Embedded Linux: 如何使用現成的 C code?

前面的文章開頭提到，FAE 說要盡量使用現成的 C code，但卻沒提到要怎麼做。這裡就來分享一下個人心得(該公司應該聘請小弟當 FAE 才對 XDDD)



通常 Embedded Linux 新手可以分為兩個族群：

1. 沒接觸過 Linux
2. 有用過 Linux，但沒接觸過 Embedded Linux

1. 沒接觸過 Linux

通常開發 Embedded Linux 有兩種作法:

1. 團隊共用一台 Linux Sever 進行開發，每個成員都自己的帳號，用 samba 傳送檔案，用 ssh or telnet 下命令編譯。
2. 在 Windows 上安裝 VirtualBox 或 VMware

2. 現在似乎是主流，畢竟現在 SSD 跟 DRAM 都很便宜，而且 1. 常常碰到如果很多人一起 build code 效率大幅下降的問題。因為小弟這 3-4 年都是用 2. 作法，就不講 1. 了(而且我也不會XD)。

安裝 VirtualBox/VMware + Ubuntu 這邊就不提了，基本的 Linux 指令、bash 教學市面上也是多如牛毛，不需要在這裡浪費篇幅。

在跨入 Embedded Linux 前，請先放下越級打怪的想法，最起碼要先知道如何在 x86 Linux 上編譯 C 程式。在過去這些知識都相當零散，比較完整的資料小弟印象中早年有 O'Reilly 出版的 Programming with GNU Software，現在比較好的入門指南則是 21 世紀 C 語言：

這本書告訴你在 Linux 上開發 C 程式所需的編譯、測試、除錯等基本知識。但要靠這本書學全 Linux C 程式開發是不可能的，比方說書上提供的 makefile 太過簡單，在稍具規模的案子根本不能用，要補全細節還是得看 GNU Make 一類的書。不過本書還是非常值得推薦，甚至個人覺得現在學校教 C 語言就應該這麼教，而不是像筆者 20 年前在學校那樣用一些業界少用甚至根本不用的語法來折磨學生。

2. 有用過 Linux，但沒接觸過 Embedded Linux

到這個階段代表你已經度過階段 1.，會寫簡單的 makefile，也知道 autotools 是幹嘛的。到這個階段，也應該聽過 cross compiler、toolchain，這邊就不講 toolchain 安裝了，因為每種 target 玩法都不太一樣，有的只能裝在 Ubuntu、有的只能裝在 64bit Linux 上，請務必看清楚手冊，免得像小弟一樣先前裝完 toolchain 才發現只支援 64bit Ubuntu @#$^^...

這裡只講新手最常碰到的 3 個問題(朋友也曾經拿這個問我過)

1. 如何確認編譯出來的執行檔為目標板的格式？
2. 相依性
3. 安裝

2.1 如何確認編譯出來的執行檔為目標板的格式？

關於問題 1. ，因為現在很多 Linux open source project 都是用 autotools 作為建置系統，如果你有直接下載這些原始碼直接編譯安裝過，對下面這三步驟應該不陌生

1. ./configure
2. make
3. make install

有些人剛開始以為只要這樣就能工作:

./configure --host=arm-linux

結果做出來的檔案還是錯的，比較萬無一失的作法是(請自行把下面的路徑換成你的環境):

export PATH=$PATH:/usr/local/arm-none-linux-gnueabi/bin

export CPPFLAGS="-I/usr/local/arm-none-linux-gnueabi/arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/include"

export CFLAGS="-I/usr/local/arm-none-linux-gnueabi/arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/include"

export LDLIBS=-L/your_path

export AR=arm-none-linux-gnueabi-ar

export AS=arm-none-linux-gnueabi-as

export LD=arm-none-linux-gnueabi-ld

export RANLIB=usr/local/arm-none-linux-gnueabi/arm-none-linux-gnueabi/bin/ranlib

export CC=arm-none-linux-gnueabi-gcc

export NM=arm-none-linux-gnueabi-nm

./configure --host=arm-linux

如果你跟筆者一樣是個嚴謹自律的工程師，當然不是這樣就算了，我們還是要確認一下編譯出來的結果，Linux 有個指令可以辨認檔案格式：

如果 file 指令無法辨識你的執行檔，就只好出絕招了：

這邊有一點特別要注意的是，不要用錯用成了 x86 objdump，不然你會得到錯誤的結果：

看起來好像對，卻少了該有的細節。

2.2 相依性

最常見的就是這個編譯出來的執行檔，需要其他的 .so 才能執行，那要怎麼知道關聯到哪些 .so？江湖一點訣，說破不值錢，就這三板斧：

objdump -a -x program | grep NEEDED

objdump -a -x program | grep SONAME

objdump -a -x program | grep RPATH

以 curl 為例：

這樣我們就知道了 curl 需要 libcurl.so 與 libc.so。

有一點要特別注意的是，要確認這些現成的 C code 引用了正確的 header file，因為在筆者身上曾經發生過一種情形，就是編譯成功，檔案格式也正確，但最後執行時崩潰，因為 include 到錯誤的 header file，也就是可能引用到了 x86 Linux 上的 header file。

當時的情形是用了很多巨集來判別該呼叫 epoll_create 還是 epoll_create1，但因為 daily build sever 設定有誤，本該呼叫 epoll_create 卻變成呼叫 epoll_create1，而 target 上的 libc 沒有那麼新，所以就崩潰了。這個問題可以用 strace 來找出是哪個 system call 呼叫失敗，她也是您 Embedded Linux 上的得力助手之一。

這方面的知識可以參考 Binary Hack。

2.3 安裝

前面我們可以看到最後一個步驟是 make install，也就是安裝，當然有時只有一個執行檔，那簡單的拷貝就行了，但是稍微有點規模的程式還有些額外的設定檔、.so 檔要搞定，在 21 世紀 C 語言裡作者提供了一個簡單的辦法，就是安裝在自己的 ~/root 目錄下，只要去觀察 ~/root 就知道該複製哪些檔案到 target 上，詳細過程請自行查閱該書第一章：使用函式庫原始碼(即使系統管理員不同意) Page.24。

尾聲

移植現成的 C code 還有很多東西要注意，比方說還有一種最常見的是記憶體對齊的問題，以現在用的最多的 ARM SoC 來說，你必須注意原來的 C code 有沒有記憶體對齊的問題，例如指向 32bit integer 的指標，填入的位址必須對齊 4 bytes，如果您拿到的 C code 從來沒有在  ARM 上面驗證過，那您得小心了，也許這部份  compiler 會幫您處理掉，但追蹤問題時不失於一個檢查的方向。

另外筆者在移植 cups 時也踢到鐵板過，因為該 target 沒有正確實做權限切換，到最後筆者只好修改 cups 原始碼 :(

相較於 Windows 開發，Linux 可說是一條荊棘之路，但好在一切都是公開的，只要願意走下去總有見到光明的那天