Çıplak metalde C standart kütüphaneler

Çoğunlukla Linux'u taşıyan aygıtlar üzerinde geliştirme yapıyorum, bu nedenle standart C kütüphanesi, standartlaştırılmış davranışa sahip sistem çağrılarını uygulayarak işlevselliklerinin çoğunu sağlıyor.

Ancak, çıplak metal için, temel bir işletim sistemi yoktur. Ac kütüphanesinin nasıl uygulanması gerektiğiyle ilgili bir standart var mı veya farklı bir BSP sağlayan yeni bir panele geçtiğinizde bir kütüphane uygulamalarının özelliğini yeniden öğrenmek zorunda mısınız?

Evet, bir standart var, C standart kütüphanesi . Kütüphane fonksiyonları "tam gelişmiş" bir işletim sistemi veya hiç bir işletim sistemi gerektirmez ve orada "çıplak metal" koduna uyarlanmış bir dizi uygulama vardır, Newlib belki de en iyisidir.

Örnek olarak Newlib'i ele almak için, temelde sisteminizde dosya ve bellek tahsisinin nasıl işlendiğini gösteren küçük bir çekirdek fonksiyonlar alt dizisi yazmanız gerekir. Ortak bir hedef platform kullanıyorsanız, birileri bu işi sizin için zaten yapmış olabilir.

Linux kullanıyorsanız (muhtemelen ayrıca OSX ve hatta cygwin / msys?) Yazıp yazdıysanız , uygulamanın belirli bir standarda uygun olduğunu söyleyebilecek man strlenbir adı verilen bir bölüm olmalıdır CONFORMING TO. Bu şekilde, kullandığınız bir şeyin standart bir işlev olup olmadığını veya belirli bir işletim sistemine bağlı olup olmadığını anlayabilirsiniz.

Ac kütüphanesinin nasıl uygulanması gerektiğiyle ilgili bir standart var mı veya farklı bir BSP sağlayan yeni bir panele geçtiğinizde bir kütüphane uygulamalarının özelliğini yeniden öğrenmek zorunda mısınız?

Öncelikle, C standardı, "barındırılan" bir uygulamanın tersine "dayanaksız" bir uygulama olarak adlandırılan bir şey tanımlar (bu, çoğumuzun aşina olduğu şey, temel işletim sisteminin desteklediği tüm C fonksiyonlarını içerir).

Bir uygulama gereksinimlerini "ayaklı", yani, o C kütüphanesi başlıkları sadece bir alt kümesini tanımlamak için değil destek veya fonksiyonları da tanımı (bunlar sadece yapılacak gerektiren #defines ve typedefs):

• <float.h>
• <iso646.h>
• <limits.h>
• <stdalign.h>
• <stdarg.h>
• <stdbool.h>
• <stddef.h>
• <stdint.h>
• <stdnoreturn.h>

Barındırılan bir uygulamaya doğru bir sonraki adımı attığınızda, kütüphanenin geri kalanının bu “ilkellerin üzerine uygulanabilmesi” ile “sistemi” herhangi bir şekilde gerçekten birbirine bağlamak için gereken çok az sayıda işlev olduğunu göreceksiniz. ". PDCLib'in uygulanmasında, lib'i yeni bir platforma taşırken kolay tanımlama için onları ayrı bir alt dizinde izole etmek için biraz çaba sarf ettim (parantezdeki Linux portu örnekleri):

• getenv()( extern char * * environ)
• system()( fork()/ execve()/ wait())
• malloc()ve free()( brk()/ sbrk())
• _Exit()( _exit())
• time() (henüz uygulanmadı)

Ve <stdio.h>(belki de C99 başlıklarının en çok işletim sistemi ile ilgilenenleri):

• bir dosyayı açmak için bir yol ( open())
• kapatmak için bir yol ( close())
• kaldırmak için bir yol ( unlink())
• yeniden adlandırmanın bir yolu ( link()/ unlink())
• ona yazmanın bir yolu ( write())
• ondan okumak için bir yol ( read())
• içinde yeniden konumlandırmanın bir yolu ( lseek())

Kütüphanenin belirli detayları isteğe bağlıdır ve standart sadece standart bir şekilde uygulanmasını teklif eder, ancak böyle bir uygulamayı bir zorunluluk haline getirmez.

• time()Fonksiyon yasal sadece döndürebilir (time_t)-1hiçbir zaman tutma mekanizması mevcut olup olmadığını.

• Açıklanan sinyal işleyicileri, <signal.h>çağrı dışında başka bir şey tarafından çağrılmaya ihtiyaç duymaz raise(), sistemin uygulamaya uygulamaya benzer bir şey göndermesine gerek yoktur SIGSEGV.

• İşletim sistemine çok bağlı <threads.h>olan (açık nedenlerden dolayı) C11 başlığının , uygulamanın tanımladığı durumlarda ...__STDC_NO_THREADS__

Daha çok örnek var, ama şu anda elimde değil.

Kütüphanenin geri kalanı, çevreden herhangi bir yardım almadan uygulanabilir. (*)

(*) Caveat: PDCLib uygulaması henüz tamamlanmadı, o yüzden bir ya da iki şeyi gözden kaçırmış olabilirim. ;-)

Standart C aslında çalışma ortamından ayrı tanımlanmıştır. Bir ana bilgisayar işletim sisteminin mevcut olduğu hakkında bir varsayım yapılmaz ve ana bilgisayara bağımlı olan kısımlar bu şekilde tanımlanır.

Yani, C Standardı zaten oldukça çıplak metaldir.

Elbette, çok sevdiğimiz dil bölümleri, kütüphaneler, çoğu zaman ana dilin belirli şeylere ev sahipliği yaptığı yerlerdir. Bu nedenle, birçok "çıplak metal platform" aracı için bulunan tipik "xxx-lib" çapraz derleyici malzemesi.

Newlib minimal çalıştırılabilir örnek

Burada , QEMU’da eylemde newlib’i gösteren oldukça otomatik ve belgelenmiş bir örnek veriyorum .

Newlib ile, kendi platform çağrılarınızı Baremetal platformunuz için uygularsınız.

Örneğin, yukarıdaki örnekte, bir örnek programımız var exit.c:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main(void) {
    exit(0);
}

ve ayrı bir C dosyasında common.c, ARM semihostingexit ile uygularız :

void _exit(int status) {
    __asm__ __volatile__ ("mov r0, #0x18; ldr r1, =#0x20026; svc 0x00123456");
}

Uygulayacağınız diğer tipik sistemler:

• writesonuçları ana bilgisayara vermek için. Bu, ya ile yapılabilir:

  • daha fazla yarı gölgelenme
  • bir UART donanımı

• brkiçin malloc.

  Baremetal için kolay, çünkü disk belleği ile ilgilenmek zorunda değiliz!

TODO Ben merak bunun tam gaz girmeden önleyici çizelgeleme syscalls yürütülmesine ulaşmak için gerçekçi olup olmadığını RTOS gibi Zephyr veya freertos .

Newlib ile ilgili en güzel şey, string.hsizin gibi işletim sistemi dışındaki tüm özel şeyleri uygulamanız ve sadece işletim sistemi taslaklarını uygulamanıza izin vermesidir.

Ayrıca, tüm taslakları uygulamak zorunda değilsiniz, sadece ihtiyacınız olacak olanları uygulamak zorundasınız. Örneğin, programınız yalnızca ihtiyaç duyuyorsa exit, o zaman bir sağlamak zorunda değilsiniz print.

Newlib kaynak ağacında, altında bir ARM yarı-gölgeleme uygulaması da dahil olmak üzere bazı uygulamalar var newlib/libc/sys/arm, ancak çoğu zaman kendinizinkini uygulamanız gerekiyor. Bununla birlikte, görev için sağlam bir temel sağlar.

Newlib'i kurmanın en kolay yolu, crosstool-NG ile kendi derleyicinizi kurarak, Newlib'i C kütüphanesi olarak kullanmak istediğinizi söylemelisiniz. Kurulumum, şu anda mevcut olan newlib yapılandırmalarını kullanan bu komut dosyasıyla sizin için otomatik olarak işler crosstool_ng_config.

C ++ 'ın da işe yarayacağını düşünüyorum, ancak TODO bunu test ediyor.

Baremetal kullandığınızda, uygulanmayan bazı bağımlılıklar keşfedersiniz ve bunları ele almalısınız. Bütün bu bağımlılıklar, dahili sistemlerin kişiliğinize göre ayarlanması ile ilgilidir. Örneğin, içinde malloc () kullanan sprintf () kullanmaya çalıştığımda. Malloc, donanım kısıtlamalarını zorlamak için kullanıcı tarafından uygulanacak kodlu bir kanca olarak "t_sbrk" işlev sembolüne sahiptir. Burada, sadece sprintf'i değil, esas olarak diğer kullanımlar için gömülü donanım için daha iyisini yapabileceğime inanıyorsam, bunu uygulayabilir veya kendi malloc'umu () yapabilirim.