裸机上的C标准库

我主要在移植Linux的设备上进行开发，因此标准C库通过实现具有标准化行为的系统调用来提供许多功能。

但是对于裸机，没有底层操作系统。是否有一个与应如何实现ac库有关的标准，或者当您切换到提供不同BSP的新板时是否必须重新学习库实现的特殊性？

是的，有一个标准，只是C标准库。库函数不需要“完整的”操作系统，也不需要任何操作系统，并且有许多针对“裸机”代码的实现，Newlib 也许是最著名的。

以Newlib为例，它要求您编写一小部分核心功能，主要是如何在系统中处理文件和内存分配。如果您使用的是通用目标平台，则很可能有人已经为您完成了这项工作。

如果您使用的是linux（可能还包括OSX，甚至还有cygwin / msys？）和type man strlen，它应该有一个名为like之类的部分CONFORMING TO，它将告诉您实现符合特定标准。这样，您就可以确定所使用的功能是标准功能还是取决于特定的操作系统。

是否有一个与应如何实现ac库有关的标准，或者当您切换到提供不同BSP的新板时是否必须重新学习库实现的特殊性？

首先，C标准定义了一种称为“独立”的实现，而不是“托管”的实现（这是我们大多数人所熟悉的，底层操作系统支持的所有C函数）。

A“独立”的实施需要定义只有C库头的子集，即那些不要求支持或功能甚至定义（他们只是做#defineS和typedef补）：

• <float.h>
• <iso646.h>
• <limits.h>
• <stdalign.h>
• <stdarg.h>
• <stdbool.h>
• <stddef.h>
• <stdint.h>
• <stdnoreturn.h>

在迈向托管实现的下一步时，您会发现只有很少的函数真正需要以任何方式与“系统”接口，而其余的库可在这些“原语”之上实现”。在实现PDCLib时，我做了一些努力将它们隔离在单独的子目录中，以便在将lib移植到新平台时轻松识别（括号中的Linux端口示例）：

• getenv()（extern char * * environ）
• system()（fork()/ execve()/ wait()）
• malloc()和free()（brk()/ sbrk()）
• _Exit()（_exit()）
• time() （尚未实施）

对于<stdio.h>（可以说是C99头中最“涉及OS的”）：

• 打开文件的某种方法（open()）
• 关闭它的某种方法（close()）
• 删除它的某种方法（unlink()）
• 重命名它的某种方式（link()/ unlink()）
• 写入的某种方式（write()）
• 某种读取方式（read()）
• 在其中重新定位的某种方法（lseek()）

库的某些细节是可选的，该标准仅提供以标准方式实现的库，而没有将这种实现作为要求。

• 如果没有计时机制，该time()函数可能会合法地返回(time_t)-1。

• 所描述的信号处理程序<signal.h>除了调用之外，不需要其他任何调用raise()，不要求系统实际向SIGSEGV应用程序发送类似信息。

• C11标头<threads.h>（由于明显的原因）非常依赖于OS，如果实现定义了，则根本不需要提供C11标头__STDC_NO_THREADS__。

还有更多示例，但是我现在没有它们。

库的其余部分无需环境的任何帮助即可实现。（*）

（*）注意：PDCLib实现尚未完成，所以我可能忽略了一两件事。;-)

实际上，标准C是与操作环境分开定义的。没有关于存在主机OS的任何假设，并且主机相关的那些部分也已定义为主机OS。

也就是说，C标准已经是裸机了。

当然，我们非常喜欢的那些语言部分（库）通常是核心语言推送托管特定内容的地方。因此，可以在许多裸机平台工具中找到典型的“ xxx-lib”交叉编译器。

Newlib最小可运行示例

在这里，我提供了一个高度自动化和记录在案的示例，该示例显示了newlib在QEMU中的作用。

使用newlib，您可以为裸机平台实现自己的系统调用。

例如，在上面的示例中，我们有一个示例程序exit.c：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main(void) {
    exit(0);
}

在一个单独的C文件中common.c，我们exit使用ARM半主机实现：

void _exit(int status) {
    __asm__ __volatile__ ("mov r0, #0x18; ldr r1, =#0x20026; svc 0x00123456");
}

您将实现的其他典型syscall是：

• write将结果输出到主机。可以使用以下任一方法完成此操作：

  • 更多半主机
  • UART硬件

• brk为malloc。

  轻松使用裸机，因为我们不必关心分页！

待办事项我不知道达到抢占式调度syscall执行而不进入像Zephyr或FreeRTOS这样的功能强大的RTOS是否现实。

关于Newlib的很棒的事情是，它实现了像string.h您一样的所有非OS特定功能，并允许您仅实现OS存根。

另外，您不必实现所有存根，而只需实现所需的存根。例如，如果您的程序只需要exit，则不必提供print。

Newlib源代码树已经有一些实现，包括中的ARM半主机实现newlib/libc/sys/arm，但是在大多数情况下，您必须实现自己的实现。但是，它确实为任务提供了坚实的基础。

设置Newlib的最简单方法是使用crosstool-NG构建自己的编译器，只需告诉它您要将Newlib用作C库即可。我的设置程序将使用此脚本为您自动处理该脚本，该脚本使用位于的newlib配置crosstool_ng_config。

我认为C ++也可以，但是TODO对其进行了测试。

使用裸机时，您会发现一些未实现的依赖项，必须处理它们。所有这些依赖项都是关于根据系统的个性调整内部的。例如，当我尝试使用在内部使用malloc（）的sprintf（）时。Malloc具有“ t_sbrk”功能符号作为代码中的钩子，必须由用户实施才能强制执行硬件约束。如果我相信我可以为嵌入式硬件（主要用于其他用途，而不只是sprintf）做一个更好的嵌入式硬件，则可以在这里实现它，或者制作自己的malloc（）。