第4章嵌入式Linux程序设计基础课件.ppt

1、LOGO本章要点 1、嵌入式Linux编译器GCC 2、“文件包含”处理 3、make命令和Makefile文件 4、使用 autotools系列工具 5、位运算 单击此处编辑母版副标题样式LOGO4.1 嵌入式Linux编译器 Linux下C语言编译过程 GCC编译器LOGOLinux下C语言编译过程 Linux下的C语言程序设计与在其他环境中的C程序设计一样，主要涉及编辑器、编译链接器、调试器及项目管理工具。（1）编辑器.Linux下的编辑器就如Windows下的记事本、写字板等一样，完成对所录入文字的编辑功能。Linux中最常用的编辑器有vi（vim）和emacs，LOGO（2）编译链接

2、器。编译是指源代码转化生成可执行代码的过程，它所完成的主要工作如图所示。编译过程是非常复杂的，它包括词法、语法和语义的分析、中间代码的生成和优化、符号表的管理和出错处理等。在Linux中，最常用的编译器是gcc编译器。（3）调试器调试器并不是代码执行的必备工具，而是专为方便程序员调试程序而用的。gdb是绝大多数Linux开发人员所使用的调试器，它可以方便地设置断点、单步跟踪等。（4）项目管理器。Linux中的项目管理器“make”有些类似于Windows中Visual c+里的“工程”，它是一种控制编译或者重复编译软件的工具，另外，它还能自动管理软件编译的内容、方式和时机，使程序员能够把精力集

3、中在代码的编写上而不是在源代码的组织上。LOGOGCC编译器 Linux系统下的gcc（GNU C Compiler）是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作之一。gcc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%。GCC编译器能将C、C+语言源程序、汇编程序编译、链接成可执行文件。在Linux系统中，可执行文件没有统一的后缀，系统从文件的属性来区分可执行文件和不可执行文件。LOGOGCC编译器 使用GCC编译程序时,编译过程可以被细分为四个阶段:预处理(Pre-Processing)编译(Compiling)汇编(Asse

4、mbling)链接(Linking)LOGOGCC编译器 gcc通过后缀来区别输入文件的类别：.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库文件 .C，.cc或.cxx 为后缀的文件:是C+源代码文件 .h为后缀的文件:头文件 .i 为后缀的文件:是已经预处理过的C源代码文件 .ii为后缀的文件:是已经预处理过的C+源代码文件 .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 .S为后缀的文件:是经过预编译的汇编语言源代码文件。LOGO起步（演示）hello.c：#include int main(void)printf(Hello wo

5、rld!n);return 0;编译和运行这段程序:#gcc hello.c-o hello#./hello 输出：Hello world!LOGOGcc的基本用法和选项 Gcc最基本的用法 gcc options filenames -c：只编译，不连接成为可执行文件。-o output_filename：确定输出文件的名称为output_filename，同时这个名称不能和源文件同名。-g：产生符号调试工具(GNU的gdb)所必要的符号资讯，要想对源代码进行调试，我们就必须加入这个选项。-O：对程序进行优化编译、链接，采用这个选项，整个源代码会在编译、链接过程中进行优化处理，产生的可执行文

6、件的执行效率较高。-O2，比-O更好的优化编译、连接，当然整个编译、连接过程会更慢。LOGO编译选项(optimize.c)#include int main(void)double counter;double result;double temp;for(counter=0;counter 2000.0*2000.0*2000.0/20.0+2020;counter+=(5-1)/4)temp=counter/1979;result=counter;printf(Result is%lfn,result);return 0;LOGO 1.gcc optimize.c-o optimizet

7、ime./optimize 2.gcc O optimize.c-o optimizetime./optimize 对比两次执行的输出结果不难看出,程序的性能的确得到了很大幅度的改善LOGO -static：静态链接库文件 例：gcc static hello.c-o hello 库有动态与静态两种，动态通常用.so为后缀，静态用.a为后缀。例如：libhello.so libhello.a。当使用静态库时，连接器找出程序所需的函数，然后将它们拷贝到可执行文件，一旦连接成功，静态程序库也就不再需要了。然而，对动态库而言，就不是这样，动态库会在执行程序内留下一个标记指明当程序执行时，首先必须载入

8、这个库。由于动态库节省空间，linux下进行连接的缺省操作是首先连接动态库。演示：静态链接与动态链接可执行文件大小比较LOGO-Wall：生成所有警告信息-w：不生成任何警告信息LOGO4.2“文件包含”处理 1、头文件 在C语言中，需要利用头文件来定义结构、常量以及声明函数的原型。大多数C的头文件都存放在/usr/include及其子目录下。引用以上目录中的头文件在编译的时候无需加上路径，但如果程序中引用了其他路径的头文件，需要在编译的时候用 I 参数。LOGO4.2“文件包含”处理-Idirname:将dirname所指出的目录加入到程序头文件目录列表中。C程序中的头文件包含两种情况#in

9、clude#include“B.h”对于，预处理程序cpp在系统预设的头文件目录(如/usr/include)中搜寻相应的文件；而对于”，cpp在当前目录中搜寻头文件。这个选项的作用是告诉cpp，如果在当前目录中没有找到需要的文件，就到指定的dirname目录中去寻找。例：gcc foo.c-I/home/include-o fooLOGO -lname：在连接时，装载名字为“libname.a”的函数库，该函数库位于系统预设的目录或者由-L选项确定的目录下。例如，-lm表示连接名为“libm.a”的数学函数库。例：gcc foo.c-L/home/lib-lfoo-o fooLOGO 2、“

10、文件包含”处理“文件包含”处理，意思是把另外一个源文件的内容包含到本程序中来。其作用是减少编写程序的重复劳动，即把一些要重复使用的东西，编写到一个“头文件”（*.h）中，然后在程序中用 include命令来实现“文件包含”的操作。LOGO 例如：n=1+2+3+100 求和运算。1#include 2int main()3int x=100,s=0,i=1;5while(i=x)6s=s+i;7i+;8 9printf(sum=%dn,s);10 return 0;11LOGO 为了让加法部分能重复使用，将加法部分写成一个函数int sum(int n)。int mysum(int n)int

11、 i=1,ss=0;while(i=n)ss=ss+i;i+;return(ss);LOGO 再在主函数中调用它 1#include 2int mysum(int n);3int main()4 5int x=100;6int s=0;7s=mysum(x);8printf(sum=%dn,s);9return 0;10LOGO 注意：上述程序中的第2行语句 int mysum(int n);是必不可少的。由于mysum(int n)函数的定义是从第11行语句开始，而调用mysum(int n)函数的语句在第7行。因此，要在调用之前声明这个函数。下面进一步将程序中具有独立功能的mysum()函

12、数分割出来。该程序可分割为下列3个程序：mysum.h、mysum.c和ex_sum.c。LOGO（1）程序mysum.h：1 /*mysum.h */2 int mysum(int n);（2）程序mysum.c：1./*mysum.c */2.int mysum(int n)3.4.int i=1,ss=0;5.while(i=n)6.ss=ss+i;7.i+;8.9.return(ss);10.LOGO 主程序ex_sum.c：1./*ex_sum.c */2.#include 3.#include mysum.h 4.int main()5.6.int x=100;7.int s=0;

13、8.s=mysum(x);9.printf(sum=%dn,s);10.return 0;11.LOGO 在Linux环境下，执行编译程序命令：gcc ex_sum.c mysum.c -o sum 此命令将ex_sum.c和 mysum.c编译成一个在Linux环境下的可执行文件sum。在Linux环境下运行可执行文件sum，./sum 结果如下：sum=5050LOGO4.3Make命令和Makefile工程管理 Linux程序员必须学会使用GNU make来构建和管理自己的软件工程。GNU 的make能够使整个软件工程的编译、链接只需要一个命令就可以完成。make在执行时,需要一个命名为

14、Makefile的文件。Makefile文件描述了整个工程的编译，连接等规则。其中包括：工程中的哪些源文件需要编译以及如何编译；需要创建那些库文件以及如何创建这些库文件、如何最后产生我们想要得可执行文件。LOGO Makefile 是 一个配置文件。Makefile 中通常包含如下内容：用于说明如何生成一个或多个目标文件规则 需要由make 工具创建的目标体，通常是目标文件或可执行文件；要创建的目标体所依赖的文件；创建每个目标体时需要运行的命令。LOGO Makefile的格式为：targets:prerequisitescommand 目标依赖命令main.o:main.cgcc c mai

15、n.c 目标？依赖？命令？*命令需要以【TAB】键开始*LOGO认识Make 编写一个Makefile文件如下：sum:ex_sum.o mysum.o gcc ex_sum.o mysum.o-o sum ex_sum.o：ex_sum.cgcc-c ex_sum.c mysum.o:mysum.c mysum.hgcc-c mysum.cLOGO 注意，“gcc ex_sum.c mysum.c-o sum”前面不是空格，而是按下“tab”键的符号位。我们将其保存为：makefile，文件名没有后缀。然后，在Linux环境下执行make，其运行结果如下：#make gcc-c ex_sum

16、.c gcc-c mysum.c gcc ex_sum.o mysum.o-o sum 将ex_sum.c和 mysum.c编译成在Linux环境下的可执行文件sum。LOGO 在Makefile 中，规则的顺序是很重要的，因为，Makefile中只应该有一个最终目标，其它的目标都是被这个目标所连带出来的，所以一定要让make知道你的最终目标是什么。一般来说，定义在Makefile中的目标可能会有很多，但是第一条规则中的目标将被确立为最终的目标。LOGO伪目标 Makefile中把那些没有任何依赖只有执行动作的目标称为“伪目标”（phony targets）。.PHONY:cleanclean

17、:rm f hello main.o func1.o func2.o“.PHONY”将“clean”目标声明为伪目标LOGO文件名 make命令默认在当前目录下寻找名字为makefile或者Makefile的工程文件，当名字不为这两者之一时，可以使用如下方法指定：make f 文件名LOGO示例 该程序有mytool1.h、mytool2.h、mytool1.c、mytool2.c 等文件需要编译。编写Makefile文件：main:main.o mytool1.o mytool2.o gcc-o main main.o mytool1.o mytool2.o main.o:main.c gc

18、c-c main.c mytool1.o:mytool1.c mytool1.h gcc-c mytool1.c mytool2.o:mytool2.c mytool2.h gcc-c mytool2.cLOGO 再次运行make，这时，make 会自动检查相关文件的时间戳。首先，在检查“main”、“main.o”、“mytool1.o”和“mytool2.o”这3 个文件的时间戳之前，它会向下查找那些把“main.o”、“mytool1.o”或“mytool2.o”作为目标文件的时间戳。如果这些文件中任何一个的时间戳比它们新，则用gcc命令将此文件重新编译。这样，make 就完成了自动检查

19、时间戳的工作，开始执行编译工作。这也就是 Make 工作的基本流程。LOGOMakefile 变量hello:main.o func1.o func2.ogcc main.o func1.o func2.o-o hello 思考1：如果要为hello目标添加一个依赖，如：func3.o，该如何修改？答案1：hello:main.o func1.o func2.o func3.ogcc main.o func1.o func2.o func3.o-o hello 答案2：obj=main.o func1.o func2.o func3.ohello:$(obj)gcc$(obj)-o hello

20、LOGOMakefile 变量 为了进一步简化编辑和维护 Makefile，make 允许在 Makefile 中创建和使用变量。变量是在 Makefile 中定义的名字，用来代替一个文本字符串，该文本字符串称为该变量的值。在Makefile 中的变量定义有两种方式：一种是递归展开方式，另一种是简单方式。递归展开方式的定义格式为：VAR=var。简单扩展方式的定义格式为：VAR：=var。Make 中的变量无论采用哪种方式定义使用时格式均为：$(VAR)。LOGO例如 OBJS=main.o mytool1.o mytool2.o CC=gcc main:$(OBJS)$(CC)$(OBJS)

21、-o main main.o:main.c$(CC)-c main.c mytool1.o:mytool1.c mytool1.h$(CC)-c mytool1.c mytool2.o:mytool2.c mytool2.h$(CC)-c mytool2.cLOGO 在makefile中，存在系统默认的自动化变量$：代表所有的依赖文件$：代表目标$：代表第一个依赖文件 例：hello:main.o func1.o func2.ogcc main.o func1.o func2.o-o hello=hello:main.o func1.o func2.ogcc$-o$LOGO进一步简化 OBJS

22、=main.o mytool1.o mytool2.o CC=gcc main:$(OBJS)$(CC)$-o$main.o:main.c$(CC)-c$-o$mytool1.o:mytool1.c mytool1.h$(CC)-c$-o$mytool2.o:mytool2.c mytool2.h$(CC)-c$-o$LOGO Makefile中“#”字符后的内容被视作注释。hello:hello.cgcc hello.c o hello:取消回显LOGO隐式规则（Implicit Rule）在我们使用Makefile时，有一些语句经常使用，而且使用频率非常高的东西，隐式规则能够告诉 make

23、使用默认的方式来完成编译任务，这样，当用户使用它们时就不必详细指定编译的具体细节，而只需把目标文件列出即可。Make 会自动按隐式规则来确定如何生成目标文件。OBJS=main.o mytool1.o mytool2.oCC=gccmain:$(OBJS)$(CC)$-o$LOGO模式规则（Pattern Rule）模式规则规定，在目标文件的定义时需要用“%”字符。“%”的意思是表示一个或多个任意字符，与文件名匹配。例如：“%.c”表示以“.c”结尾的文件名（文件名的长度至少为3），而“s.%.c”则表示以“s.”开头，“.c”结尾的文件名（文件名的长度至少为5个字符）。OBJS=main.o

24、 mytool1.o mytool2.oCC=gccmain:$(OBJS)$(CC)$-o$%.o:%.c$(CC)-c$-o$LOGO 如果一个目标在Makefile中的所有规则都没有命令列表，make会尝试在内建的隐含规则（Implicit Rule）数据库中查找适用的规则。make的隐含规则数据库可以用make-p命令打印，打印出来的格式也是Makefile的格式，包括很多变量和规则。LOGO#default OUTPUT_OPTION=-o$#default CC=cc#default COMPILE.c=$(CC)$(CFLAGS)$(CPPFLAGS)$(TARGET_ARCH)

25、-c%.o:%.c#commands to execute(built-in):$(COMPILE.c)$(OUTPUT_OPTION)$LOGO#号在Makefile中表示单行注释，就像C语言的/注释一样。CC是一个Makefile变量，用CC=cc定义和赋值，用$(CC)取它的值，其值应该是cc。Makefile变量像C的宏定义一样，代表一串字符，在取值的地方展开。cc是一个符号链接，通常指向gcc，在有些UNIX系统上可能指向另外一种C编译器。CFLAGS这个变量没有定义，$(CFLAGS)展开是空，CPPFLAGS和TARGET_ARCH也是如此。这样$(COMPILE.c)展开应该是

26、cc空空空-c，去掉所有的“空”得到cc-c，注意中间留下4个空格，所以%.o:%.c规则的命令$(COMPILE.c)$(OUTPUT_OPTION)$展开之后是cc-c-o$，和上面的编译命令已经很接近了。LOGO%.o:%.c是一种特殊的规则，称为模式规则（Pattern Rule）。现在回顾一下整个过程，在我们的Makefile中以hello.o为目标的规则都没有命令列表，所以make会查找隐含规则，发现隐含规则中有这样一条模式规则适用，hello.o符合%.o的模式，现在%就代表hello（称为hello.o这个名字的Stem），再替换到%.c中就是hello.c。LOGOGDB程序

27、调试 GDB是GNU发布的一款功能强大的程序调试工具。GDB主要完成下面三个方面的功能：1、启动被调试程序。2、让被调试的程序在指定的位置停住。3、当程序被停住时，可以检查程序状态（如变量值）。LOGO起步(tst.c)#include void main()int i;long result=0;for(i=1;i=100;i+)result+=i;printf(result=%d n,result);LOGOGDB快速进阶 1.编译生成可执行文件：gcc-g tst.c-o tst 2.启动GDBgdb tst 3.在main函数处设置断点break main 4.运行程序run 5.单步

28、运行next 6.继续运行continueLOGO启动GDB 1.gdb 调试程序名例：gdb helloworld 2.gdbfile 调试程序名LOGOGDB命令 list(l)查看程序 break(b)函数名 在某函数入口处添加断点 break(b)行号 在指定行添加断点 break(b)文件名:行号 在指定文件的指定行添加断点 break(b)行号if 条件 当条件为真时，指定行号处断点生效，例b 5 if i=10，当i等于10时第5行断点生效LOGOGDB命令 info break 查看所有设置的断点 delete 断点编号 删除断点 run(r)开始运行程序 next(n)单步运

29、行程序(不进入子函数)step(s)单步运行程序(进入子函数)continue(c)继续运行程序 print(p)变量名 查看指定变量值 finish 运行程序,直到当前函数结束 watch 变量名 对指定变量进行监控 quit(q)退出gdbLOGO4.5位运算LOGO4.5.1位运算符 C语言提供了六种位运算符：&（按位与）、|（按位或）、（按位异或）、（取反）、（右移）。LOGO1、按位与运算 位运算符 按位与运算：只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1，否则为0。参与运算的数以补码方式出现。例如：9&5可写成算式如下：可见 9&5=1。LOGO 按位与运算通常用来对某些位清0或保留

30、某些位。例如把a 的高八位清0，保留低八位，可作 a&0 x00ff 运算（0 x00ff的二进制数为0000000011111111）。main()int a=9,b=5,c;c=a&b;printf(a=%d/nb=%d/nc=%d/n,a,b,c);LOGO2、按位或运算 只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1。例如：9|5可写算式如下：可见9|5=13。LOGO main()int a=9,b=5,c;c=a|b;printf(a=%d/nb=%d/nc=%d/n,a,b,c);LOGO3、按位异或运算 当两对应的二进位相异时，结果为1。例如95：main()int a=9;a

31、=a15;printf(a=%d/n,a);LOGO4、求反运算 其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。例如，9的运算为：(0000000000001001)结果为：1111111111110110。LOGO5、左移运算 把“”左边的运算数的各二进位全部左移若干位，由“”右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补0。LOGO例如：a”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，“”右边的数指定移动的位数。例如：设 a=15，a2表示把000001111右移为00000011(十进制3)。LOGO4.5.2 位表达式 将位运算符连接起来所构成的表达式称为位表达式。在这些位运算符中，其优先级依次为：（

32、取反运算符）、（左移或右移）、&（按位与）或|（按位或）或（按位异或）。LOGO a =5;就等价于：a =a 5;再比如：GPDR&=0 xff;我们将其展开：GPDR=GPDR&(0 xff);GPDR=GPDR&0 x00;完成了对GPDR的清0。LOGO 一个常用的操作是用&来获取某个或者某些位。例如获取整数x中的低4位可以写成 x&=0 x0F;x=x&0 x0F;LOGO 也可以用|、&、等配合来设置和清除某位或者某些位。例如:x&=0 x1;即：x=x&0 x1;/*清除x的最后一位,即第0位*/x&=(0 x15);即：x=x&(0 x15);/*清除x的低5位*/x|=0 x1;即：x=x|0 x1;/*将最后一位(即第0位)设置为1*/x|=(0 x16);即：x=x|(0 x16);/*将x的第6位设置为1*/LOGO本章小结 本章是在嵌入式Linux中进行程序设计的基础，介绍了Gcc编译器的使用，虽然它的选项较多，但掌握常用的一些选项即可。介绍了Make工程管理器的使用，这里包括Makefile的基本结构、Makefile的变量定义及其规则和make命令的使用。还介绍了autotools的使用，这在项目设计中是非常有用的工具。最后简单介绍了位运算。