第 7 章嵌入式 Linux 开发环境

第7章嵌入式Linux开发环境

第7章嵌入式Linux开发环境 • 7.1 GNU Tools • 7.2 项目管理 • 7.3 调试器 • 7.4 Linux常用命令

7.1 GNU Tools • GNU Tools综述 • GCC 编译与链接 • GCC 工具介绍 • C语言库 • ELF文件格式

GNU Tools综述 GNU Tools是Linux环境下的开发工具，用于代码的生成。GNU Tools的重要组成部分是GCC。GCC 是GNU Compiler Collection 的缩写，是一个非常优秀的跨平台编译器集合，支持x86、ARM、MIPS 和PowerPC 等多种目标平台，支持C、C++、Java、ADA、Fortran 和Pascal 等多种高级语言。

GNU Tools综述

GNU Tools综述 gcc和g++分别是GCC中C语言编译器和C++语言编译器，在执行编译工作时，可以分成四步：预处理：生成.i的文件（预处理器cpp）编译：将预处理后的文件转换成汇编语言，生成文件.s（编译器gcc）汇编：生成目标文件.o（汇编器as）链接：各文件的目标文件生成可执行文件（链接器ld）

GNU Tools综述 • 预处理 • 编译 • 汇编 • 链接

gcc规则 • gcc则通过后缀来区别输入文件的类别，gcc所遵循的部分约定规则如下： • .c为后缀的文件，C语言源代码文件； • .a为后缀的文件，是由目标文件构成的档案库文件； • .cc或.cxx为后缀的文件，是C++源代码文件； • .h为后缀的文件，是程序所包含的头文件； • .o为后缀的文件，是编译后的目标文件； • .s为后缀的文件，是汇编语言源代码文件；

gcc用法 gcc最基本的用法是∶ gcc [options] [filenames] 其中options就是编译器所需要的参数，filenames给出相关的文件名称。举例： gcc –c main.c gcc –c subr.c gcc –I/usr/include –o prog main.o subr.o

gcc 参数说明 -c 只编译并生成目标文件。 -o FILE 生成指定的输出文件FILE，没有指定FILE，默认输出文件为a.out。 -O 优化生成代码。 -w 不生成任何警告信息。 -Wall 生成所有警告信息。 -g 生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。 -lLIBRARY 连接时搜索指定的函数库LIBRARY。

GCC 编译与链接 /* hello.c */ #include <stdio.h> int main(void) { printf ("Hello world!\n" ); return 0; } 分布完成：一步完成：预处理 # gcc -E hello.c -o hello.i 编译和汇编 # gcc -c hello.i -o hello.o 链接 # gcc hello.o -o hello # gcc hello.c -o hello # ./hello Hello world!

GCC 编译与链接 源程序： foo1.c foo2.c 一步完成： # gcc foo1.c foo2.c -o foo 多步完成： # gcc -c foo1.c -o foo1.o # gcc -c foo2.c -o foo2.o # gcc foo1.o foo2.o -o foo

GCC 编译器 GCC 是一个强大的C语言工具集合，它包含了预处理器、编译器、汇编器、链接器等组件。它在需要的时候调用其他的组件（预处理器、编译器、汇编器、链接器）。输入文件的类型和传递给GCC的参数决定了GCC调用具体的哪些组件。例如对于一个简单的test.c文件，可以使用GCC命令直接将其生成一个可执行文件： # gcc test. c

链接器ld ld程序的作用是把各种目标文件和库文件链接在一起，并定位数据和函数的地址，最终生成执行程序。 ld的一个简单使用例子如下： # ld -o hello/lib/crt0. o hello. o -lc

归档工具ar ar 工具用于建立、修改、提取归档文件（archive）。一个归档文件是包含多个文件的单个文件(也可以把它认为是一个库文件)，其结构保证了可以从中检索并得到原始的被包含文件（称做此归档文件的成员）。被包含的原始文件的内容、模式（权限）、时间戳、所有者和组等属性都保存在归档文件中，并且可在提取后，恢复原始文件的相关属性。 ar [-] p[ mod [ relpos]] archive [ member ...]

以下是一个简单的例子，编写两个源程序文件add．c和minus．c。以下是一个简单的例子，编写两个源程序文件add．c和minus．c。 add.c minus. c int add(int a, int b) int minus(int a, int b) { { int result; int result; result = a+b; resresult= a - b; return result; return result; } } 执行命令 # gcc –c add. c minus. c 输入以下命令： # ar rv libtest. a add. o minus. o

以下继续介绍简单的例子，按照刚才介绍ar命令时的例子，执行如下命令：以下继续介绍简单的例子，按照刚才介绍ar命令时的例子，执行如下命令： #include < stdio. h> Int main( int argc, charr * argv[ ] ) { int a=8; int b =3; printf( “a= % d\tb = %d\n”, a, b); int sum= add(a, b); printf( “a + b=%d\n”, sum) ; int cha=minus(a, b); printf( “a – b=% d\n”, cha) ; retum 0； } # nm test.o 输出结果如下： test.c U add 00000000 T main U minus U printf

目标文件复制工具objcopy objcopy工具用来把某种格式的目标文件内容进行转换，并输出为另一种格式的目标文件。objcopy使用GNU BFD库读写目标文件，通过这个BFD库，objcopy能够以一种不同于源目标文件的格式来生成目标文件。 objcopy [ -F bfdname | --target= bfdname ][ -I bfdname | --input-target=bfdname ] [ -O bfdname | --output-target= bfdname ][ -S | --strip-all ] [ -g | --strip-debug ] [ -K symbolname | --keep-symbol= symbolname ][ -N symbolname | --strip-symbol= symbolname ] [ -L symbolname | --localize-symbol= symbolname ][ -W symbolname | --weaken-symbol= symbolname ] [ -x | --discard-all ] [ -X | --discard-locals ][ -b byte | --byte= byte ] [ -i interleave | --interleave= interleave ][ -R sectionname | --remove-section= sectionname ] [ -p | --preserve-dates ] [ --debugging ][ --gap-fill= val ] [ --pad-to= address ] [ --set-start= val ] [ --adjust-start= incr ][ --change-address= incr ] [ --change-section-address= section{=,+,-} val ][ --change-warnings ] [ --no-change-warnings ] [ --set-section-flags= section= flags ][ --add-section= sectionname= filename ] [ --change-leading char ] [--remove-leading-char ][ --weaken ] [ -v | --verbose ] [ -V | --version ] [ --help ]input-file [ outfile]

下面介绍使用objcopy的例子。对于前面生成的可执行文件test，输入如下命令：下面介绍使用objcopy的例子。对于前面生成的可执行文件test，输入如下命令： # file test 输出结果如下所示： Test: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 ( SYSV) , for GNU/Linux 2. 2. 5, dynamically linked ( uses shared libs) , not stripped. 输入如下命令： # objcopy-O srec test ts 输人命令： # file ts 输出结果为： Ts: Motorola S-Record; binary data in text format

目标文件信息工具objdump objdump 工具用于显示一个或多个目标文件的信息。由其选项来控制显示哪些特定的信息。 objdump [ -a | --archive-headers ] [ -b bfdname | --target= bfdname ] [ --debugging ] [ -C | --demangle ] [ -d | --disassemble ][ -D | --disassemble-all ] [ --disassemble-zeroes ] [ -EB | -EL | --endian={big | little } ][ -f | --file-headers ] [ -h | --section-headers | --headers ] [ -i | --info ][ -j section | --section= section ] [ -l | --line-numbers ] [ -S | --source ][ -m machine | --architecture= machine ] [ -p | --private-headers][ -r | --reloc ] [ -R | --dynamic-reloc ] [ -s | --full-contents ] [ --stabs ][ -t | --syms ] [ -T | --dynamic-syms ] [ -x | --all-headers ] [ -w | --wide ] [ --start-address= address ] [ --stop-address= address ] [ --prefix-addresses] [ --[no]show-raw-insn ] [ --adjust-vma= offset ] [ --version ] [ --help ] [ object-file...]

C语言库 在嵌入式程序的C语言程序的开发中，C语言库是应用程序所依赖的基础。在C语言库中，提供一些C语言中程序运行的基础，包括标准的库函数，如：printf、malloc、字符串处理等基本函数操作。

在Linux系统中，C语言的运行库也是一组程序，它也依赖于Linux内核，同时所有C语言应用程序则需要依赖C语言的运行库。实际上，C语言的运行库在操作系统的基础上为C语言提供了运行基础。常用C函数库包括以下几种版本： glibc：是桌面Linux系统中使用的C函数库。 μClibc：来自于μClinux项目，体积小。 newlib：与lLClibc的定位类似，由RedHat发布。

ELF文件格式 • ELF（Executable and Linking Format，可执行链接格式）是UNIX系统实验室（USL）作为应用程序二进制接口（Application Binary Interface，ABI）而开发和发布的。工具接口标准委员会(TIS)选择了正在发展中的ELF标准作为工作在32位INTEL体系上不同操作系统之间可移植的二进制文件格式。在Linux下开发程序可以使用ELF格式作为可执行文件以及程序生成过程的中间文件。 • ELF文件格式包括三种主要的类型： • 可执行文件 • 可重定向文件（*.o） • 共享库（*.so）

ELF文件格式 ELF文件从链接器（linker）的角度看，是一些节（sections）的集合；从程序装载器（loader）的角度看，它是一些段（segments）的集合。 ELF格式的程序和共享库具有相同的结构，只是段的集合和节的集合上有些不同。

7.2项目管理 • 工程管理工具Make与Makefile Make和Makefile提供了一种非常简单有效的工程管理方式。使用这种方式管理工程的原理很简单：Makefile是一个决定怎样编译工程的文本文件，按照一定的规则书写。在工程更新的时候，使用GNU的make工具根据当前的Makefile进行工程编译。

Makefile里主要包含5个方面的内容：显式规则、隐式规则、变量定义、文件指示和注释，如表7-3所示。注意：在Makefile中的命令，必须要以<Tab >键开始。这和C语言的等代码源文件有较大差别，在C语言源文件中空格、Tab都是可以忽略的，但是在Makefile中不可以忽略。

GNU make程序具有的使用形式为： make[选项][变量定义][目标] make的选项指出make的工作方式，如表7-4所示。

工程管理工具Make与Makefile /* main.c */ #include "hello.h" int main (int argc,char* argv[]) { hello(argc,argv); return 0; } /* hello.c */ #include <stdio.h> int hello(int argc,char* argv[]) { int i; printf ("Hello world!\n"); for(i = 0;i < argc; i++) printf("argv[%d] = %s\n",i,argv[i]); return 0; } /* hello.h */ int hello(int argc,char* argv[]);

工程管理工具Make与Makefile # Makefile CC := gcc HEAD := hello.h SRC := hello.c main.c OBJS := hello.o main.o TT := hello INC = . CFLAGS = -pipe -w -I$(INC) LDFLAGS = -Wall all:$(TT) $(TT):$(OBJS) $(CC) $(LDFLAGS) $(OBJS) -o $@ %.o:%c $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@ clean: rm -f *.o $(TT)

工程管理工具Make与Makefile # make gcc -pipe -w -I. -c -o hello.o hello.c gcc -pipe -w -I. -c -o main.o main.c gcc -Wall hello.o main.o -o hello # make clean rm -f *.o hello

版本控制 CVS是一种广泛应用的、开源的、透明于网络、程序代码版本的分合控制。明于网络的版本控制系统。CVS支持程序代码版本的储存与维护、程序代码版本的追踪回溯、支持多人合作开发项目等。不过这个广为使用的版本控制工具还有不少问题，包括中文支持和二进制文件的处理都有或多或少的问题。SVN的出现改变了这一现状。 SVN保留大多数CVS 特性,而且进一步支持更多的特性，包括版本化管理目录、重命名和文件meta-data、提交是真实的原子操作、可以通过WebDAV/DeltaV协议进行访问、可以选择独立服务器模式、分支和标签是代价低廉（固定不变的）的操作、高效处理二进制文件等。

7.3 调试器 • GDB调试基础 • 远程GDB调试

GDB调试基础 GDB是一个强大的命令行调试工具。命令行的强大就是在于其可以形成执行序列，形成脚本。UNIX下的软件全是命令行的，这给程序开发提代供了极大的便利，命令行软件的优势在于，它们可以非常容易的集成在一起，使用几个简单的已有工具的命令，就可以做出一个非常强大的功能。一般来说，GDB主要提供四个方面的功能： 1)启动的程序，可以按照自定义的要求随心所欲地运行程序。 2)可让被调试的程序在指定的设置断点处停住（断点可以是条件表达式）。 3)当程序被停住时，可以检查这时程序中所发生的事。 4)动态的改变程序的执行环境。调试方法： # gdb hello 使用gdb启动被调试的程序。

GDB调试基础 GDB调试主要使用的语法为： break 在程序中设置端点 clear 清除所有的已定义的停止点。 info 显示相关的信息，如地址、寄存器、栈信息、输入参数等 next 执行下一行，但是不进入函数，相当于step over step 执行下一行，进入函数，相当于step in run 执行当前调试的程序，可以加参数 quit 退出GDB

远程GDB调试 在远程GDB调试的中，调试器是运行在主机的应用程序，被调试的程序是运行在target上。使用插桩(stub)在目标操作系统和调试器内分别加入某些功能模块，二者互通信息来进行调试。调试器与被调程序的通信：GDB和调试stub通过GDB串行协议进行通信。指定通信端口（串口、并口和网卡）遵循远程调试协议进行通信。GDB串行协议是一种基于消息的ASCII码协议，包含了诸如读写内存、查询寄存器、运行程序等命令。

7.4 Linux开发基础 Linux常用命令介绍 Linux系统下的vi编辑器基于Linux的应用程序的开发步骤

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础 1．帮助命令在所有命令中帮助命令是最有用的命令之一。在Linux中要了解一个命令的用法，可以通过man页面查看命令的详细说明。 2．进入与退出Linux系统进入Linux系统时，必须要输入用户的账号，在系统安装过程中可以建立两种账号，即root和普通用户。root是超级用户账号，通常由系统管理员使用，使用这个账号可以在系统中做任何事情。使用普通用户账号可以进行有限的操作。当用户正确输入用户名和口令后，就能合法地进入系统。屏幕将显示： [root@loclhost/root]# 3．文件操作的常用命令（1）cp命令语法：cp [option]〈source〉〈target〉功能：将文件或目录source复制为target文件或目录。说明：option选项的含义如下。 ● –f：复制时删除已经存在的目录文件而不提示；

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础 ● -i：在覆盖目标文件前，将给出提示要求用户确认，回答“y”时目标文件将被覆盖； ● -p：此时cp除复制源文件的内容外，还将把其修改的时间和访问权限也复制到新文件中； ● -r：若给出的源文件是一目录文件，此时cp将递归复制该目录下所有的子目录和文件，此时目标文件必须是一个目录名。（2）rm命令语法：rm [option] dir 功能：删除一个目录中的一个或多个文件或目录。说明：option选项的含义如下。 ● -f：忽略不存在的文件，不给出提示； ● -r：将参数中列出的全部目录和子目录递归地删除，若没有该选项，rm命令不会删除目录； ● -i：进行交互式删除，以免误操作。例如：rm -rf dir删除当前目录下名为dir的整个目录（包括下面的文件和子目录）。

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础 4．目录操作的常用命令（1）ls命令语法：ls [option] dir/file 功能：显示当前目录文件列表。说明：option选项的含义如下。 ● -a：显示指定目录下所有子目录与文件，包括隐藏文件； ● -c：按文件的修改时间排序。（2）cd命令语法：cd directory 功能：改变工作目录。例如：cd /切换到根目录 cd ..切换到到上一级目录 cd /mnt切换到根目录下的mnt目录

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础（3）pwd命令语法：pwd 功能：显示当前工作目录的绝对路径。（4）mkdir命令语法：mkdir dirname 功能：创建一个名为dirname的目录。（5）rmdir命令语法：rmdir dirname 功能：删除一个名为dirname的空目录。（6）网络配置的相关命令 ifconfig eth0 192.168.0.115设置网卡0的地址为192.168.0.115 ping 192.168.0.83 测试与192.168.0.83的连接是否正常

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础 5．磁盘管理命令（1）mount命令语法：mount [-t vfstype] [-o option] device dir 功能：在Linux系统下挂载设备。说明：各选项的含义如下。 ● -t vfstype：指定文件系统的类型，如Linux文件网络共享类型为nfs。常用的类型还有；光盘或光盘映像：iso9660； DOS fat16文档系统：msdos； Windows 9x fat32文档系统：vfat； Windows NT ntfs文档系统：ntfs； Mount Windows文档网络共享：smbfs。

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础 ● -o option：用于描述设备或档案的挂载方式。 -ro：采用只读方式挂载设备； -rw：采用读/写方式挂载设备。 ● device：要挂载的设备。 ● dir：设备在系统上的挂载点。（2）umount命令语法：umount dir 功能：卸载已经挂载的设备。说明：dir表示设备在系统上的挂载点。

Linux常用命令介绍 嵌入式系统开发的实验基础 6．其他命令（1）insmod命令语法：insmod [-fkmpsvxX][-o <模块名称>][模块文件][符号名称=符号值] 功能：加载驱动模块。说明：Linux有许多功能是模块化设计的，在需要时才载入kernel。这样可使kernel较为精简，进而提高效率。这类可载入的模块，通常是设备驱动程序。（2）rmmod命令语法：rmmod [-as][模块名称...] 功能：卸载驱动模块。说明：执行rmmod指令可删除不需要的模块。参数： ● –a：删除所有目前不需要的模块。 ● –s：把信息输出至syslog常驻服务，而非终端机界面。（3）Ctrl+C命令说明：执行该命令终止运行程序。

Linux系统下的vi编辑器 嵌入式系统开发的实验基础 2．vi的基本操作（1）进入vi。在系统提示符后输入vi及文件名称后，就进入vi全屏幕编辑界面： $ vi myfile 此时是处于命令行模式，按“i”切换到插入模式。（2）在插入模式下编辑文件，编辑完成后按Esc键回到编辑模式。（3）退出vi及保存文件。在命令模式下，按一下“：”冒号键进入命令模式，此时可以保存文件退出vi。例如： :w filename ;将文件以指定的文件名filename保存 :wq ;存盘并退出vi :q! ;不存盘强制退出vi

Linux系统下的vi编辑器 嵌入式系统开发的实验基础 3．vi的常用命令（1）光标移动命令 h：光标左移一个字符； l：光标左移一个字符； k：光标上移一行； j：光标下移一行； ctrl+b：向文件首翻一页； ctrl+f：向文件尾翻一页； ctrl+u：向文件首翻半页； ctrl+d：向文件尾翻半页；

Linux系统下的vi编辑器 嵌入式系统开发的实验基础 0：移到文章的开头； G：移动到文章的最后； $：光标移动到所在行的行尾； ^：光标移动到所在行的行首。（2）删除、复制、替换命令 x：删除光标所在处的字符； dd：删除光标所在行； yy：复制光标所在行到缓冲区； p：将缓冲区内的字符贴到光标所在位置； r：替换光标所在处的字符； R：替换光标所到之处的字符，直到按下Esc键为止； u：取消上一次操作。

基于Linux的应用程序的开发步骤 嵌入式系统开发的实验基础开发Linux应用程序一般分为以下几个步骤。 ● 编写源程序； ● 编写Makefile文件； ● 编译程序； ● 运行和调试程序； ● 将生成的可执行文件加入文件系统。其中前3个步骤在宿主机上完成，后面的步骤在目标机上完成。下面以编写Hello程序为例，说明应用程序的开发过程。 1．建立工作目录 [root@arm2410s]# mkdir hello [root@arm2410s]# cd hello

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