04-Linux应用程序_part1

嵌入式Linux应用程序开发4.嵌入式Linux应用程序开发简介嵌入式Linux应用程序应用程序开发不同于PC上开发应用程序，最典型的差异叫做交叉编译（CrossCompilation），也就是在PC的x86平台上开发在ARM处理器上运行的程序。交叉编译的不是一个新鲜的概念，其实单片机开发的编译环境就是典型的一种人交叉编译环境，在PC上开发的程序，在单片机上运行。但是针对嵌入式Linux开发程序的时候，需要在PC的Linux环境和嵌入式Linux环境中切换，两个环境越来越接近，对于初学者来说容易混淆。嵌入式系统的硬件处理能力越来越强大，是否可以在嵌入式系统上像PC上开发程序一样实现本地编译呢？答案是可以！但一般认为PC的处理能力更加强大，资源更丰富，几乎所有开发工具都是在x86平台上开发，稳定性方面都比在ARM平台上的开发工具要稳定。此外，在x86上工作的交叉编译开发人员远大于在ARM平台上进行本地编译开发的人员要庞大得多，bug解决得更好、更快。所以，目前建议采用交叉编译方式开发嵌入式Linux应用程序。当然，也可以尝试在嵌入式Linux系统上安装GCC，享受一下本地编译开发的便捷。本章的内容主要分为三个部分：第一部分从4.1-4.x，将通过数个Linux应用程序的示例来展示在命令行模式下程序开发、调试、部署的全部过程。读者将比较全面的了解Linux应用程序开发的各项内容：进程、线程、网络、系统调用、硬件访问示例的内容......。第二部分，展示如何在集成开发环境中进行应用程序开发、调试、部署的全过程。第三部分，示例访问系统中的各种传感器，对传感器进行配置、采集传感器的数据。4.1HelloWorld命令行开发世界上最经典的计算机程序，每个初学者都倒背如流的demo。$./HelloWorldHelloWorld!无需过多解释程序的结构、内容，这里要说的是这个demo的意义：1.测试交叉编译环境是否安装正确；2.了解gcc编译器使用方法，以及基本参数；3.如何执行交叉编译的可执行程序。4.1.1开发步骤1.为项目创建开发目录，将项目相关的所有文件都集中在该目录下mkdirHelloWorld_CMDcdHelloWorld_CMD2.创建main.c源文件，命令行界面下可以使用vi编辑器，图形界面下可以使用gedit。3.在文本编辑器中输入下面代码：#includestdio.hintmain(intargc,char*argv[]){printf(HelloWorld!\n);return0;}4.保存main.c源文件5.交叉编译main.c为ARM指令的可执行程序：C语言编译编译器是arm-linux-gnueabihf-gcc，编译单个源文件main.c：$arm-linux-gnueabihf-gccmain.c生成a.out可执行程序。4.1.2扩展1.缺省的文件名不能望文生义，如何自定义可执行程序名称？至少有两种办法：A.使用文件操作命令将a.out修改为自定义的名称；下面的命令将可执行程序命名为HelloWorld：$mva.outHelloWorldB.使用gcc的-o参数；下面的命令将可执行程序命名为HelloWorld：$arm-linux-gnueabihf-gccmain.c-oHelloWorld4.1.2运行交叉编译的可执行程序Windows中，可执行程序通常用.exe作为后缀，在Linux中的惯例是没有后缀。生成的可执行程序不能在x86机器上直接运行，有很多种方法让它执行：1.在ARM处理器上执行；2.在ARM处理器模拟程序中执行。由于我们已经有了开发板，本示例中介绍在ARM处理器上执行交叉编译好的可执行程序的方法：A.将可执行程序复制到SD卡的Linux分区，建议复制到/home/root/demo目录，没有请自行创建（如果用户熟悉Linux，当然也可以在其它地方）；B.在PC虚拟机的x86UbuntuLinux中，建立NFS文件共享服务器，将可执行程序复制到共享目录中，然后，使用嵌入式Linux访问NFS服务器，运行可执行程序。注意：由于可执行程序所在的路径并非shell搜索可执行命令的缺省路径中，所以在shell中运行可执行程序需要指定路径：$/home/root/demo/HelloWorld如果恰好当前路径就是/home/root/demo，则可以使用下面的方式：$./HelloWorld“./”代表的是当前路径，“../”代表的是上一级路径。4.2多文件软件项目本示例由main.c、reciprocal.c、reciprocal.h等几个文件组成，用来计算在程序启动时用户由命令行传递给程序的一个整数的倒数，并以字符串的形式输出计算结果。$./reciprocal10Thereciprocalof10is0.1示例的目标：1.了解程序如何从命令行获取传递给它的参数；2.使用assert检查发现bug；3.了解由多文件构成的程序如何生成可执行程序的过程；4.学习更多的gcc参数使用。4.2.1开发步骤1.创建main.c源文件，并将下列内容编辑到文件中保存：#includestdio.h#includestdlib.h#includereciprocal.hintmain(intargc,char**argv){inti;i=atoi(argv[1]);printf(Thereciprocalof%dis%g\n,i,reciprocal(i));return0;}2.创建reciprocal.c源文件，并将下列内容编辑到文件中保存：#includeassert.h#includereciprocal.hdoublereciprocal(inti){//Ishouldbenon-zero.assert(i!=0);return1.0/i;}3.创建reciprocal.h源文件，并将下列内容编辑到文件中保存：#ifndef_RECIPROAL_H_#define_RECIPROAL_H_externdoublereciprocal(inti);#endif4.执行下面命令，生成可执行程序：$arm-linux-gnueabihf-gcc-cmain.c$arm-linux-gnueabihf-gcc-creciprocal.c$arm-linux-gnueabihf-gcc-oreciprocalmain.oreciprocal.o4.2.2解析程序的结构很简单，这里解析几个可能的问题。1.如何获取用户在命令行输入的参数？请注意main.c的intmain(intargc,char**argv)函数有两个参数，用户在shell中启动程序时所带的参数（命令行参数，command-linearguments，参数之间通过空格分隔），通过argc、argv两个参数可以访问命令参数列表的内容。argc表示参数的数量，argv是字符指针数组，每一个指针指向一个参数，都是NULL结尾的字符串。参数列表的第一个总是程序名。代码中使用的“argv[1]”就是紧跟在程序名之后的第二个参数。2.使用assert宏辅助代码调试reciprocal.c是求倒数的源文件，0的倒数是非法的，所以不应该计算0的倒数。源代码中使用了assert(i!=0)，当i!=0时，相安无事，若i=0时，将程序将出现下面错误信息：$./reciprocal0reciprocal:reciprocal.c:30:reciprocal:Assertion`i!=0'failed.Aborted(coredumped)信息里提供了：出错的文件名、出错行号等信息，是一个检查程序错误非常好的debug工具。assert宏的参数是一个bool量，可以是bool表达式。如果bool量或者表达式为false，程序将终止，然后打印出相关的错误消息。assert常常被用于检查函数参数、返回值检查等等。assert不仅仅是运行期检查，也可以看成是程序文档。包含assert的代码，告诉使用者某些条件必须为true，如果为false则说明程序有bug。但是，assert宏不是一种用来处理程序运行期错误的机制。首先，程序错误与运行期错误是两码事。程序错误是一个bug，不应该出现；运行期错误可能在程序执行的任何时候出现。例如，用户输入了一个0参数，就是典型的运行期错误，用assert处理就不是一个好的方法。不应该让程序异常中断，输出用户不友好的提示信息。assert经常用于空指针的检查，避免函数调用时传递空指针。也可以对运算条件、运算结果进行检查，帮助发现运算过程中的动态错误。Assert也可以用于可重用的代码库（library，动态库、静态库）中，可以让用户代码没有bug地调用该代码库。因为库不知道自己使用的环境，库函数本身不进行错误处理，使用assert让调用者对错误情况进行检查，防止错误调用。对于性能要求很高的代码，大量使用assert的运行期检查会对性能有很大冲击，可以使用NDEBUG宏定义，在编译预处理阶段将assert代码忽略（请参考4.2.3）。注意：不要在assert中调用函数，如下代码不好：for(i=0;i100;++i)assert(do_something()==0);建议修改为下面的样子：for(i=0;i100;++i){intstatus=do_something();assert(status==0);}3.reciprocal.h中的#xxxxxx定义有什么用？为每一个头文件定义一个唯一的宏（这里是_RECIPROAL_H_，一般是跟头文件的文件名差不多的大写字符串），防止头文件之间相互引用时出现头文件重复引用的错误。每个C/C++头文件都必须包含和reciprocal.h类似的结构，这是一个良好的编程习惯。4.生成可执行程序的过程。第一步将所有源代码（*.c）生成目标代码（*.o）;第二步将所有目标代码链接成可执行程序。gcc的-c参数是将源代码编译为目标文件（objectfile）。如果没有参数gcc将尝试对该文件进行链接生成可执行程序。4.2.3扩展1.GCC头文件搜索参数-I参数告诉gcc在哪些路径搜索头文件。缺省情况下，gcc搜索当前工作路径，以及标准库安装路径下的头文件。由于reciprocal.h头文件位于当前工作路径，因此，无需用-I参数指定。2.GCC宏定义参数在命令行中定义宏。例如在软件的发行版本中，不需要过多的assert检查，可以通过定义NDEBUG宏来关闭这些assert检查。最好的做法是：$gcc-c-DNDEBUGxxx.c也可以定义NDEBUG的级别$gcc-c-DNDEBUG=3xxx.c编译器级别的代码优化，软件发行版本通常会采用，让程序运行更快。常见的优化参数-O2（Optimizationlevel2）适合大多数程序。$gcc-c-O2xxx.cpp注意：使用优化参数后调试程序会更困难，也可能发现一些之间不明显的bug。C++编译器是g++，操作类似gcc。4.2.4思考1.用户在启动程序时，如果没有输入任何参数时程序会出现“段错误”，请修正该错误，提示用户没有输入参数。2.Assert宏在这里不是很好的运行期错误处理机制，请修改代码，对用户输入参数进行检查，提供更好的人机交互。3.让程序支持小数输入。4.写一个程序，显示该程序启动时用户输入的所有参数。#includestdio.hintmain(intargc,char*argv[]){printf(Thenameofthisprogramis`%s'.\n,argv[0]);printf(Thisprogramwasinvokedwith%darguments.\n,argc-1);/*Wereanycommand-lineargumentsspecified?*/if(argc1){/*Yes,printthem.*/inti;printf(Theargumentsare:\n);fo