嵌入式軟件開發(fā)之：編譯器的缺省行為

　　13.2 編譯器的缺省行為

　　多數(shù)嵌入式應用程序最初都是在原型環(huán)境下開發(fā)的。無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用程序從其所依賴的開發(fā)工具或調(diào)試環(huán)境中移植到在目標硬件上獨立運行是非常重要的。

　　開始編寫嵌入式應用程序時，開發(fā)者可能并不清楚目標硬件的具體規(guī)格。如，目標系統(tǒng)使用了什么樣的外圍設備、存儲器映射情況甚至不能確定處理器的型號。

　　為在了解這些詳細信息前能夠繼續(xù)軟件的開發(fā)，RVCT工具提供了很多默認的操作，使用戶能編譯和調(diào)試與目標系統(tǒng)無關的應用程序代碼。下面詳細介紹這些編譯選項，只有深入了解這些編譯選項設置，才能使開發(fā)更順利的進行。

　　13.2.1 Semihosting

　　1.Semihosting簡介

　　在RVCT C庫中，對某些ISO C功能的支持由主機調(diào)試環(huán)境提供。提供該功能的機制被稱為Semihostin[1]。大多數(shù)的ARM調(diào)試系統(tǒng)都支持Semihosting機制，如ReslView Debugger AXD等。

　　調(diào)試系統(tǒng)提供這種機制是非常有用的，因為用于開發(fā)使用的硬件系統(tǒng)經(jīng)常沒有最終系統(tǒng)的所有輸入和輸出設備。在這種情況下，Semihosting可讓主機代替目標系統(tǒng)提供這些設備的功能。舉例來說，此機制可以用于啟用C庫中的函數(shù)(例如，printf()和scanf())使用主機的屏幕和鍵盤，而不使用目標系統(tǒng)的屏幕和鍵盤。

　　半主機由一組已定義的SWI操作來實現(xiàn)。應用程序調(diào)用相應的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)與主機之間的通信。

　　圖13.1顯示了Semihosting機制的處理過程。

　　圖13.1 Semihosting機制的處理過程

　　在很多情況下，Semihosting SWI由庫函數(shù)內(nèi)的代碼調(diào)用。應用程序也可以直接調(diào)用。支持ARM C庫中Semihosting的詳細信息，請參閱ARM相關文檔。

　　2.Semihosting軟件接口

　　ARM和Thumb SWI指令包含一個軟中斷號，該中斷號可以被應用程序使用。此編號可以由系統(tǒng)中的SWI處理程序進行解碼。有關SWI處理程序的詳細信息，請參閱本書中ARM異常處理一節(jié)。

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

　　· 0x123456(在ARM狀態(tài)下);

　　· 0xAB(在Thumb狀態(tài)下)。

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

　　調(diào)試代理通過SWI的中斷向量號識別該軟中斷是目標系統(tǒng)提出的Semihosting請求。具體是何種Semihosting請求(鍵盤輸入請求或屏幕顯示請求)，通過向寄存器r0傳遞不同的參數(shù)進行區(qū)分。所有其他參數(shù)通過一個數(shù)據(jù)塊進行傳遞。該數(shù)據(jù)塊的地址通過寄存器r1傳遞給中斷處理程序。軟中斷的處理結果放在r0中返回，也可以通過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果。即使未返回結果，也假定r0是被使用的。

　　用r0傳遞的可用Semihosting操作編號分配如下：

　　· 0x00-0x31 這些編號由ARM公司使用;

　　· 0x32-0xFF 這些編號由ARM公司保留，以備將來使用;

　　· 0x100-0x1FF 這些編號保留給用戶應用程序。

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

　　· 0x200-0xFFFFFFFF這些編號未定義。當前未使用并且不推薦使用這些編號。

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

　　如果從匯編語言代碼中調(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。如果使用默認的Semihosting功能，用戶不需要編寫任何其他代碼。也可以重新實現(xiàn)部分的輸入/輸出函數(shù)，使這些函數(shù)和標準Semihosting混合使用。

　　表13.1 Semihosting函數(shù)列表

　　續(xù)表

　　13.2.2 C 庫結構

　　從概念上來講，C庫函數(shù)可被化分成兩類，一類為ISO C語言的規(guī)范部分，該部分的主要功能是向用戶提供一個調(diào)用接口;另一類為ISO C語言規(guī)范提供支持。圖13.2顯示了這兩類函數(shù)在C庫中的結構。

　　圖13.2 C庫的函數(shù)結構

　　對部分ISO C功能的支持是由主機調(diào)試環(huán)境在支持函數(shù)的設備驅(qū)動程序級別提供的。

　　例如，RVCT C庫通過寫入調(diào)試器控制臺窗口來實現(xiàn)ISO C printf()系列函數(shù)。通過調(diào)用__sys_write()來提供該功能。這是一個執(zhí)行半主機SWI的支持函數(shù)，使字符串被寫入到控制臺。

　　13.2.3 默認存儲器映射

　　對于沒有描述存儲器映射的映像(Image)，RVCT根據(jù)默認存儲器映射放置代碼和數(shù)據(jù)。默認的存儲器映射如圖13.3所示。

　　圖13.3 默認存儲器映射

　　結合圖13.3，可以看出默認的存儲器映射使用以下規(guī)則：

　　· 鏈接映像，在地址0x8000加載并運行。首先放置所有的RO(只讀)段，其次是RW(讀寫)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，其準確位置在鏈接時決定。

　　· 棧(Stack)的起始地址在應用程序啟動過程時由Semihosting操作提供。具體Semihosting操作設置的值由調(diào)試系統(tǒng)的不同而不同。

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

　　② Multi-ICE將該地址設置為調(diào)試器內(nèi)部變量top_of_memory的值。默認值是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：

　?、?映像首先按屬性組織：RO段在最低的存儲器地址，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

　?、?在輸入段中，獨立對象的代碼和數(shù)據(jù)，按照對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公司建議不要過分依靠這些規(guī)則。相反，必須使用分散加載機制來完全控制代碼和數(shù)據(jù)的放置。請參閱下一章的調(diào)整映像存儲器映射以適應目標系統(tǒng)硬件存儲器的實際要求。

　　13.2.5 應用程序啟動

　　多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中，執(zhí)行主任務前，執(zhí)行初始化序列來設置系統(tǒng)。默認的RVCT初始化序列如圖13.5所示。

　　圖13.5 默認RVCT初始化序列

　　在進入用戶代碼(main())前，初始化序列可分成三個功能塊：__main直接跳轉(zhuǎn)到__scatterload;__scatterload負責建立運行時的映像存儲器映射，而__rt_entry(運行時的入口)則負責初始化C庫。

　　__scatterload執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)復制以及ZI數(shù)據(jù)的清零。對于ZI數(shù)據(jù)的清零和未改變的RW數(shù)據(jù)來說，這一步總是要做的。

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

　　然后__rt_entry跳轉(zhuǎn)到應用程序入口main()。主應用程序結束執(zhí)行時，__rt_entry將庫關閉，然后把控制權交還給調(diào)試器。

　　RVCT中，函數(shù)main()有一個特殊含意。main()函數(shù)的存在強制鏈接程序鏈接到__main和__rt_entry中的初始化代碼。沒有main()函數(shù)，就不會鏈接到初始化進程，那么一些標準C庫功能就不會得到支持。

　　[1] 在一些ARM的中文參考文獻中，將Semihosting譯為半主機。