嵌入式軟件開(kāi)發(fā)之：編譯器的缺省行為

　　13.2 編譯器的缺省行為

　　多數(shù)嵌入式應(yīng)用程序最初都是在原型環(huán)境下開(kāi)發(fā)的。無(wú)論什么樣的原型仿真環(huán)境與最終產(chǎn)品環(huán)境都是有差異的。因此，考慮如何將嵌入式應(yīng)用程序從其所依賴的開(kāi)發(fā)工具或調(diào)試環(huán)境中移植到在目標(biāo)硬件上獨(dú)立運(yùn)行是非常重要的。

　　開(kāi)始編寫(xiě)嵌入式應(yīng)用程序時(shí)，開(kāi)發(fā)者可能并不清楚目標(biāo)硬件的具體規(guī)格。如，目標(biāo)系統(tǒng)使用了什么樣的外圍設(shè)備、存儲(chǔ)器映射情況甚至不能確定處理器的型號(hào)。

　　為在了解這些詳細(xì)信息前能夠繼續(xù)軟件的開(kāi)發(fā)，RVCT工具提供了很多默認(rèn)的操作，使用戶能編譯和調(diào)試與目標(biāo)系統(tǒng)無(wú)關(guān)的應(yīng)用程序代碼。下面詳細(xì)介紹這些編譯選項(xiàng)，只有深入了解這些編譯選項(xiàng)設(shè)置，才能使開(kāi)發(fā)更順利的進(jìn)行。

　　13.2.1 Semihosting

　　1.Semihosting簡(jiǎn)介

　　在RVCT C庫(kù)中，對(duì)某些ISO C功能的支持由主機(jī)調(diào)試環(huán)境提供。提供該功能的機(jī)制被稱為Semihostin[1]。大多數(shù)的ARM調(diào)試系統(tǒng)都支持Semihosting機(jī)制，如ReslView Debugger AXD等。

　　調(diào)試系統(tǒng)提供這種機(jī)制是非常有用的，因?yàn)橛糜陂_(kāi)發(fā)使用的硬件系統(tǒng)經(jīng)常沒(méi)有最終系統(tǒng)的所有輸入和輸出設(shè)備。在這種情況下，Semihosting可讓主機(jī)代替目標(biāo)系統(tǒng)提供這些設(shè)備的功能。舉例來(lái)說(shuō)，此機(jī)制可以用于啟用C庫(kù)中的函數(shù)(例如，printf()和scanf())使用主機(jī)的屏幕和鍵盤(pán)，而不使用目標(biāo)系統(tǒng)的屏幕和鍵盤(pán)。

　　半主機(jī)由一組已定義的SWI操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)的SWI，然后由調(diào)試代理程序(Debug Agent)處理SWI異常。調(diào)試代理程序完成系統(tǒng)與主機(jī)之間的通信。

　　圖13.1顯示了Semihosting機(jī)制的處理過(guò)程。

　　圖13.1 Semihosting機(jī)制的處理過(guò)程

　　在很多情況下，Semihosting SWI由庫(kù)函數(shù)內(nèi)的代碼調(diào)用。應(yīng)用程序也可以直接調(diào)用。支持ARM C庫(kù)中Semihosting的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱ARM相關(guān)文檔。

　　2.Semihosting軟件接口

　　ARM和Thumb SWI指令包含一個(gè)軟中斷號(hào)，該中斷號(hào)可以被應(yīng)用程序使用。此編號(hào)可以由系統(tǒng)中的SWI處理程序進(jìn)行解碼。有關(guān)SWI處理程序的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱本書(shū)中ARM異常處理一節(jié)。

　　Semihosting使用固定的中斷號(hào)調(diào)用相應(yīng)的處理程序。用于Semihosting的SWI是：

　　· 0x123456(在ARM狀態(tài)下);

　　· 0xAB(在Thumb狀態(tài)下)。

　　注意用戶在編寫(xiě)自己的中斷處理程序時(shí)，避免使用Semihosting已經(jīng)使用的中斷向量號(hào)。

　　調(diào)試代理通過(guò)SWI的中斷向量號(hào)識(shí)別該軟中斷是目標(biāo)系統(tǒng)提出的Semihosting請(qǐng)求。具體是何種Semihosting請(qǐng)求(鍵盤(pán)輸入請(qǐng)求或屏幕顯示請(qǐng)求)，通過(guò)向寄存器r0傳遞不同的參數(shù)進(jìn)行區(qū)分。所有其他參數(shù)通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳遞。該數(shù)據(jù)塊的地址通過(guò)寄存器r1傳遞給中斷處理程序。軟中斷的處理結(jié)果放在r0中返回，也可以通過(guò)顯式的返回值或傳遞數(shù)據(jù)塊的指針帶回程序的處理結(jié)果。即使未返回結(jié)果，也假定r0是被使用的。

　　用r0傳遞的可用Semihosting操作編號(hào)分配如下：

　　· 0x00-0x31 這些編號(hào)由ARM公司使用;

　　· 0x32-0xFF 這些編號(hào)由ARM公司保留，以備將來(lái)使用;

　　· 0x100-0x1FF 這些編號(hào)保留給用戶應(yīng)用程序。

　　注意:雖然這些編號(hào)ARM公司不使用，用戶可以使用這些編號(hào)編寫(xiě)自己的SWI操作，但建議使用其他 SWI 編號(hào)，而不要使用Semihosting SWI 編號(hào)和這些Semihosting的預(yù)留操作類型編號(hào)。

　　· 0x200-0xFFFFFFFF這些編號(hào)未定義。當(dāng)前未使用并且不推薦使用這些編號(hào)。

　　在以下部分中，操作名稱之后的括號(hào)中的編號(hào)是調(diào)用Semihosting操作時(shí)放入r0的值。例如，SYS_OPEN(0x01)。

　　如果從匯編語(yǔ)言代碼中調(diào)用SWI，最好使用semihost.h中定義的操作名稱?？梢杂?EQU 偽操作定義操作名稱。例如：

　　SYS_OPEN EQU 0x01

　　SYS_CLOSE EQU 0x02

　　3.Semihosting需求函數(shù)

　　Semihosting需要的函數(shù)列表如表13.1所示。如果使用默認(rèn)的Semihosting功能，用戶不需要編寫(xiě)任何其他代碼。也可以重新實(shí)現(xiàn)部分的輸入/輸出函數(shù)，使這些函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)Semihosting混合使用。

　　表13.1 Semihosting函數(shù)列表

　　續(xù)表

　　13.2.2 C 庫(kù)結(jié)構(gòu)

　　從概念上來(lái)講，C庫(kù)函數(shù)可被化分成兩類，一類為ISO C語(yǔ)言的規(guī)范部分，該部分的主要功能是向用戶提供一個(gè)調(diào)用接口;另一類為ISO C語(yǔ)言規(guī)范提供支持。圖13.2顯示了這兩類函數(shù)在C庫(kù)中的結(jié)構(gòu)。

　　圖13.2 C庫(kù)的函數(shù)結(jié)構(gòu)

　　對(duì)部分ISO C功能的支持是由主機(jī)調(diào)試環(huán)境在支持函數(shù)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序級(jí)別提供的。

　　例如，RVCT C庫(kù)通過(guò)寫(xiě)入調(diào)試器控制臺(tái)窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)ISO C printf()系列函數(shù)。通過(guò)調(diào)用__sys_write()來(lái)提供該功能。這是一個(gè)執(zhí)行半主機(jī)SWI的支持函數(shù)，使字符串被寫(xiě)入到控制臺(tái)。

　　13.2.3 默認(rèn)存儲(chǔ)器映射

　　對(duì)于沒(méi)有描述存儲(chǔ)器映射的映像(Image)，RVCT根據(jù)默認(rèn)存儲(chǔ)器映射放置代碼和數(shù)據(jù)。默認(rèn)的存儲(chǔ)器映射如圖13.3所示。

　　圖13.3 默認(rèn)存儲(chǔ)器映射

　　結(jié)合圖13.3，可以看出默認(rèn)的存儲(chǔ)器映射使用以下規(guī)則：

　　· 鏈接映像，在地址0x8000加載并運(yùn)行。首先放置所有的RO(只讀)段，其次是RW(讀寫(xiě))段，然后是ZI(零初始化)段。

　　· 堆(Heap)直接從ZI段的頂端地址算起，因此，其準(zhǔn)確位置在鏈接時(shí)決定。

　　· 棧(Stack)的起始地址在應(yīng)用程序啟動(dòng)過(guò)程時(shí)由Semihosting操作提供。具體Semihosting操作設(shè)置的值由調(diào)試系統(tǒng)的不同而不同。

　?、?RealView ARMulator ISS(RVISS)設(shè)置為配置文件peripherals.ami中設(shè)定的值。默認(rèn)值是0x08000000。

　?、?Multi-ICE將該地址設(shè)置為調(diào)試器內(nèi)部變量top_of_memory的值。默認(rèn)值是0x00080000。

　　13.2.4 鏈接程序放置規(guī)則

　　鏈接程序遵守一組規(guī)則，以決定代碼和數(shù)據(jù)位于存儲(chǔ)器中的什么位置，如圖13.4所示。

　　鏈接程序放置遵循以下規(guī)則：

　　① 映像首先按屬性組織：RO段在最低的存儲(chǔ)器地址，其次是RW段，然后是ZI段。每一種屬性中，代碼在數(shù)據(jù)之前。

　?、?鏈接程序按名稱的字母順序放置輸入段(Section)。輸入段名稱即匯編程序AREA偽操作定義的名稱。

　　圖13.4 鏈接程序放置規(guī)則

　　③ 在輸入段中，獨(dú)立對(duì)象的代碼和數(shù)據(jù)，按照對(duì)象文件在鏈接程序命令行中被指定的順序放置。

　　要精確放置代碼和數(shù)據(jù)，ARM公司建議不要過(guò)分依靠這些規(guī)則。相反，必須使用分散加載機(jī)制來(lái)完全控制代碼和數(shù)據(jù)的放置。請(qǐng)參閱下一章的調(diào)整映像存儲(chǔ)器映射以適應(yīng)目標(biāo)系統(tǒng)硬件存儲(chǔ)器的實(shí)際要求。

　　13.2.5 應(yīng)用程序啟動(dòng)

　　多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中，執(zhí)行主任務(wù)前，執(zhí)行初始化序列來(lái)設(shè)置系統(tǒng)。默認(rèn)的RVCT初始化序列如圖13.5所示。

　　圖13.5 默認(rèn)RVCT初始化序列

　　在進(jìn)入用戶代碼(main())前，初始化序列可分成三個(gè)功能塊：__main直接跳轉(zhuǎn)到__scatterload;__scatterload負(fù)責(zé)建立運(yùn)行時(shí)的映像存儲(chǔ)器映射，而__rt_entry(運(yùn)行時(shí)的入口)則負(fù)責(zé)初始化C庫(kù)。

　　__scatterload執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)復(fù)制以及ZI數(shù)據(jù)的清零。對(duì)于ZI數(shù)據(jù)的清零和未改變的RW數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，這一步總是要做的。

　　__scatterload跳轉(zhuǎn)到__rt_entry。它設(shè)置應(yīng)用程序的棧和堆，初始化庫(kù)函數(shù)及其靜態(tài)數(shù)據(jù)，并調(diào)用任何全局聲明的對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)(僅C++)。

　　然后__rt_entry跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序入口main()。主應(yīng)用程序結(jié)束執(zhí)行時(shí)，__rt_entry將庫(kù)關(guān)閉，然后把控制權(quán)交還給調(diào)試器。

　　RVCT中，函數(shù)main()有一個(gè)特殊含意。main()函數(shù)的存在強(qiáng)制鏈接程序鏈接到__main和__rt_entry中的初始化代碼。沒(méi)有main()函數(shù)，就不會(huì)鏈接到初始化進(jìn)程，那么一些標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)功能就不會(huì)得到支持。

　　[1] 在一些ARM的中文參考文獻(xiàn)中，將Semihosting譯為半主機(jī)。