嵌入式Linux开发基础知识

1、程序设计重要概念

一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个段组成。这三个小鬼，在裸机开发中非常重要。因为它们涉及到程序运行时内存大小的分配。?！先来看看它们究竟有什么特殊功能，是骡子是马，拉出来溜溜嘛。

Ⅰ、bss段

通常是用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，一般在初始化时bss 段部分将会清零。为什么要清零，因为bss段属于静态内存分配，也就是说等到需要用到时才会在栈中分配内存空间。

Ⅱ、data段

用于存放在编译阶段(而非运行时)就能确定的数据，可读可写。也是通常所说的静态存储区，赋了初值的全局变量、常量和静态变量都存放在这个域。data段其实包含读写数据段和只读数据段。只读数据段存放了 const 修饰的变量

Ⅲ、text段

 用于存放程序代码的区域，编译时确定，只读。更进一步讲是存放处理器的机器指令，当各个源文件单独编译之后生成目标文件，经连接器链接各个目标文件并解决各个源文件之间函数的引用，与此同时，还得将所有目标文件中的.text段合在一起，但不是简单的将它们“堆”在一起就完事，还需要处理各个段之间的函数引用问题。

2、连接脚本LDS

由于每个程序都由bss段、data段、text段组成，但是如何这些零散的段合成一个可执行文件。此时，就需要lds出马了。肯定又有疑问，lds是什么鬼啊？

lds属于脚本语言，也是有语法的。具体作用：指明text段、data段、bss段的存放地址以及运行地址。这里先不贴出代码。后续结合Makefile进行编译比较清楚。

3、Makefile

哈哈哈，怎么还有呢，单片机开发没有这么多要求啊！Makefile规定了如何编译工程文件，将所有的.c文件编译成可执行文件。其实Makefile还依赖于编译工具链。编译工具链了解gcc和arm-linux-gcc即可，前者编译的程序只能在x86上运行，后者编译的程序可以在arm板上运行。如何使用，后面结合例程会比较有印象。

4、常见汇编语法

接触过单片机都知道，代码运行是从main函数开始的，C语言是需要栈的，arm开发板是空白的，所以需要用汇编做一些初始化工作，然后调用main函数，进入C语言环境运行。

Ⅰ、基本语法

标号

操作码 操作数 1, 操作数 2, … ; 注释。

标号的作用是让汇编器来计算程序转移的地址。操作码是指令的助记符，它的前面必须有至少一个空白符， 通常使用一个“Tab”键来产生，汇编其实是机器指令的抽象，有兴趣可以了解指令集。不同指令对应不同的操作数，操作数1通常是指令结果的存储地址，通常是寄存器。具体代码不在这里贴出。可以参考杜春雷《ARM架构与编程》

5、基本环境搭建

开发最重要的还是平台，Java有Java平台和eclipse，单片机有keil平台，那么arm采用什么平台开发呢？采用Linux平台，?，那我们先安装个Linux系统吧，这里在Vmware虚拟机环境中安装Ubuntu。镜像地址：百问网->资料下载->002_JZ2440资料光盘_20180516(免费)->资料光盘->A盘->ubuntu-16.04.2-x64-100ask-for win7,8,10 64bit.zip；虚拟机：百问网->资料下载->002_JZ2440资料光盘_20180516(免费)->资料光盘->A盘->VMware-player-12.5.7-for win7,8,10 64bit.zip，安装Vmware之后选择打开虚拟机，即可进入Linux环境。

6、简单的Linux命令

ls：列出当前目录的文件

touch：创建新文件

rm：删除文件

mkdir：创建文件夹

rmdir：删除文件夹

mv：移动文件

copy：拷贝文件

cat：查看文件内容

gedit：程序图形编辑器

vi：vi编辑器

man：命令使用手册

info/help：帮助手册

这些命令都是可以带上参数的，使用时查看帮助手册，这里不贴出详细使用说明。

 

7、字节序

ARM寄存器有32位，均采用小字节序，也就是说对于0x12345678这样的数字，78是存放在低地址上的。

 

8、Linux命令进阶

 

Ⅰ、find命令

看名字就知道是跟查找有关系的命令。

格式：find 目录名 选项 查找条件

例子：find /work/001/ -name "test.txt"

条件支持通配符

注意：

1）如果没有指定查找目录，则为当前目录。

find . -name "*.txt" 其中.代表当前路径

find -name "*.txt" 没加路径，默认是当前路径下查找

 

2）find还有一些高级的用法，如查找最近几天(几个小时)之内(之前)有变动的文件

 

Ⅱ、grep命令

用来查找文件中符合条件的字符串

格式：grep [选项] [查找模式] [文件名]

例子：

grep -n "abc" test.txt 在test.txt中查找字符串abc

grep -rn "abc" * 在当前目录递归查找字符串abc

 

注意：

可以加入-w全字匹配。

r(recursive)：递归查找

n(number)：显示目标位置的行号

 

Ⅲ、file命令

识别文件类型

格式：file 文件名

例子：file ~/.bashrc 为ASCII 编码的text类型

 

Ⅳ、which/whereis命令

查询命令或者应用程序的所处位置

格式：which 命令名/应用程序名

例子：

which pwd 定位到/bin/pwd 

which gcc 定位到/usr/bin/gcc 

whereis pwd 查找到可执行程序的位置/bin/pwd和手册页的位置/usr/share/man/man1/pwd.1.gz

 

Ⅴ、gzip、bzip2命令

压缩或者解压缩

格式：gzip [选项] [文件名]

例子：gzip -l pwd.1.gz

gzip -k mypwd.1 得到了一个.gz结尾的压缩文件

gzip -kd 压缩文件名 该压缩文件是以.gz结尾的单个文件

常用选项：

-l(list) 列出压缩文件的内容 

-k(keep) 在压缩或解压时，保留输入文件。 

-d(decompress) 将压缩文件进行解压缩

 

1）如果gzip不加任何选项，此时为压缩，压缩完该文件会生成后缀为.gz的压缩文件

并删除原有的文件，所以说，推荐使用gzip -k来压缩源文件。

2）相同的文件内容，如果文件名不同，压缩后的大小也不同。

3）gzip只能压缩单个文件，不能压缩目录。

 

Ⅵ、tar命令

既然gzip，bzip不能压缩、解压多个文件，那么肯定有其他命令来完成。

格式：

1）、压缩

ar -czvf 压缩文件名 目录名

如： tar czvf dira.tar.gz dira

2）、查看

tar tvf 压缩文件名

如：tar tvf dira.tar.gz

3）、解压

tar xzvf 压缩文件名

tar xzvf 压缩文件名 -C 指定目录

如： tar xzvf dira.tar.gz 解压到当前目录

如： tar xzvf dira.tar.gz -C /home/book 解压到/home/book

 

tar常用选项：

-c(create) 表示创建用来生成文件包

-x：表示提取，从文件包中提取文件

-t可以查看压缩的文件。 -z使用gzip方式进行处理，它与”c“结合就表示压缩，与”x“结合就表示解压缩。

-j使用bzip2方式进行处理，它与”c“结合就表示压缩，与”x“结合就表示解压缩。

-v(verbose)详细报告tar处理的信息

-f(file)表示文件，后面接着一个文件名。

-C <指定目录> 解压到指定目录

 

Ⅶ、gcc与arm-linux-gcc编译工具链

一个程序从文本变成可执行文件的步骤：预处理、编译、汇编、链接

老生常谈了。

1）#开头的命令称为预处理命令，预处理就是将要包含(include)的文件插入原文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择要使用的代码，最后将这些东西输出到一个.i文件中等待进一步处理。

2）编译就是把C/C++代码(比如上述的.i文件)翻译成汇编代码

3）汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux系统上一般表现为ELF目标文件(OBJ文件)。反汇编是指将机器代码转换为汇编代码，这在调试程序时常常用到。

4）链接就是将上步生成的OBJ文件和系统库的OBJ文件、库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件。

 

这些跟gcc/arm-linux-gcc有什么关系呢？

 

gcc -E -o 预处理文件.i 源文件.c #预处理

gcc -S -o 汇编文件.s 预处理文件.i #编译

gcc -c -o 二进制文件.o 汇编文件.s #汇编

gcc -o 可执行文件.bin 二进制文件.o #链接

 

注意：

gcc -lc 链接libc库文件，其中libc库文件中就实现了printf等函数

gcc -nostdlib 链接时请勿使用标准系统启动文件或库。没有启动文件

对于BootLoader、Linux内核，常用第二种，它们不需要标准库函数支持

Ⅷ、动态链接和静态链接

链接还有分类的：动态和静态，有什么区别呢？

动态链接：链接时采用动态库进行链接，生成的程序在运行时需要加载所需要的库，这样生成的程序体积比较小，但是必须依赖所需要的动态库。

静态链接：生成的程序包含程序运行所需要的全部库，可以直接运行，不过静态链接生成的程序体积较大。

 

对应gcc语法：

gcc -c -o hello.o hello.c

gcc -static -o hello_static hello.o