在嵌入式開發中,實現嵌入式應用的過程很容易理解:
l代碼是用C/C++匯編語言或其他語言編寫的,并放在許多文件(模塊)中。
l每個模塊都被編譯/匯編成一個可重定位的目標文件。此文件包含目標處理器的機器指令,但尚未提交地址信息。
l使用鏈接器(有時稱為鏈接器/定位器)將所有模塊集成在一起。此過程解析所有內存引用,并生成一個絕對對象文件:最終系統內存的映像。
這種觀點有些過于簡單,因為還有許多其他細微差別:
l增量鏈接可用于將一個或多個可重定位變量連接在一起,以形成單個可重定位。
l鏈接/定位過程可以被調整,使得代碼被存儲在一個地方,但是地址被解析為在另一個地址執行,并且已經被引導加載器復制到那里。
l可以將可重新定位的對象文件鏈接在一起,這是一種生成對象模塊庫的特殊方式。
“庫”一詞在嵌入式開發很多情況下被使用和濫用。它在這里的含義很明確。庫文件可以與可重定位對象文件一起呈現給鏈接器。它的功能是解析可重定位對象文件未提供的符號(通常是函數名)。例如,如果一個模塊中的代碼調用一個函數MyFun(),而另一個模塊對此函數有定義,則一切正常。如果鏈接器找不到此函數,將導致錯誤。但是,如果包含一個庫(或多個庫),則鏈接器將最后查找該庫以解析符號。如果庫包含MyFun()函數,則提取代碼并在最終的絕對文件中使用。
庫的意義可能并不明顯。你可以用一種簡單的方式將所有的可重定位鏈接在一起——為什么要用庫呢?其思想是庫包含大量函數,但鏈接器僅提取當前應用程序所需的函數。未使用的內存從未從庫中提取,因此它們不會耗盡(即浪費)目標內存。
庫的主要目的是作為大量可重用代碼的存儲庫。在大型開發團隊的項目中,這可能是一種非常好的工作方式,在這種情況下,共享代碼是非常有益的,而“重新發明輪子”是不可取的,但卻是常見的。應該仔細規劃和記錄項目庫。函數的設計必須考慮重用:不使用全局數據、干凈、定義良好的接口、可重入性等。
開發工具供應商通常會提供針對C/C++而標準化的庫。這些包含兩種類型的函數。顯而易見的是嵌入式開發人員在需要時調用的顯式函數,比如printf()。其他庫函數是隱式的,它們由編譯器生成的代碼調用,并提供通常需要的功能,這些功能可以方便地共享。
軟件IP供應商也可能以庫的形式提供他們的產品。實時操作系統(RTOS)通常以這種方式發布。這使得RTOS可以直接擴展;應用程序中僅包含必需的RTOS功能。
庫發行版的一個問題是它們的“粒度”;可以提取多小的一段代碼?有些庫是由大塊組成的。這意味著庫中的一個模塊可能包含屬于某個特定RTOS設備的所有服務功能。因此,例如,使用一個RTOS調用來操作一個信號量會導致所有與信號量相關的服務調用函數都包含在應用程序中。一個非常細粒度的庫可以處理較小的單元。因此,使用單個服務調用將導致只包含其代碼,而不包含相關函數的代碼。這里有一個權衡。一個非常細粒度的庫會延長鏈接時間,但是目標內存不會浪費在未使用的服務調用函數上。
所有嵌入式開發人員都應該了解庫的工作方式和它們提供的好處。代碼的可重用性是高效代碼開發和確保可維護性的關鍵。