嵌入式知识-ARM裸机-学习笔记（13）：搭建简单的shell框架

嵌入式知识-ARM裸机-学习笔记（13）：搭建简单的shell框架

一、shell原理

1. 什么是shell？

shell中文是壳的意思，在计算机中经常提到shell是用户操作接口的意思。因为计算机程序本身很复杂，里面的实现和外面的调用必须分开。接口本身就是对内部复杂的实现的一种封装，外部只需要通过接口就可以很容易的实现效果，但是却不用理会内部实现的复杂性和原理。

操作系统运行起来后都会给用户提供一个操作界面，这个操作界面就叫shell。用户可以通过shell来调用操作系统内部的复杂实现。shell编程就是在shell层次上进行编程。譬如linux中的脚本编程、windows中的批处理。

2. 两种shell：GUI和cmdline

GUI（图形用户界面），特点是操作简单、易学易用，适合使用电脑来工作的人。

cmdline(命令行界面)，譬如linux的终端和windows的cmd，特点是不易用易学，优点是可以进行方便的shell编程，适合做开发的人。

3. shell运行原理

我们主要分析命令行shell的运行原理。 命令行shell其实就是一个死循环。这个死循环包含3个模块，这3个模块是串联的，分别是命令接收、命令解析、命令执行。
命令行有一个标准命令集，用户在操作的时候必须知道自己想要的操作用通过哪个命令来实现，不能随便输入命令。如果用户输入了一个不是标准命令的命令（不能识别的命令），提示用户这不是一个合法命令，然后重新回到命令行让用户输入下一个命令。
用户输入命令的界面是一个命令行，命令行的意思就是用户输入的命令是以行为单位的，更好理解的说用户输入的命令在用户按下回车键之后就算是结束了，shell可以开始接收了。

二、搭建简单的shell框架

1. 命令列表的搭建

首先要先宏定义存储命令列表的数组，标准命令，以及与数组相关的参数。

2. 命令的接收

sheel框架是一个循环的状态，一直在检测是否有命令的输入，一旦有输入，将会按照一定格式去接收命令，并将命令暂存到buf中，这里的buf数组中存的是你输入的所有字符，之后会通过buf数组对你输入的信息进行解析。
通过getchar（） 函数来实现串口的接收，即获取用户从键盘输入的信息。利用一个while循环一直进行判断，直到遇到回车符标志结束，这也符合命令行的规则，以回车符表示一行命令的结束。
在获取用户输入的同时，利用putchar（） 函数进行显示，即实现打印一个字符就在输出处显示出打印的该字符，这又称为回显。
通过一个*p指针，来对数组中的位置进行索引，从而将输入的内容存储在buf数组中。

3. 命令的解析

在进行命令解析时，用到了两个数组，一个是g_cmdset：该数组中存储了标准的命令集，另一个是cmd：该数组中是通过buf数组解析出来的用户输入的命令。命令的解析其实就是对比用户输入的命令和事先定义好的命令集，如果相同则执行对应的命令操作，如果不相同则返回错误并提示相应信息。
在解析命令时，由于buf数组中是用户输入的一长串内容，其中可能包含了多个子命令，所以在最开始首先要对用户输入的信息进行命令的分割，从中提取出多个子命令并放入到cmd数组中的对应位置。
两个数组的第一维度都是用来存放第几个子命令，第二维度用来存放该命令的内容，两个维度相配合即可实现多个命令内容的存储。

4. 命令的执行

在执行命令时，通过cmd[0] 的内容可以知道是g_cmdset数组中的哪个命令，然后通过cmd_index这个索引去判断对应的那个命令执行函数。之后跳转到相应的命令执行函数，再解析接下来的子命令，通过cmd[1] 能够解析出第二个子命令，并结合第一个子命令执行相应的操作，这里对应的操作应当是最开始设定好的。

5. shell初始化和循环

shell框架首先要初始化shell，其中包括定义cmdset数组内的命令集，初始化串口，初始化硬件（这里指的是编写好对应命令下的执行操作），初始化看门狗等。
紧接着是shell大循环，再循环中反复检测用户输入的信息，并且执行命令接收、命令解析和命令执行这三步骤，最终实现能够通过命令去执行对应的硬件操作，从而符合shell这种API式的框架。

三、分析shell命令控制硬件的过程

1. 输入命令

当你不输入命令时，shell的大循环则一直等待你输入命令，此时键入led off即可关闭LED灯，以led为例来介绍shell框架执行流程。

整个输入命令可以分为2步，第一步通过串口将用户输入的字符串“led off \n”接收进来并暂存在buf数组中，并设计回显的功能通过串口输入打印出来。第二步是将buf数组中的命令进行多个子命令的分割，并将分割后的多个子命令存在cmd数组中，并从中解析出来对应的cmd_index号为0，用于后续的命令执行。

2. 执行命令

执行命令则通过输入的命令去做对应的操作，此时命令为lef off，则应去执行对应的关闭led的操作。

通过命令解析时得到的cmd_index=0，可以对应到do_cmd_led()函数，进而实现第二条子命令的判断，由于cmd[1]中存入的命令为’off’，所以将2者搭配起来使用，进而实现了led的关闭。