PicoLibC-это легкая библиотека C для встраиваемых систем

Известный разработчик Кит Паккард недавно объявил в своем блоге о запуске «picolibc». Picolibc – это библиотека C для встраиваемых систем, которая подходит для небольших микроконтроллеров,а стандартный API библиотеки C позволяет работать даже на устройствах с малой памятью (RAM). Это обновленная версия «newlib-nano» с несколькими интересными изменениями, которые включают замену «stdio» lib на специфичный для ATMEL код printf, принятый из avrlibc. Как часть этой библиотеки, Кит также запустил picocrt, который отвечает за инициализацию памяти и вызов различных конструкторов перед вызовом собственно программы на C.

Особенности

picolibc является пересмотренной версией newlibc, без полноценной библиотеки stdio lib и использует облегченную библиотеку stdio lib от avrlibc, которая больше подходит для встраиваемых устройств с низким объемом памяти.
Система сборки Meson упрощает процесс сборки дерева исходных кодов picolibc для различных целевых платформ и оборудования.
Обновлен набор тестов для использования Glibc в качестве эталона
Библиотека имеет лицензию BSD, а компоненты, не относящиеся к BSD, были удалены из исходного дерева.
picocrt – код запуска picolibc инициализирует встраиваемую систему без необходимости написания собственного кода. Его можно включить с помощью -specs = picolibc.specs во время компиляции.
Использует встроенное локальное хранилище потока(TLS), которое предлагает несколько преимуществ:
- Исходный код проще, так как локальные переменные потока
  доступны напрямую по имени.
- Локальное хранилище потока содержит только значения, используемые
  программой.
- Сгенерированный код меньше и быстрее.

Начало работы с picolibc

Picolibc использует систему сборки Meson для компиляции исходного дерева для различных аппаратных платформ с Linux-версией утилиты host с использованием GCC. Помимо параметров по умолчанию, эта библиотека позволяет создавать несколько атрибутов для включения и отключения различных функций с помощью строки атрибута ”-D =”.

Несмотря на то, что Picolibc работает на небольшой библиотеке stdio из avrlibc, у пользователя есть возможность включить старую библиотеку stlib newlibc с помощью атрибута (newlib-tinystdio = false). По умолчанию это будет newlib-tinystdio = true, что означает, что он будет скомпилирован с небольшой stdio на основе avrlibc.

Перед началом сборки picolibc вы должны убедиться, что система сборки Meson является частью вашей среды сборки. Пожалуйста, обратитесь к инструкциям по настройке Meson.

Как стандарт Meson, все конфигурации сборки для создания кросс-компиляции являются частью отдельных файлов конфигурации, которые являются частью исходного дерева. Ниже приведен пример файла конфигурации для различных сред сборки.

Файл конфигурации для RISC-V (cross-riscv32-unknown-elf.txt)

 [ binaries ] 
 c   =   'riscv64-unknown-elf-gcc' 
 ar   =   'riscv64-unknown-elf-ar' 
 as   =   'riscv64-unknown-elf-as' 
 ld   =   'riscv64-unknown-elf-ld' 
 strip   =   'riscv64-unknown-elf-strip' 
 
 [ host_machine ] 
 system   =   'unknown' 
 cpu_family   =   'riscv' 
 cpu   =   'riscv' 
 endian   =   'little'

[ binaries ]

c = 'riscv64-unknown-elf-gcc'

ar = 'riscv64-unknown-elf-ar'

as = 'riscv64-unknown-elf-as'

ld = 'riscv64-unknown-elf-ld'

strip = 'riscv64-unknown-elf-strip'

[ host_machine ]

system = 'unknown'

cpu_family = 'riscv'

cpu = 'riscv'

endian = 'little'

Компиляция исходного дерева picolibc с использованием Meson

Само исходное дерево предоставляет сценарии настройки для различных целей, включая riscv, arm, x86 и т. д. Ниже приведен пример сценария компиляции для целей arm.

#!/bin/sh 
 ARCH = arm - none - eabi 
 DIR = ` dirname   $ 0 ` 
 meson   "$DIR"   \ 
 - Dincludedir = picolibc / $ARCH / include   \ 
 - Dlibdir = picolibc / $ARCH / lib   \ 
 -- cross - file   "$DIR" / cross - $ARCH .txt   \ 
 " $@ "

#!/bin/sh

ARCH = arm - none - eabi

DIR = ` dirname $ 0 `

meson "$DIR" \

- Dincludedir = picolibc / $ARCH / include \

- Dlibdir = picolibc / $ARCH / lib \

-- cross - file "$DIR" / cross - $ARCH .txt \

" $@ "

И как только вы будете готовы с Meson и желаемой кросс-компиляторной средой gcc lib, выполните шаги для сборки picolibc для определенных целей (для arm). Мы использовали тестовую среду сборки была Ubuntu 18.04.

Установка Meson

$   sudo  apt - get   install   python3  python3 - pip  python3 - setuptools  python3 - wheels  ninja - build 
 $   pip  install   -- user  meson

1 2	$ sudo apt - get install python3 python3 - pip python3 - setuptools python3 - wheels ninja - build $ pip install -- user meson

Установите кросс-компилятор GCC (для arm)

$   sudo  apt - get   install  gcc - arm - none - eabi

1	$ sudo apt - get install gcc - arm - none - eabi

Компиляция и сборка picolibc

$   mkdir   build_picolibc _ arm
 $   cd   build_picolibc _ arm
 $   ~ / picolibc / do - arm - configure   ( define  your  binary  file   path ,   which  will  be  part  of  the  picolibc  source  tree ) 
 $   ninja 
 $   sudo  ninja  install

$ mkdir build_picolibc _ arm

$ cd build_picolibc _ arm

$ ~ / picolibc / do - arm - configure ( define your binary file path , which will be part of the picolibc source tree )

$ ninja

$ sudo ninja install

После успешной сборки, вы можете провести проверку, запустив примеры тестовых приложений для printf и scanf в каталоге «test», который является частью папки сборки.

Процесс компиляции кода Picolibc

Picolibc использует файл GCC.spec для компиляции исходного кода. Устанавливаем путь к файлу заголовка системы и компоновщику, чтобы указать Picolibc. Ниже приведен пример для компиляции одного файла:

$ gcc -specs=picolibc.specs -c test.c

1	$ gcc -specs=picolibc.specs -c test.c

Picocrt (picolibc.specs) – код запуска

Picocrt является частью picolib, названной crt0.o, включенной
по умолчанию при использовании -specs = picolibc.specs. Picocrt включает шаги инициализации:

Архитектурная инициализация во время выполнения.
Инициализация данных. Ссылка на фрагмент кода picocrt, который выполняет инициализацию данных –

memcpy(__data_start, __data_source, (uintptr_t) __data_size);

1	memcpy(__data_start, __data_source, (uintptr_t) __data_size);

- - __data_start указывает на место ОЗУ, где начинается сегмент .data
  - __data_source указывает на местоположение флэш-памяти, где находится сегмент .data
  - __data_size является абсолютным символом, отмечающим размер инициализированного сегмента .data
Инициализация BSS. Ссылка на фрагмент кода picocrt, который выполняет инициализацию данных –

memset(__bss_start, '\0', (uintptr_t) __bss_size);

1	memset(__bss_start, '\0', (uintptr_t) __bss_size);

- - __bss_start указывает на место ОЗУ, где начинается сегмент .bss
  - __bss_size – абсолютный символ, отмечающий размер очищенного
    сегмента данных
Функции __libc_init_array и __libc_fini_array в Picolibc вызываются Picocrt во время запуска и завершения работы приложения (__libc_init_array () (AppStart) -> main () -> –libc_fini_array () (App Stop))