ARM标准库

1 ARM标准库介绍
ADS提供了ANSI C和C 标准库，本文仅讨论ANSI C库，该库包含下面几个部分：
◇IS0 C库标准所定义的函数；
◇在Semihosted环境下用来实现C库函数和目标相关的函数；
◇C和C 编译器要使用的helper函数。

该库提供的诸如文档输入输出之类的设备，使用了标准的ARM semihosted执行环境(semihosting是针对ARM目标机的一种机制，他能够根据应用程式代码的输入/输出请求，和运行有调度功能的主机通信，这种技术允许主机为通常没有输入和输出功能的目标硬件提供主机资源)。ARMulator、Angel和Multi-lCE都支持这个环境，能够使 用ADs中提供的研发工具研发应用程式，然后在ARMulator或是研发板上运行和调试该程式。假如要使应用系统单独于这个环境，则必须重新实现C库中依赖于这个环境的相关函数，根据用户系统的运行环境对C库进行适当的裁减。 ..

使用ANSI标准C库进行程式研发，不但能够提高研发效率而且能够增强程式的可移植性。在程式中使用库函数，必须先建立一个库函数能够执行的环境，这些工作都由库中的函数完成。当应用程式链接了C库中的函数时，C库中的函数将完成：
◇创建C程式所需的执行环境(建立栈，假如需要创建一个堆，初始化程式使用的部分库)；
◇调用main()函数开始执行C程式；
◇支持程式使用的Is0定义的函数；
◇捕获运行时的错误和信号，假如需要，根据错误终止执行或程式退出。 版权申明：本站文章均来自网络,本站所有转载文章言论不代表本站观点

2 裁减ARM标准C函数库
标准库中包含了部分依赖于ARMsemihosted执行环境的函数，这部分函数的函数名中包含有单个或两个下划线“-”，需要重新实现这部分函数。假如在程式中定义这些函数，则编译器 就会使用新定义的函数，这个过程称为库函数的裁减。一般情况下，只需要重新定义很少的几个函数就能够使用C库。

ARM应用系统开始执行用户应用程式，必须先将应用程式加载到执行域，建立应用程式的执行环境。使用C库时，这些繁琐的工作就大部分由c函数来完成了。汇 编程式完成系统初始化后，跳转到C程式的人口_main()(注意：不是main()，当C程式中定义了main()主函数时，编译器就会生成_main代码)。由_main()引导库函数完成C执行环境的初始化，具体过程如下：
◇将非启动代码的RO和RW执行域代码从加载域地址复制到执行域地址；
◇将ZI段清零；
◇跳转到_rt_entry。

    调用_main()将大大简化汇编启动代码的编写，汇编代码仅需完成系统硬件的初始化，而没有必要将代码从加载域地址复制到执行域地址，连同ZI域清零等工作。特别是当使用分布式加载时_main()的作用就更加明显了。但是_main()并没有建立C库运行必须的环境，这项工作由_rt_entry() 完成，主要调用过程为：

◇调用_rt_stackheap_init()建立堆和栈；
◇调用_rt_lib_init()初始化引用的库函数；假如需要，建立main()函数的参数argc和argv等；
◇调用main()函数，执行应用程式，能够应用库函数；
◇用main()函数的返回值作参数调用exit()。

_rt_entry并不是C函数，他是用ARM C库编程的起始点。_rt_entry不能用C语言宴现，因为这时候堆栈还没有建立，堆栈由＿rt_stackheap_init()来建立。

上面简单介绍了C程式使用库函数时的调用过程，由_rt—stackheap_init()建立C库使用的内存模型－－堆和栈。因为ARM库是建立在semihosted执行环境的，他实现的内存模型是基于这个环境的，所以必须修改这个内存模型建立机制。表1列出了需要重新实现的函数，实现了这些函 数，应用程式就能够脱离宿主机环境单独运行了。其中，必须重新实现的是＿userinitial＿stackheap()，因为默认的实现是基于semihosted执行环境的，该函数被＿n＿stackheap＿init()调用创 建内存模型，其他两个函数没有默认的实现。.　

表1

函数

描述

__user_initial_stackheap()

返回原始的堆位置

__user_heap_extend()

返回额外的堆位置和大小

__user_stack_slop()

返回额外的堆的数量

实现该函数，必须满足下面的条件：
◇使用不超过96字节的栈空间；
◇除了R12(ip)外不要污染其他寄存器；
◇将堆基址、栈基址、堆边界和栈边界分别存在RO～R3作为返回参数；
◇堆必须保持8个字节对齐。
实现例程如下：

#include<rt_misc.h>

__value_in-regs struct__initial_stackheap __user_initial-sta ckheap(

        unsigned R0, unsigned SP, unsigned R2,unsigned SL)

{

    struct __initial_stackheap config;

    config.heap_base = BASE_HEAP; /* 堆基址 */

    config.stack_base = BASE_STACK; /* 栈基址 */

    return donfig;

}

为了提高应用程式研发效率和可移植性，希望在目标系统上使用ARM库提供的标准输人输出库函数。

高层输入输出函数是不依赖于目标系统环境的，但是高层输入输出函数必须调用依赖于目标系统的底层函数，才能实现应用系统的输入输出。依据目标系统硬件环境 重新定义这些底层函数，就能够使用库提供的标准input／output库函数了。下面以裁减ARM标准库提供的printf系列输出函数为例来作说明。

标准I/O库中最常用的是printf系列函数，包括_printf()、printf()、_fprintf()、fprintf()、 vprintf()和vfprintf()。任何这些函数非透明地使用_FILE，并且仅依赖于fputc()和ferror()两个函数。函数_printf()和_fprintf()和printf()和fprintf()的区别仅在于前两个函数不能格式化浮点值。只要定义了自己的_FILE 版本和fputc()、ferror()函数，外加定义一个具备FILE类型的_stdout变量，就能够不作任何修改地使用printf系列、fwrite()、fputs()和puts()函数了。

下面给出了具体实现的模板，能够根据实际需要修改。
#include<stdio．h>
struct__FILE
{
    int handle；

}；
FlLE_stdout；/*FILE在stdio.h中定义为：typedef struct_FILE FILE；*/
int fputc(int ch，FILE*f){
/*用户实现的fpute代码。输出一个字符，能够根据需要实现*/
return ch； !

}
int ferror(FILE*f){
/*用户实现的ferror代码*/
return EOF；
} .

结语
本文分析了ARM标准库的工作机理，给出了裁减C库进行程式研发的关键步骤。实际应用时需要根据具体的硬件环境和应用需要裁减C库，提高代码执行效率。 .

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Semihosted

Semihosted环境(semihosting是针对ARM目标机的一种机制，它能够根据应用程序代码的输入/输出请求，与运行有调试功能的主机通讯。这种技术允许主机为通常没有输入和输出功能的目标硬件提供主机资源)
在semlhosted环境下用来实现C库函数与目标相关的函数。

可以在你的Application Code中使用printf等stand IO Function in C Library! 方便调试！更多的你可以参考ARM DUI 0058D（Debug Target Guide！）

http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.dui0058d/DUI0058.pdf

1、ARM公司对Semihosting的中文解释是半主机机制。为什么叫半主机呢？主要是指应用程序的代码运行在目标系统上，当需要类似PC平台下的控制台输入输出时，会调用Semihosting去利用PC上的控制台输入输出设备：如打开关闭文件，PC显示器输出，键盘输入等等。

2、Semihosting在ADS1.2的开发环境下，只能在以下调试代理上运行，ARMulator, RealMonitor, Multi-ICE以及Angle。这就是为什么周工的EasyJTAG不支持Semihosting的原理，因为它不属于上述四种调试代理中的任何一种。

3、Semihosting是一段功能代码，这段功能代码主要运行在PC上，并由调试工具上的固件来激活调用。而周工的EasyJTAG没有实现这个激活调用功能。

4、对于开发用户来说，Semihosting是目标系统通过调用SWI 0x123456或 SWI 0xAB来调用的。前者ARM状态下的专用操作号，后者是THUMB状态的专用操作号。当开发者的软硬件调试工具配置正确时，可以正确执行Semihosting功能。打个比方说，你在ARMulator下仿真指令
MOV R1， 0x18
SWI 0x123456
ARMulator会正确终止你的程序执行。
而在EasyJTAG下仿真时，却会跳入0x08的异常向量入口处。

在AXD中运行程序时，报告out of heap memory？

不是程序的问题。因为ADS调用了semihosting，所以需要修改变量$top_of_memory。

使用SEMIHOSTING时，SEMIHOSTING的设置一般不需要修改。主要的是设置TOP_OF_MEMORY,这个值指定的部分内存空间在SEMIHOSTING的时候需要用到。你要保证TOP_OF_MEMORY值知道的空间是可用的。而且，要使用SEMIHOSTING的话，你需要做些初始化的工作的，如果你没有用MAIN的话，需要自己添加，如果你有MAIN函数的话，编译器自己会添加。

SEMIHOSTING相关配置
AXD中：
1.OPTIONS -> CONFIGURE TARGET -> ARMULATE;
2.OPTIONS -> CONFIGRUE PROCESSOR -> SEMIHOSTING -> 选中

quote from:
http://forum.eepw.com.cn/forum/main?url=http%3A%2F%2Fbbs.edw.com.cn%2Fthread%2F61698%2F1

SEMIHOSTING主要是针对I/O操作的，在嵌入式开发过程当中，通过SEMIHOSTING，可以把输入输出定向到HOST上，利用HOST的输入和输出。

从用户的角度来看，printf好像和普通的一样，关键的区别在于printf的实现。一般的调试器都提供两个版本的IO库，一个式标准的库，另外一个是支持semihosting的库。其实现有区别。下面以printf举例说明其原理：支持semihosting的printf的实现和标准的printf不同，支持semihosting的printf用SWI指令来通知仿真器。仿真器在地址0x8处设置断点，但SWI指令执行后，仿真器可以捕获到该SWI指令。根据SWI的number来判断这个SWI是不是SEMIHOSTING请求，如果是，再根据具体的semihosting number响应用户的semihosting请求，完成用户的semihosting请求后，返回到SWI的后面一条指令，继续执行。所以，对用户来说，这是透明的。

在ADS下面，默认的好像是支持SEMIHOSTING的，你自己写一个简单的程序，用printf输出，应该能在console看到输出。注意几点： 1. 在AXD里面semihosting必须要打开； 2. 仿真器必须支持semihosting。

 

在ARM的集成开发环境中，只读的代码段和常量被称作RO段(ReadOnly)；可读写的全局变量 和静态变量被称作RW段(ReadWrite)；RW段中要被初始化为零的变量被称为ZI段(ZeroInit)。对于嵌入式系统而言，程序映象都是存储在Flash存储器等一些非易失性器件中的，而在运行时，程序中的RW段必须重新装载到可读写的RAM中。这就涉及到程序的加载时域和运行时域。简单来 说，程序的加载时域就是指程序烧入Flash中的状态，运行时域是指程序执行时的状态。