sum結(jié)果如下：

sum=50504.3

Make命令和Makefile工程管理4.3.1認(rèn)識Make編寫一個Makefile文件如下：sum:ex_sum.omysum.o gccex_sum.omysum.o-osumex_sum.o：ex_sum.c gcc-cex_sum.cmysum.o:mysum.cmysum.h gcc-cmysum.c注意，“gccex_sum.cmysum.c-osum”前面不是空格，而是按下“tab”鍵的符號位。將其保存為：makefile，文件名沒有后綴。然后，在Linux環(huán)境下執(zhí)行make，其運行結(jié)果如下：

#make

gcc-cex_sum.c

gcc-cmysum.c

gccex_sum.omysum.o-osum將ex_sum.c和mysum.c編譯成在Linux環(huán)境下的可執(zhí)行文件sum。

Makefile是一個配置文件Makefile中通常包含如下內(nèi)容：需要由make工具創(chuàng)建的目標(biāo)體，通常是目標(biāo)文件或可執(zhí)行文件；要創(chuàng)建的目標(biāo)體所依賴的文件；創(chuàng)建每個目標(biāo)體時需要運行的命令。Makefile的格式為：

target:dependency_files

command示例main:main.omytool1.omytool2.o

gcc-omainmain.omytool1.omytool2.omain.o:main.c

gcc-cmain.cmytool1.o:mytool1.cmytool1.h

gcc-cmytool1.cmytool2.o:mytool2.cmytool2.h

gcc-cmytool2.c該程序有mytool1.h、mytool2.h、mytool1.c、mytool2.c等文件需要編譯。編寫Makefile文件：再次運行make，這時，make會自動檢查相關(guān)文件的時間戳。首先，在檢查“main”、“main.o”、“mytool1.o”和“mytool2.o”這3個文件的時間戳之前，它會向下查找那些把“main.o”、“mytool1.o”或“mytool2.o”作為目標(biāo)文件的時間戳。如果這些文件中任何一個的時間戳比它們新，則用gcc命令將此文件重新編譯。這樣，make就完成了自動檢查時間戳的工作，開始執(zhí)行編譯工作。這也就是Make工作的基本流程。4.3.2Makefile變量為了進一步簡化編輯和維護Makefile，make允許在Makefile中創(chuàng)建和使用變量。變量是在Makefile中定義的名字，用來代替一個文本字符串，該文本字符串稱為該變量的值。在Makefile中的變量定義有兩種方式：一種是遞歸展開方式，另一種是簡單方式。遞歸展開方式的定義格式為：VAR=var。簡單擴展方式的定義格式為：VAR：=var。

Make中的變量無論采用哪種方式定義使用時格式均為：$(VAR)。例如OBJS=main.omytool1.omytool2.oCC=gccmain:$(OBJS)$(CC)$(OBJS)-omainmain.o:main.c

$(CC)-cmain.cmytool1.o:mytool1.cmytool1.h

$(CC)-cmytool1.cmytool2.o:mytool2.cmytool2.h

$(CC)-cmytool2.c進一步簡化OBJS=main.omytool1.omytool2.oCC=gccmain:$(OBJS)$(CC)$^-o$@main.o:main.c

$(CC)-c$<-o$@mytool1.o:mytool1.cmytool1.h

$(CC)-c$<-o$@mytool2.o:mytool2.cmytool2.h

$(CC)-c$<-o$@4.3.3Makefile規(guī)則Makefile的規(guī)則是Make進行處理的依據(jù)，它包括了目標(biāo)體、依賴文件及其之間的命令語句。一般的，Makefile中的一條語句就是一個規(guī)則。1．隱式規(guī)則在使用Makefile時，有一些語句經(jīng)常使用，而且使用頻率非常高的東西，隱式規(guī)則能夠告訴make使用默認(rèn)的方式來完成編譯任務(wù)，這樣，當(dāng)用戶使用它們時就不必詳細(xì)指定編譯的具體細(xì)節(jié)，而只需把目標(biāo)文件列出即可。Make會自動按隱式規(guī)則來確定如何生成目標(biāo)文件。例如OBJS=main.omytool1.omytool2.oCC=gccmain:$(OBJS)$(CC)$^-o$@2.模式規(guī)則模式規(guī)則規(guī)定，在目標(biāo)文件的定義時需要用“%”字符?！?”的意思是表示一個或多個任意字符，與文件名匹配。例如：“%.c”表示以“.c”結(jié)尾的文件名（文件名的長度至少為3），而“s.%.c”則表示以“s.”開頭，“.c”結(jié)尾的文件名（文件名的長度至少為5個字符）。例如OBJS=main.omytool1.omytool2.oCC=gccmain:$(OBJS)$(CC)$^-o$@%.o:%.c$(CC)-c$<-o$@4.3.4make命令的使用4.4嵌入式Linux匯編語言程序設(shè)計匯編語言的優(yōu)點是執(zhí)行速度快，可以直接對硬件進行操作。嵌入式Linux系統(tǒng)下用匯編語言編寫程序有兩種不同的形式：1、完全匯編代碼2、內(nèi)嵌匯編代碼4.4.1嵌入式Linux匯編語言格式1、嵌入式Linux匯編語言程序結(jié)構(gòu)在嵌入式Linux匯編語言程序中，程序是以程序段（Section）的形式呈現(xiàn)的。程序段是具有特定名稱的相對獨立的指令或數(shù)據(jù)序列。程序段分為代碼段（CodeSection）和數(shù)據(jù)段（DataSection）兩種類型。代碼段的主要內(nèi)容為執(zhí)行代碼，而數(shù)據(jù)段則存放代碼段運行時需要用到的數(shù)據(jù)。一個匯編語言程序至少要有一個代碼段。2、嵌入式Linux匯編語言的語法格式嵌入式Linux匯編語言的語法格式和DOS/Windows下的匯編語言語法格式有較大的差異。DOS/Windows下的匯編語言代碼都是Intel格式，而嵌入式Linux的匯編語言代碼采用的是AT&T格式，兩者在語法格式上有著很大的不同（1）在AT&T匯編格式中，寄存器名要加上'%'作為前綴；而在Intel匯編格式中，寄存器名不需要加前綴。2、嵌入式Linux匯編語言的語法格式（2）在AT&T匯編格式中，用‘$’前綴表示一個立即操作數(shù)；而在Intel匯編格式中，立即數(shù)的表示不用帶任何前綴。（3）AT&T和Intel格式中的源操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)的位置正好相反。在Intel匯編格式中，目標(biāo)操作數(shù)在源操作數(shù)的左邊；而在AT&T匯編格式中，目標(biāo)操作數(shù)在源操作數(shù)的右邊。

2、嵌入式Linux匯編語言的語法格式（4）在AT&T匯編格式中，操作數(shù)的字長由操作符的最后一個字母決定，后綴‘b’、‘w’、‘l’分別表示操作數(shù)為字節(jié)（byte，8比特）、字（word，16比特）和長字（long，32比特）；而在Intel匯編格式中，操作數(shù)的字長是用“byteptr”和“wordptr”等前綴來表示的。

（5）在AT&T匯編格式中，絕對轉(zhuǎn)移和調(diào)用指令（jump/call）的操作數(shù)前要加上'*'作為前綴，而在Intel格式中則不需要。

2、嵌入式Linux匯編語言的語法格式（6）在AT&T匯編格式中，內(nèi)存操作數(shù)的尋址方式是section:disp(base,index,scale)而在Intel匯編格式中，內(nèi)存操作數(shù)的尋址方式為：section:[base+index*scale+disp]4.4.2嵌入式Linux匯編程序示例【例4-3】編寫一個最簡單的AT&T格式的匯編程序。用編輯工具編寫如下匯編源程序，并將其保存為hello.s。#hello.s

.data

#數(shù)據(jù)段聲明

msg:.string"Hello,world!\n"#要輸出的字符串

len=.-msg

#字串長度

.text

#代碼段聲明

.global_start

#指定入口函數(shù)

_start:

#在屏幕上顯示一個字符串

movl$len,%edx

#參數(shù)三：字符串長度

movl$msg,%ecx

#參數(shù)二：要顯示的字符串

movl$1,%ebx

#參數(shù)一：文件描述符(stdout)

movl$4,%eax

#系統(tǒng)調(diào)用號(sys_write)

int

$0x80

#調(diào)用內(nèi)核功能

#退出程序

movl$0,%ebx

#參數(shù)一：退出代碼

movl$1,%eax

#系統(tǒng)調(diào)用號(sys_exit)

int

$0x80

#調(diào)用內(nèi)核功能【例4-4】用Intel格式編寫一個與例1相同的簡單匯編程序。;hello.asmsection.data

;數(shù)據(jù)段聲明

msgdb“Hello,world!”,0xA;要輸出的字符串

lenequ$-msg

;字串長度

section.text

;代碼段聲明

global_start

;指定入口函數(shù)_start:

;在屏幕上顯示一個字符串

movedx,len

;參數(shù)三：字符串長度

movecx,msg

;參數(shù)二：要顯示的字符串

movebx,1

;參數(shù)一：文件描述符(stdout)

moveax,4

;系統(tǒng)調(diào)用號(sys_write)

int0x80

;調(diào)用內(nèi)核功能

;退出程序

movebx,0

;參數(shù)一：退出代碼

moveax,1

;系統(tǒng)調(diào)用號(sys_exit)

int0x80

;調(diào)用內(nèi)核功能4.4.3編譯嵌入式Linux匯編程序1、匯編命令[root@localhostasm]#as-ohello.ohello.s2、鏈接命令[root@localhostasm]#ld-s-ohellohello.o3、運行程序[root@localhostasm]#

./hello4.5嵌入式Linuxshell編程shell是用戶與Linux系統(tǒng)間的接口程序，它允許用戶向操作系統(tǒng)輸入需要執(zhí)行的命令。當(dāng)用戶在終端窗口輸入命令，系統(tǒng)會利用解釋器解釋這些命令從而執(zhí)行相應(yīng)的操作。完成這一解釋功能的機制就是shell。shell編程就是把shell命令編寫成可執(zhí)行的腳本文件。4.5.1

shell語法基礎(chǔ)1、shell腳本文件（1）shell腳本文件結(jié)構(gòu)

shell腳本文件結(jié)構(gòu)格式是固定的，看一個示例：

#!

/bin/bash

echo“HelloWorld!”

將文件保存為hello.sh。

shell腳本文件的第1行必須以符號“#!”開頭。使用/bin/bash解釋器來解釋并執(zhí)行程序。

（2）編譯shell腳本文件編譯shell腳本文件的命令為：

chmod+x[文件名]例如：

chmod+xhello.sh（3）執(zhí)行已經(jīng)編譯過了的shell腳本文件

[root@localhostshell]#./hello.sh（4）shell腳本文件的注釋語句以#開頭的語句表示注釋。但腳本第一行用“#!”開頭的語句不是注釋，而是說明shell腳本文件的解釋器。2、shell的變量及配置文件shell腳本文件的變量共有3種：用戶變量、環(huán)境變量、系統(tǒng)變量。（1）用戶變量變量賦值

a="helloworld"（賦值號＝的兩側(cè)不允許有空格）獲取變量的值獲取變量的值時，要在變量前面添加“$”符號。例如：

echo$a（2）環(huán)境變量由關(guān)鍵字export說明的變量叫做環(huán)境變量。（3）系統(tǒng)變量常用系統(tǒng)變量：

$0當(dāng)前程序的名稱

$n當(dāng)前程序的第n個參數(shù),n=1,2,…9

$*當(dāng)前程序的所有參數(shù)(不包括程序本身)

$#當(dāng)前程序的參數(shù)個數(shù)(不包括程序本身)

$$當(dāng)前程序的PID

$!

執(zhí)行上一個指令的PID(好像不行?)

$?

執(zhí)行上一個指令的返回值4.5.2

shell的流程控制語句1、條件語句條件if語句的格式為：if（條件表達式）then#語句塊fi2、循環(huán)語句for（循環(huán)變量＝初值；循環(huán)條件表達式；循環(huán)變量增量）do#循環(huán)體語句塊done4.5.3

shell編程示例【例4-5】編寫顯示20以內(nèi)能被3整除的數(shù)的shell腳本程序。#!/bin/bashfor((i=1;i<20;i++))doif((i%3==0))thenecho$ifidone將其保存為test1.sh。然后再編譯并執(zhí)行程序。[root@localhostshell]#chmod+xtest1.sh[root@localhostshell]#./test1.sh369121518【例4-6】編寫一個“按任意鍵繼續(xù)......”的shell腳本程序。#!/bin/bashget_char(){stty-echosttyrawddif=/dev/ttybs=1count=12>/dev/nullstty-rawsttyecho}echo“Pressanykeytocontinue......”get_char/dev/null表示空設(shè)備塊大小bs為1，數(shù)目也為1將其保存為test2.sh。然后再編譯并執(zhí)行程序。[root@localhostshell]#chmod+xtest2.sh[root@localhostshell]#./test2.shPressanykeytocontinue......4.6位運算4.6.1位運算符C語言提供了六種位運算符：

&（按位與）、|（按位或）、^（按位異或）、～（取反）、<<（左移）、>>（右移）。1、按位與運算按位與運算：只有對應(yīng)的兩個二進位均為1時，結(jié)果位才為1，否則為0。參與運算的數(shù)以補碼方式出現(xiàn)。

例如：9&5可寫成算式如下：可見9&5=1。按位與運算通常用來對某些位清0或保留某些位。例如把a的高八位清0，保留低八位，可作a&0x00ff運算（0x00ff的二進制數(shù)為0000000011111111）。

main(){

inta=9,b=5,c;

c=a&b;

printf("a=%d/nb=%d/nc=%d/n",a,b,c);

}2、按位或運算只要對應(yīng)的二個二進位有一個為1時，結(jié)果位就為1。例如：9|5可寫算式如下：可見9|5=13。main(){

inta=9,b=5,c;

c=a|b;

printf("a=%d/nb=%d/nc=%d/n",a,b,c);

}

3、按位異或運算當(dāng)兩對應(yīng)的二進位相異時，結(jié)果為1。例如9^5：