嵌入式系统基础-第九讲-嵌入式交叉编译解读.ppt

嵌入式系统基础,第九讲 嵌入式交叉编译基础,,2019/6/22,1,嵌入式交叉编译基础,交叉开发环境：宿主机调试通道目标机“在谁的上面编写运行在谁上的程序的问题”,1 嵌入式交叉编译环境简介,交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。 平台分别指的是主机平台Host和目标平台Target。 就我们在ARM平台上移植Linux来说，Host是一台一般的PC机，它通过串口或网络接口与Target通信； Target是arm-linux平台（这里说的arm指的是平台所使用的CPU是ARM9处理器，linux指的是运行的操作系统是Linux）。 我们在Host上开发程序，并在这个平台上运行交叉编译器Cross Complier，编译我们的程序,而由Cross Complier生成的程序将在Target上运行。,1 嵌入式交叉编译环境简介,需要交叉编译的原因： 首先，在项目的起始阶段，目标平台尚未建立，因此需要做交叉编译，以生成我们所需要的Boot loader以及kernel(因为Bootloader和kernel的源码需要经过交叉编译后才可以在目标平台上运行)； 其次，当目标平台能启动之后，由于目标平台上资源的限制，当我们编译大型程序时，依然可能需要用到交叉编译。,1 嵌入式交叉编译环境简介,NFS服务可以使网络上的同为Linux或Unix系统主机共享文件系统(Net FileSystem)。 NFS可以将远程文件系统载入在本地文件系统下。远程的硬盘、目录和光驱都可以变成本地主机目录树中的一个子目录。 载入后与处理自己的文件系统一样使用即可。不只方便，也节省了重复保存文件的空间、传输文件的时间及网络带宽。,2 NFS服务,如何进行程序调试？编译后如何，共享等等,NFS特点 NFS系统也使用C/S体系结构，就是有服务器端与客户端 服务器端提供共享的文件系统，必须把文件系统输出(export)出去 客户端则要把文件系统载入到自己的系统下 使用NFS，需要在服务器端设置输出，在客户端设置载入,2 NFS服务,NFS服务器端配置 (1)关闭防火墙 (2)配置共享目录 -客户端主机IP范围 (3)主机IP (4)启动NFS服务,NFS客户端 (1)设置客户端IP地址 (2)挂载共享目录,mount -t nfs 主机ip:共享目录 挂载点,注意事项：关闭防火墙，主机与客户端在同一ip段,mount -t nfs o nolock 主机ip:/arm2410s /host,2 NFS服务,混合开发模式的必要： 由于初学者对Linux系统不是很熟悉，通常会采用Windows下强大的编辑工具，通过共享再在Linux系统下进行编译、调试等工作。 （1）VMware虚拟机设置共享 （2）SSH客户端软件 （3）Windows下的文本编辑工具,3 Windows和Linux混合开发模式,（1）VMware虚拟机设置共享-1,3 Windows和Linux混合开发模式,（2）SSH客户端软件,SSH的英文全称：Secure Shell SSH把所有传输的数据进行加密，并且SSH客户端软件可将传输的数据进行压缩后再传输。 （1）PuTTY （2）Secure Shell Client,3 Windows和Linux混合开发模式,（3）Windows下的文本编辑工具, UltraEdit-32 Source Insight,3 Windows和Linux混合开发模式,gcc（GNU C Compiler） 能将C、C+语言源程序、汇编语言程序和目标程序编译、连接成可执行文件。 是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，可以在多种硬体平台上编译出可执行程序，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%30%。,4 GCC编译器,gcc的执行过程 使用gcc由C语言源代码文件生成可执行文件的过程要经历四个相互关联的步骤 1、预处理(也称预编译，Preprocessing) 对头文件（include）、预编译语句（如define等）进行分析预处理器cpp 2、编译(Compilation) 将预处理后的文件转换成汇编语言,生成文件.s编译器ccl 3、汇编(Assembly) 由汇编变为目标代码(机器代码)，生成.o的文件汇编器as 4、连接(Linking) 连接目标代码,生成可执行程序链接器ld,4 GCC编译器,四个相互关联的步骤源文件.c 1、.c源文件 2、生成.i文件 3、生成文件.s 4、生成.o的文件 5、生成可执行程序,4 GCC编译器,GNU C 的使用 基本语法 gcc options filenames 说明： 在gcc后面可以有多个编译选项，同时进行多个编译操作。 当你不用任何选项编译一个程序时，GCC将会建立(假定编译成功)一个名为a.out的可执行文件。,4 GCC编译器,gcc选项 -o选项 你能用 -o 编译选项来为将产生的可执行文件指定一个文件名来代替 a.out。 例：gcc o count count.c -c选项：告诉GCC仅把源代码编译为目标代码, 而取消连接的步骤。缺省时GCC建立的目标代码文件有一个.o的扩展名。 例：gcc c test2.c -E 只运行 C 预编译器。 -S 编译选项告诉 gcc 在为 C 代码产生了汇编语言文件后停止编译。,4 GCC编译器,-include file 功能相当于在代码中使用#include 例子用法: gcc -o example example.c -include /usr/include /stdio.h -I 用来指定头文件目录. /usr/include目录一般是不用指定的,但是如果头文件不在/usr/include里我们就要用-I参数指定了； 比如头文件放在/myinclude目录，那编译命令行就要加上 - Imyinclude参数了，如果不加你会得到一个“xxxx.h: No such file or directory”的错误。,4 GCC编译器,Gdb（GNU debugger）是GNU开发组织发布的一个强大的Unix/Linux下的程序调试工具。 是一个命令行的调试器，但gdb具有比很多图形化调试器更强大的功能。 可以调试各种程序，包括C,C+,JAVA,PASCAL等具有远程调试功能对嵌入式非常有用,5 Gdb调试器,Gdb主要可以完成下面任务： （1）启动程序，并可以指定某些参数控制程序的运行 （2）可让被调试的程序在用户所指定的断点处停住 （3）当程序停止时，检查程序的状态 （4）动态地改变程序的参数，可以避过bug，继续查找其他的问题,5 Gdb调试器,gdb program也就是你的执行文件，一般在当前目录下,5 Gdb调试器,Gdb的命令可以使用help命令来查看，help命令只是列出gdb的命令种类。 使用help命令，显示class种类中的所有命令。 使用help命令，查看command命令的帮助。 Gdb中输入命令时，可以不用输入命令的全称，只用输入命令的前几个字符就可以。 在linux下，可以按两次TAB键来补齐命令的全称。 Gdb中运行Linux的shell程序，如shell 。,5 Gdb调试器,5 Gdb调试器,加载要调试的执行文件 file 加载要调试的执行程序exec。,5 Gdb调试器,查看源代码 list 显示程序第linenum行的周围的源程序 list 显示函数名为function的函数周围的源程序 list 显示当前行后面的源程序 list - 显示当前行前面的源程序 set listsize n 设置一次显示源代码的行数 show listsize 查看当前listsize的设置,5 Gdb调试器,设置断点（BreakPoint） break-进入指定函数时停住。 break-在指定行号停住,5 Gdb调试器,清除断点 delete breakpoints range 删除指定的断点，breakpoints为断点号，range表示断点号的范围（如：2-4）。如果不指定断点号，则表示删除所有的断点。其简写命令为d。 比删除更好的一种方法是disable断点，disable了断点，gdb不会删除，当还需要时，enable即可，就好像回收站一样。,5 Gdb调试器,设置观察点 观察点一般用来观察某个表达式的值是否变化了。 watch 为表达式（变量）expr设置一个观察点。一旦表达式值有变化时，马上停住。 info watchpoints 列出当前设置的所有观察点,5 Gdb调试器,run (r) 从程序开始运行程序 continue (c) 恢复程序运行，直到程序结束，或是下一个断点到来。 step (s) 单步执行，进入调用的函数的内部 next (n) 单步执行，不会进入调用的函数内部 finish (f) 如果已进入了某函数，而想退出该函数返回到它的调用函数中,5 Gdb调试器,练习1（1） 键入vi，编辑一个新文件exam.c。其内容如下： #include main() int a,i=0; a=0; while(i10) a=a+2; printf(“the value of a=%d n“,a); sleep(1); i=i+1; ,5 Gdb调试器,练习1（2） 保存退出exam.c 编译exam.c 。 使用 gcc -o examo exam.c 使用 gcc - g -o gexam exam.c 比较gexam 与 examo的大小，因为 gexam含有调试信息，所以gexam比 examo大。 执行gexam与examo 执行examo 键入 ./examo 。这里./表示当前目录 执行gexam 键入 ./gexam。,练习1（3） 使用gdb调试程序 （1）启动gdb程序 (gdb)gdb （2）读入调试程序 (gdb)file gexam （3）列出相应于正在执行的程序的原文件内容 (gdb)list （4）在程序a=0;处设置一个断点 (gdb)break 4（注：这里4 为程序a=0;所在程序的行号） （5）在程序printf(“the value of a=%d n”,a);处设置一个断点 （6）执行该程序 (gdb)run （7）查看变量a的值 (gdb)print a （8）查看变量a的类型(gdb)whatis a （9）执行下一个源程序行(gdb)next （10）从断点开始继续执行到下一个断点 (gdb)continue （11）查看变量a的值(gdb) print a ，看看a是否有变化 （12）不停地执行（gdb）continue，直到程序结束。 （13）退出gdb quit,练习2：程序功能为先显示一个字符串，再反序显示，使用GDB找出其中的错误并改正 #include void my_print(char *string) printf (“The string is %sn“, string); void my_print2 (char *string) char *string2; int size, i; size = strlen (string); string2 = (char *) malloc (size + 1); for (i = 0; i size; i+) string2size - i = stringi; string2size+1 = 0; printf (“The string printed backward is %sn“, string2); ,练习2：程序功能为先显示一个字符串，再反序显示，使用GDB找出其中的错误并改正 int main() char my_string = “hello there“; my_print (my_string); my_print2 (my_string); return; ,Make工具及makefile文件概述 Makefile基本知识 Makefile应用 1）为单个文件编写makefile 2）为多个文件编写makefile 3）使用不同目录的文件的makefile的写法,6 Makefile工具,Make工具及makefile文件概述,GNU Make是程序自动维护工具 在大型的开发项目中，通常有几十到上百个的源文件，如果每次均手工键入 gcc 命令进行编译的话，则会 非常不方便。因此，人们通常利用 make 工具来自动完成编译工作。 这些工作包括： 1）如果仅修改了某几个源文件，则只重新编译这几个源文件； 2）如果某个头文件被修改了，则重新编译所有包含该头文件的源文件。,Makefile基本知识,基本makefile结构 Makefile由一系列规则组成，规则格式如下： 其中： target需要由 make 工具创建的项目，通常是目的文件和可执行文件。 通常使用“目标（target）”一词来表示要创建的项目。 prerequisites 要创建的项目依赖于哪些文件。 command 创建每个项目时需要运行的命令。 注：命令前面需要敲入tab键，而不是空格！,target : prerequisites 依赖关系 command 命令,Make工具及makefile文件概述,Make及makefile原理 GNU make的主要工作是读进文本文件makefile。这些文件主要是有关那些文件（目的文件）是从哪些别的文件（依靠文件）中产生的，用什么命令来进行这个产生的过程。 有了这些信息，make会检查磁盘上的文件，如果目的文件的时间比至少它的一个依靠文件旧，Make将执行相应的命令，以便更新目的文件。目的文件不一定是最后的可执行文件，它可以是任何一个文件。,Makefile基本知识,Makefile实例： makefile开始 myprog : foo.o bar.o gcc foo.o bar.o -o myprog foo.o : foo.c foo.h bar.h gcc -c foo.c -o foo.o bar.o : bar.c bar.h gcc -c bar.c -o bar.o clean: -rm *.o myprog makefile结束,实例说明 从上面的例子注意到，第一个字符为 # 的行为注释行。 第一个非注释行指定 myprog为目标，并且依赖于 foo.o 和bar.o 文件。 foo.o 和bar.o文件又各自有自己的依赖规则 makefile中一般都有clean规则，在重新编译之前删除以前生成的各个文件，此条规则没有依赖文件 使用make工具的执行makefile的命令为： make或make makefile 缺省文件名为当前目录下的makefile或Makefile或 GNUmakefile ，也可以使用命令行参数f指定文件名: 例如 make f filename,Makefile基本知识,实例说明 如果没有“-f”参数，在Linux中， GNU make 工具在当前工作目录中按照GNUmakefile、makefile、Makefile的顺序搜索 makefile文件。 通过命令行参数中的target ，可指定make要编译的目标，并且允许同时定义编译多个目标，操作时按照从左向右的顺序依次编译target选项中指定的目标文件。 如果命令行中没有指定目标，则系统默认target指向描述文件中第一个目标文件。 如 make make clean,Makefile基本知识,Makefile变量 环境变量： （1）存储文件名列表。 （2）存储可执行文件名。 （3）存储编译器标识。 （4）存储参数列表。 比如我们利用makefile变量把上面的makefile文件重写一遍。,Makefile基本知识,Makefile变量 使用环境变量后的makefile实例 =makefile开始= OBJS=foo.o bar.o CC=gcc CFLAGS=-Wall O g EXEC=myprog $(EXEC):$(OBJS) $(CC) $(OBJS) o $(EXEC) foo.o:foo.c foo.h bar.h $(CC) $(CFLAGS) c foo.c o foo.o bar.o:bar.c bar.h $(CC) $(CFLAGS)bar.c o bar.o =makefile结束=,Makefile变量 内部变量： $-扩展成当前规则的目的文件名 $ -扩展成依靠列表中的第一个依靠文件 $ -扩展成整个依靠的列表 利用这些变量，可以把上面的makefile写成：,Makefile基本知识,Makefile变量 =makefile开始= OBJS = foo.o bar.o CC = gcc CFLAG =-Wall O g myprog:$(OBJS) $(CC) $ -o $ foo.o:foo.c foo.h bar.h $(CC) $(CFLAG) c $ -o $ bar.o:bar.c bar.h $(CC) $(CFLAG) c $ -o $ =makefile结束=,Makefile变量 内部变量： $-扩展成当前规则的目的文件名 $ -扩展成依靠列表中的第一个依靠文件 $ -扩展成整个依靠的列表 利用这些变量，可以把上面的makefile写成：,为单个文件编写makefile 编写hello.c程序 #include int main(void) printf(“Hello world!n“); return 0; ,执行： $ vi Makefile =makefile开始= # This is a sample CC = gcc all:hello.o $(CC) o hello hello.o hello.o:hello.c $(CC) c o hello.o hello.c clean: rm *.o hello =makefile结束=,为多个文件编写makefile 有四个文件menu.c，music.c，picture.c，menu.h /*menu.c*/,#include #include“menu.h” int main(void) int choice; printf(“-welcome you ! -n“); printf(“ * 1 music! *n“); printf(“ * 2 picture! *n“); printf(“-have a choice!-n“); scanf(“d“,switch(choice) case 1: music(); break; case 2: picture(); break; printf(“Good Bye!n“); return 0; ,Makefile应用,为多个文件编写makefile /*music.c*/ #include #include void music(void) printf(“Listen to music!n“); ,Makefile应用,为多个文件编写makefile /*picture.c*/ #include void picture(void) printf(“Have a look at picture!n“); ,Makefile应用,为多个文件编写makefile /* menu.h */ void music(void); void picture(void);,Makefile应用,为多个文件编写makefile 几个文件间的依赖关系,Makefile应用,上面程序的makefile： =makefile开始= CC=gcc all:menu.o music.o picture.o $(CC) menu.o music.o picture.o -o menu menu.o:menu.c menu.h $(CC) -c menu.c -o menu.o music.o:music.c $(CC) -c music.c -o music.o picture.o:picture.c $(CC) -c picture.c -o picture.o clean: rm *.o menu =makefile结束=,Makefile应用,上面程序的makefile：实际上，可以用$代表目标文件，$代表源文件，于是可以将makefile写成这样： =makefile开始= CC=gcc all:menu.o music.o picture.o $(CC) $ -o menu menu.o:menu.c menu.h $(CC) -c $ -o $ music.o:music.c $(CC) -c $ -o $ picture.o:picture.c $(CC) -c $ -o $ clean: rm *.o menu =makefile结束=,Makefile应用,上面程序的makefile：由于各个文件的编译命令几乎没有什么差别，可以使用通配符%或*进一步简化 ： =makefile开始= CC=gcc all:menu.o music.o picture.o $(CC) $ -o menu %.o:%.c $(CC) -c -o $ $ clean: rm *.o menu =makefile结束=,Makefile应用,使用不同目录的文件的makefile的写法 假设程序的目录结构如下： bin 存放生成的可执行文件(menu) obj 存放.o文件(menu.o,music.o,picture.o) include 存放.h文件(menu.h) src 存放源程序文件和makefile(menu.c,picture.c,music.c),Makefile应用,=makefile开始= CC=gcc all:/obj/menu.o /obj/music.o /obj/picture.o $(CC) -o /bin/menu $ /obj/menu.o:./menu.c /include/menu.h $(CC) -o $ -c $ -I /include /obj/music.o:./music.c $(CC) -o $ -c $ /obj/picture.o:./picture.c $(CC) o $ -c $ clean: rm /bin/menu =makefile结束=,=makefile开始= CC=gcc SRC_DIR = ./ OBJ_DIR = /obj/ BIN_DIR = /bin/ INC_DIR = /include all:$(OBJ_DIR)menu.o $(OBJ_DIR)music.o $(OBJ_