在Windows平臺(tái)使用QEMU運(yùn)行RT-Thread動(dòng)態(tài)模塊

摘要

本應(yīng)用筆記描述了在 Windows 平臺(tái)使用 QEMU 運(yùn)行 RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊。

本文的目的和結(jié)構(gòu)

本文的目的和背景

RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊組件dlmodule提供了動(dòng)態(tài)加載程序模塊的機(jī)制。dlmodule 組件更多的是一個(gè) ELF 格式加載器，把單獨(dú)編譯的一個(gè) elf 文件的代碼段，數(shù)據(jù)段加載到內(nèi)存中，并對(duì)其中的符號(hào)進(jìn)行解析，綁定到內(nèi)核導(dǎo)出的 API 地址上。動(dòng)態(tài)模塊 elf 文件主要放置于 RT-Thread 下的文件系統(tǒng)上。

RT-Thread 的動(dòng)態(tài)模塊組件目前支持兩種格式：

.mo則是編譯出來(lái)時(shí)以.mo做為后綴名的可執(zhí)行動(dòng)態(tài)模塊。它可以被加載，并且系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)主線程執(zhí)行這個(gè)動(dòng)態(tài)模塊中的main函數(shù)；同時(shí)這個(gè)main(int argc, char** argv)函數(shù)也可以接受命令行上的參數(shù)。

.so則是編譯出來(lái)時(shí)以.so做為后綴名的動(dòng)態(tài)庫(kù)。它可以被加載，并駐留在內(nèi)存中，并提供一些函數(shù)集由其他程序（內(nèi)核里的代碼或動(dòng)態(tài)模塊）來(lái)使用。

本文主要講解了在 Windows 平臺(tái)使用 QEMU 運(yùn)行 RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊。

本文的結(jié)構(gòu)

本文首先講解了如何使能 RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊組件，然后講解了如何基于 QEMU 運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊及動(dòng)態(tài)庫(kù)。

準(zhǔn)備工作

下載 RT-Thread 源碼，推薦下載3.1.0及以上版本。

下載 RT-Thread Env 工具，推薦下載1.0.0及以上版本。

下載 rtthread-apps 源代碼。

下載鏈接：

https://github.com/RT-Thread/rtthread-apps（請(qǐng)復(fù)制至外部瀏覽器打開(kāi)）

使能動(dòng)態(tài)模塊組件

配置工程

在 Env 控制臺(tái)切換到 qemu-vexpress-a9 BSP 根目錄，然后輸入menuconfig命令打開(kāi)配置菜單。

進(jìn)入“ RT-Thread Components → POSIX layer and C standard library”菜單，按下圖箭頭所示打開(kāi) libc 和動(dòng)態(tài)模塊的配置選項(xiàng)。

進(jìn)入“RT-Thread Components → Device virtual file system”菜單打開(kāi)文件系統(tǒng)的配置選項(xiàng)。退出 menuconfig 并保存配置。

編譯工程

使用scons命令編譯工程。

運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊命令

編譯完成后使用qemu.bat命令運(yùn)行工程。按 Tab 鍵查看所有命令可以看到動(dòng)態(tài)模塊的兩個(gè)命令list_module和list_symbols，表明動(dòng)態(tài)模塊組件配置成功。

list_module命令可以查看當(dāng)前正在運(yùn)行的動(dòng)態(tài)模塊。

list_symbols命令可以查看動(dòng)態(tài)模塊可以使用的函數(shù)及其對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址。加載動(dòng)態(tài)模塊的時(shí)候會(huì)對(duì)其中的符號(hào)進(jìn)行解析，并綁定到對(duì)應(yīng)的函數(shù)地址上。

生成動(dòng)態(tài)模塊編譯依賴環(huán)境

關(guān)閉運(yùn)行的程序，在 Env 控制臺(tái)使用scons --target=ua -s命令生成編譯動(dòng)態(tài)模塊時(shí)需要包括的內(nèi)核頭文件搜索路徑及全局宏定義。

運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊

運(yùn)行最簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)模塊

創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模塊

獲取示例

下載 RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊工具庫(kù)rtthread-apps，rtthread-apps 的 tools 目錄放置了編譯動(dòng)態(tài)模塊需要使用到的 Python 和 SConscript 腳本。hello 目錄下的 main.c 是一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)模塊使用示例，源代碼如下所示。

#include int main(int argc, char *argv[]) { printf("Hello, world "); return 0; }

這段代碼實(shí)現(xiàn)了一個(gè)最簡(jiǎn)單的 main 函數(shù)，打印字符串“Hello world”。

設(shè)置環(huán)境變量

在 Env 控制臺(tái)切換到 rtthread-apps 根目錄（目錄所在全路徑不包含空格和中文字符），然后通過(guò)下面 2 條命令設(shè)置環(huán)境變量。

set RTT_ROOT=d: epository t-thread，設(shè)置 RTT_ROOT 為 RT-Thread 源代碼根目錄。

set BSP_ROOT=d: epository t-threadspqemu-vexpress-a9，設(shè)置 BSP_ROOT 為 qemu-vexpress-a9 BSP 根目錄。

編譯動(dòng)態(tài)模塊

使用scons --app=hello命令編譯動(dòng)態(tài)模塊。

在 rtthread-apps/hello 目錄下會(huì)生成動(dòng)態(tài)模塊文件 hello.mo。

將動(dòng)態(tài)模塊放入文件系統(tǒng)

編譯好的動(dòng)態(tài)模塊 hello.mo 需要放到文件系統(tǒng)下。qemu-vexpress-a9 BSP 會(huì)使用一個(gè)虛擬的 sd 卡設(shè)備 sd.bin，我們需要把動(dòng)態(tài)模塊放到這個(gè)虛擬的 sd 卡里面。對(duì)于物理設(shè)備來(lái)說(shuō)，直接將動(dòng)態(tài)模塊添加到文件系統(tǒng)管理的存儲(chǔ)設(shè)備中就可以。這里需要使用到 Env 工具里面的一個(gè)小工具 fatdisk，它位于 Env 的 tools 目錄下，里面也提供了一份 fatdisk 的使用說(shuō)明。這里使用 fatdisk 用于把 PC 上本地的一個(gè)目錄轉(zhuǎn)換成 sd.bin 映像文件，這個(gè)映像文件是做為一個(gè) fat 文件系統(tǒng)而存在。

新建目錄

在 fatdisk 目錄下新建一個(gè) sd 目錄，并復(fù)制剛剛編譯的動(dòng)態(tài)模塊 hello.mo 文件到 sd 目錄。

修改配置文件

按照下面的配置修改 fatdisk 目錄下的配置文件 fatdisk.xml。

映像文件空間大小 disk_size 配置為了 5120Kbytes（大小可根據(jù)需要配置）。

映像文件的扇區(qū)大小 sector_size 需要配置為 512 KBytes。

要轉(zhuǎn)換目錄名 root_dir 配置為 sd，表示當(dāng)前目錄下的 sd 目錄。

指定生成的映像文件名稱 output 配置為 sd.bin。

strip 需要配置為 0。

5120 512 sd

sd.bin

0

生成映像文件

在 Env 控制臺(tái)切換到 fatdisk 根目錄，運(yùn)行fatdisk命令則會(huì)按照配置文件 fatdisk.xml 中的配置，把里面指定的目錄轉(zhuǎn)換成 flash 映像文件。

運(yùn)行成功則會(huì)在 fatdisk 目錄生成一個(gè) sd.bin 文件，大小為 5MB。

生成的映像文件 sd.bin 需要復(fù)制到 qemu-vexpress-a9 BSP 目錄。

運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊

在 Env 控制臺(tái)切換到 qemu-vexpress-a9 BSP 根目錄輸入qemu.bat命令運(yùn)行工程。

系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后會(huì)看到文件系統(tǒng)初始化成功信息 “file system initialization done!”。

使用ls命令可以看到根目錄下的動(dòng)態(tài)模塊文件hello.mo。

輸入hello命令運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊 hello.mo?？梢钥吹絼?dòng)態(tài)模塊main函數(shù)打印的字符串“Hello,world”

使用動(dòng)態(tài)模塊組件運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊的主要原理如下圖所示：

動(dòng)態(tài)模塊的初始化和清理函數(shù)

動(dòng)態(tài)模塊組件提供了2個(gè)擴(kuò)展的函數(shù)供用戶使用，分別是module_init()和module_cleanup()。

module_init()函數(shù)會(huì)在動(dòng)態(tài)模塊運(yùn)行前被執(zhí)行，用戶可以根據(jù)需要做一些初始化工作。

module_cleanup()函數(shù)會(huì)在動(dòng)態(tài)模塊運(yùn)行結(jié)束后在 idle 線程里回調(diào)一次，執(zhí)行用戶設(shè)置的清理工作。

RT-Thread 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行動(dòng)態(tài)模塊中的 main 函數(shù)，同時(shí)這個(gè)main(int argc, char* argv[])函數(shù)也可以接受命令行上的參數(shù)。這個(gè)線程默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)等同空閑線程的優(yōu)先級(jí)，線程堆棧默認(rèn)為2048字節(jié)。用戶可以在module_init()函數(shù)里修改這個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)和堆棧。

示例代碼

基于前面簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)模塊示例代碼 main.c 增加module_init()和module_cleanup()函數(shù)的使用，示例代碼如下所示。

#include #include /* 動(dòng)態(tài)模塊的初始化函數(shù) */ void module_init(struct rt_dlmodule *module) { module->priority = 8; module->stack_size = 4096; printf("this is module %s initial function! ",module->parent.name); } /* 動(dòng)態(tài)模塊的清理函數(shù) */ void module_cleanup(struct rt_dlmodule *module) { printf("this is module %s cleanup function! ",module->parent.name); } int main(int argc, char *argv[]) { int i; printf("hello world from RTT::dynamic module! "); /* 打印命令行參數(shù) */ for(i = 0;i < argc;i ++) ? ?{ ? ? ? ?printf("argv[%d]:%s ",i,argv[i]); ? ?} ? ?return 0; }

示例代碼主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：

在動(dòng)態(tài)模塊的初始化函數(shù)里可以設(shè)置這個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)和堆棧。

清理函數(shù)簡(jiǎn)單的打印信息。

main 函數(shù)解析命令行參數(shù)并打印出來(lái)。

請(qǐng)參考前面小節(jié)將此示例代碼生成的動(dòng)態(tài)模塊文件放到文件系統(tǒng)里，并將生成的映像文件 sd.bin 復(fù)制到 qemu-vexpress-a9 BSP 目錄。

運(yùn)行結(jié)果

在 Env 控制臺(tái)切換到 qemu-vexpress-a9 BSP 根目錄輸入qemu.bat命令運(yùn)行工程。

系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后會(huì)看到文件系統(tǒng)初始化成功信息 “file system initialization done!”。

使用ls命令可以看到根目錄下的動(dòng)態(tài)模塊文件hello.mo。

輸入hello this is rt-thread!命令運(yùn)行動(dòng)態(tài)模塊 hello.mo。hello 后面的字符串為參數(shù)。

執(zhí)行到動(dòng)態(tài)模塊初始化函數(shù)module_init時(shí)會(huì)打印字符串 "this is module hello initial function!"。

執(zhí)行動(dòng)態(tài)模塊的 main 函數(shù)時(shí)會(huì)打印字符串 “hello world from RTT::dynamic module!”，命令行參數(shù)也依次打印了出來(lái)。

動(dòng)態(tài)模塊運(yùn)行結(jié)束后又執(zhí)行清理函數(shù)module_cleanup，打印字符串 "this is module hello cleanup function!"。

運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)

創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫(kù)

獲取示例

下載 RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊工具庫(kù)rtthread-apps，rtthread-apps 的 lib 目錄下有一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)庫(kù)示例的 lib.c，源代碼如下所示，它實(shí)現(xiàn)了 2 個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)供使用。

#include int lib_func(void) { printf("hello world from RTT::dynamic library! "); return 0; } int add_func(int a, int b) { return (a + b); }

編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)

編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)之前需要先設(shè)置環(huán)境變量。然后使用scons --lib=lib命令編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)。

在 rtthread-apps/lib 目錄下會(huì)生成動(dòng)態(tài)庫(kù)文件 lib.so。

請(qǐng)參考前面小節(jié)將動(dòng)態(tài)庫(kù)文件 lib.so 放到文件系統(tǒng)里，并將生成的映像文件 sd.bin 復(fù)制到 qemu-vexpress-a9 BSP 目錄。

運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)

添加示例代碼

將以下示例代碼添加到 qemu-vexpress-a9 BSP applications 目錄下的 main.c 里。

#include #include #include /* 動(dòng)態(tài)庫(kù)文件路徑 */ #define APP_PATH "/lib.so" /* 函數(shù)指針類型 */ typedef int (*add_func_t)(int, int); typedef void (*lib_func_t)(void); int dlmodule_sample(void) { void* handle; lib_func_t lib_function; add_func_t add_function; /* 以RTLD_LAZY模式打開(kāi)動(dòng)態(tài)庫(kù)文件，并獲取動(dòng)態(tài)庫(kù)操作句柄 */ handle = dlopen(APP_PATH,RTLD_LAZY); if(!handle) { printf("dlopen %s failed! ",APP_PATH); return -1; } /* 根據(jù)動(dòng)態(tài)庫(kù)操作句柄handle，返回動(dòng)態(tài)庫(kù)函數(shù)lib_func()對(duì)應(yīng)的地址 */ lib_function = (lib_func_t)dlsym(handle,"lib_func"); if(!lib_function) { printf("dlsym %p failed! ",handle); return -1; } /* 運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)函數(shù) */ lib_function(); /* 根據(jù)動(dòng)態(tài)庫(kù)操作句柄handle，返回動(dòng)態(tài)庫(kù)函數(shù)add_func()對(duì)應(yīng)的地址 */ add_function = (add_func_t)dlsym(handle,"add_func"); if(!add_function) { printf("dlsym %p failed! ",handle); return -1; } /* 運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)函數(shù)計(jì)算 3+4 并打印結(jié)果 */ printf("add_function result is:%d ",add_function(3,4)); /* 運(yùn)行完畢根據(jù)操作句柄handle關(guān)閉動(dòng)態(tài)庫(kù) */ dlclose(handle); return 0; } MSH_CMD_EXPORT(dlmodule_sample, dlmodule sample); int main(void) { printf("hello rt-thread! "); return 0; }

RT-Thread 動(dòng)態(tài)模塊組件也支持 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的 libdl API，此示例代碼調(diào)用 libdl API 運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)。示例代碼首先根據(jù)動(dòng)態(tài)庫(kù)的路徑打開(kāi)動(dòng)態(tài)庫(kù)文件 lib.so，然后獲取動(dòng)態(tài)庫(kù)的 lib_func() 函數(shù)的地址并運(yùn)行此函數(shù)。之后獲取動(dòng)態(tài)庫(kù)的 add_func() 函數(shù)的地址，并傳入?yún)?shù) 3 和 4 運(yùn)行函數(shù)計(jì)算結(jié)果。最后關(guān)閉動(dòng)態(tài)庫(kù)。

運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)

在 Env 控制臺(tái)切換到 qemu-vexpress-a9 BSP 根目錄，輸入scons命令重新編譯工程。編譯完成后輸入qemu.bat命令運(yùn)行工程。按 Tab 鍵可以看到新增的示例代碼命令dlmodule_Sample。

使用ls命令可以看到根目錄下的動(dòng)態(tài)庫(kù)文件 lib.so，輸入dlmodule_sample命令就可以運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)示例代碼。

第一行運(yùn)行了 lib_func() 函數(shù)打印了字符串 “hello world from RTT::dynamic library!”

第二行運(yùn)行了 add_func() 函數(shù)計(jì)算了 3+4 并打印了相加結(jié)果 7。