初期简易辅食食谱(4-6个月)
1、五谷根茎类食物中,最好先由米糊或麦糊开始喂,当宝宝适应米糊后,再尝试其他的食物。
2、尽可能选用新鲜的蔬菜、水果,制成汤汁、稀释果汁喂宝宝。
3、选择有带皮的水果种类,以及受农药污染与病原感染机会较少的水果,例如:柳丁、橘子、苹果、香蕉、木瓜等。
每日建议食用量
食物类别 食物名称 一天食用量
五谷根茎类 米糊或麦糊 3/4-1碗
蔬菜类 胡萝卜、菠菜等菜汤 1/3-2/3茶匙
水果类 橘子、苹果、葡萄等稀释果汁 1/3-2/3茶匙
蔬菜类简易制作
菜汤——将深绿色、黄红色的蔬菜,例如菠菜、胡萝卜等,洗净、切碎、加少放水煮开,放至稍凉将汤汁倒出即可。
菜泥——选择嫩叶蔬菜如菠菜、青江菜,或纤维少的南瓜、马铃薯等,洗净切小段或小块,加水煮熟后,捞出置于碗中,用汤匙刮下嫩叶或压成泥状即可。
水果类简易制作
果汁——柳丁、橘子;对切成两半后压汁。喂食前加入等量的冷开水稀释。
葡萄、番茄:洗净后以热开水浸泡2分钟,去皮以干净的纱布包起来,用汤匙压出汁。
香瓜、西瓜:用汤匙挖出果肉后,以干净纱布包住压汁。
果泥——挑选果肉多、纤维少的水果,例如:香蕉、木瓜、苹果等,洗净去皮后,用汤匙挖出果肉并压成泥状即可。
苹果泥
材料:苹果——半个
做法:1、将苹果洗净、去皮、切半。
2、用研磨板磨成泥状,盛在碗中即可。
蔬菜泥
材料:绿色蔬菜——10克
牛奶——2汤匙
玉米粉——1/5-1/4小匙
做法:1、将绿色蔬菜嫩叶部分煮熟或蒸熟后,磨碎、过滤。
2、取1中10-20克与少许水至锅中,边搅边煮。
3、快好时,加入牛奶以及由1/5-1/4小匙玉米粉用等量水调好的玉米粉水,继续加热搅拌煮成泥状即可。
乌龙面糊
材料:乌龙面——10克
水——1/2杯
蔬菜泥——少量
做法:1、乌龙面倒入沸水中煮至熟软捞起备用。
2、煮熟的乌龙面与水同时倒入小锅内捣烂,煮开。
3、起锅后加入少量蔬菜泥即可
中期简易辅食食谱(7-9个月)
初学单片机几个不易掌握的概念
初学单片机几个不易掌握的概念 | |||||||||||||||||||||||||||
| 随着电子技术的迅速发展,计算机已深入地渗透到我们的生活中,许多电子爱好者开始学习单片机知识,但单片机的内容比较抽象,相对电子爱好者已熟悉的模拟电路、数字电路,单片机中有一些新的概念,这些概念非常基本以至于一般作者不屑去谈,教材自然也不会很深入地讲解这些概念,但这些内容又是学习中必须要理解的,下面就结合本人的学习、参与教学所获得的一些经验,对这些最基本概念作一说明,希望对自学者有所帮助。 一、总线 二、数据、地址、指令 2.方式字或控制字(如MOV TMOD ,#3),3即是控制字。 3.常数(如MOV TH0 ,#10H)10H即定时常数。 4.实际输出值(如P1口接彩灯,要灯全亮,则执行指令:MOV P1,#0FFH,要灯全暗,则执行指令:MOV P1,#00H)这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码,也是实际输出的值。理解了地址、指令的本质,就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞,会把数据当成指令来执行了。 三、P0口、P2口和P3的第二功能用法 四、程序的执行过程 五、堆栈 六、单片机的开发过程
02 00 40 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 75 81 5F 00 02 00 43 表3 所以表1为源程序,表2是汇编后得到的HEX文件,表3是由HEX文件转换成的目标文件,也就是最终写入EPROM的文件,它由编程器转换得到,也可以由HEXBIN一类的程序转换得到。学过手工汇编者应当不难找出表3与表1的一一对应关系,值得注意的是从02 00 40后开始的一长串‘FF',直到75 81,这是由于伪指令:ORG 040H造成的结果。 七、仿真、仿真机 | |||||||||||||||||||||||||||
单片机基础知识
单片机基础知识 |
单片机的组成 单片机要自动完成计算,它应该具有哪些最重要的部分呢?
现在,我们用单片机来完成上述过程,显然,它首先要有代替算盘进行运算的部件,这就是"运算器";其次,要有能起到纸和笔作用的器件,即能记忆原始题目、原始数据和中间结果,还要记住使单片机能自动进行运算而编制的各种命令。这类器件就称为"存贮器"。此外,还需要有能代替人作用的控制器,它能根据事先给定的命令发出各种控制信号,使整个计算过程能一步步地进行。但是光有这三部分还不够,原始的数据与命令要输入,计算的结果要输出,都需要按先后顺序进行,有时还需等待。 如上例中,当在计算163×156时,数字36就不能同时进入运算器。因此就需要在单片机上设置按控制器的命令进行动作的"门",当运算器需要时,就让新数据进入。或者,当运算器得到最后结果时,再将此结果输出,而中间结果不能随便"溜出"单片机。这种对输入、输出数据进行一定管理的"门"电路在单片机中称为"口"(Port)。在单片机中,基本上有三类信息在流动,一类是数据,即各种原始数据(如上例中的36、163等)、中间结果(如166÷34所得的商4、余数30等)、程序(命令的集合)等。这样要由外部设备通过"口"进入单片机,再存放在存贮器中,在运算处理过程中,数据从存贮器读入运算器进行运算,运算的中间结果要存入存贮器中,或最后由运算器经"出入口"输出。 用户要单片机执行的各种命令(程序)也以数据的形式由存贮器送入控制器,由控制器解读(译码)后变为各种控制信号,以便执行如加、减、乘、除等功能的各种命令。所以,这一类信息就称为控制命令,即由控制器去控制运算器一步步地进行运算和处理,又控制存贮器的读(取出数据)和写(存入数据)等。第三类信息是地址信息,其作用是告诉运算器和控制器在何处去取命令取数据,将结果存放到什么地方,通过哪个口输入和输出信息等。 存贮器又分为只读存贮器和读写存贮器两种,前者存放调试好的固定程序和常数,后者存放一些随时有可能变动的数据。顾名思义,只读存贮器一旦将数据存入,就只能读出,不能更改(EPROM、E2PROM等类型的ROM可通过一定的方法来更改、写入数据——编者注)。而读写存贮器可随时存入或读出数据。 实际上,人们往往把运算器和控制器合并称为中央处理单元——CPU。单片机除了进行运算外,还要完成控制功能。所以离不开计数和定时。因此,在单片机中就设置有定时器兼计数器,其基本结构与本连载之(二)中的举例类似。到这里为止,我们已经知道了单片机的基本组成,即单片机是由中央处理器(即CPU中的运算器和控制器)、只读存贮器(通常表示为ROM)、读写存贮器(又称随机存贮器通常表示为RAM)、输入/输出口(又分为并行口和串行口,表示为I/O口)等等组成。实际上单片机里面还有一个时钟电路,使单片机在进行运算和控制时,都能有节奏地进行。另外,还有所谓的"中断系统",这个系统有"传达室"的作用,当单片机控制对象的参数到达某个需要加以干预的状态时,就可经此"传达室"通报给CPU,使CPU根据外部事态的轻重缓急来采取适当的应付措施。 现在,我们已经知道了单片机的组成,余下的问题是如何将它们的各部分连接成相互关联的整体呢?实际上,单片机内部有一条将它们连接起来的"纽带",即所谓的"内部总线"。此总线有如大城市的"干道",而CPU、ROM、RAM、I/O口、中断系统等就分布在此"总线"的两旁,并和它连通。从而,一切指令、数据都可经内部总线传送,有如大城市内各种物品的传送都经过干道进行。
单片机指令系统与汇编语言程序 前面已经讲述了单片机的几个主要组成部分,这些部分构成了单片机的硬件。所谓硬件(Hardware),就是看得到,摸得到的实体。但是,光有这样的硬件,还只是有了实现计算和控制功能的可能性。单片机要真正地能进行计算和控制,还必须有软件(Software)的配合。软件主要指的是各种程序。只有将各种正确的程序"灌入"(存入)单片机,它才能有效地工作。单片机所以能自动地进行运算和控制,正是由于人把实现计算和控制的步骤一步步地用命令的形式,即一条条指令(Instruction)预先存入到存贮器中,单片机在CPU的控制下,将指令一条条地取出来,并加以翻译和执行。就以两个数相加这一简单的运算来说,当需要运算的数已存入存贮器后,还需要进行以下几步:
所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操作(Operation),我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来,这就是指令。但是怎样才能辨别和执行这些操作呢?这是在设计单片机时由设计人员赋予它的指令系统所决定的。一条指令,对应着一种基本操作;单片机所能执行的全部指令,就是该单片机的指令系统(Iustruction Set),不同种类的单片机,其指令系统亦不同。
MCS-51单片机的字长为8位,有时,要完成某些操作用一个字节尚不能充分表达。所以,在指令系统中有单字节指令,也有多字节指令。机器码是由一连串的0和1组成,没有明显的特征,不好记忆,不易理解,易出错。所以,直接用它来编写程序十分困难。因而,人们就用一些助记符(Mue monic)——通常是指令功能的英文缩写来代替操作码,如MCS-51中数的传送常用MOV(Move的缩写)、加法用Add(Addition的缩写)来作为助记符。这样,每条指令有明显的动作特征,易于记忆和理解,也不容易出错。用助记符来编写的程序称为汇编语言程序。但是,助记符编写的程序便于人理解,可单片机却只认识二进制机器代码,因此,为了让单片机能"读懂"汇编语言程序必须再转换成由二进制机器码构成的程序,这种转换过程,就称为"汇编"。汇编可借助于人工查表法来实现,也可借助PC机通过所谓"交叉汇编程序"来完成。由机器码构成的用户程序一旦"进入"了单片机,再"启动"单片机,就可让它执行输入程序所规定的任务。 MCU--51 CPU和存储器 单片机8051的CPU由运算器和控制器组成。 一、运算器 1进位标志CY(PSW7)。它表示了运算是否有进位(或借位)。如果操作结果在最高位有进位(加法)或者借位(减法),则该位为1,否则为0。 2辅助进位标志AC。又称半进位标志,它反映了两个八位数运算低四位是否有半进位,即低四位相加(或减)有否进位(或借位),如有则AC为1状态,否则为0。 3溢出标志位OV。MCS-51反映带符号数的运算结果是否有溢出,有溢出时,此位为1,否则为0。 4奇偶标志P。反映累加器ACC内容的奇偶性,如果ACC中的运算结果有偶数个1(如11001100B,其中有4个1),则P为0,否则,P=1。 二、控制器 控制器是CPU的神经中枢,它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序,就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。因此,必须有一个电路能找出指令所在的单元地址,该电路就是程序计数器PC。当单片机开始执行程序时,给PC装入第一条指令所在地址,它每取出一条指令(如为多字节指令,则每取出一个指令字节),PC的内容就自动加1,以指向下一条指令的地址,使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令,或遇到中断时(后面将介绍),PC才转到所需要的地方去。8051 CPU碢C指定的地址,从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存,然后,指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号,这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合,形成按一定时间节拍变化的电平和时钟,即所谓控制信息,在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作。 三、存储器 存储器是单片机的又一个重要组成部分,图6给出了一种存储容量为256个单元的存储器结构示意图。其中每个存储单元对应一个地址,256个单元共有256个地址,用两位16进制数表示,即存储器的地址(00H~FFH)。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息,通常用两位16进制数来表示,这就是存储器的内容。存储器的存储单元地址和存储单元的内容是不同的两个概念,不能混淆。 一、程序存储器 二、数据存储器 单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k,用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器,其中00H~7FH为内部随机存储器RAM,80H~FFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器,从使用角度讲,搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间,该空间被分为两部分,其中内部数据RAM的地址为00H~7FH(即0~127)。而用做特殊功能寄存器的地址为80H~FFH。在此256个字节中,还开辟有一个所谓"位地址"区,该区域内不但可按字节寻址,还可按"位(bit)"寻址。对于那些需要进行位操作的数据,可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器,每组占用8个RAM字节,记为R0~R7。究竟选用那一组寄存器,由前述标志寄存器中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的二进制数,即可选用不同的寄存器组,如附表1所示。 三、特殊功能寄存器 特殊功能寄存器(SFR)的地址范围为80H~FFH。在MCS-51中,除程序计数器PC和四个工作寄存器区外,其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器,它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表2。其中带*号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了8051的状态,实际上是8051的状态字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类,一类与芯片的引脚有关,另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0~P3,它们实际上是4个八位锁存器(每个I/O口一个),每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS-51共有P0~P3四个这样的并行口,可提供32根I/O线,每根线都是双向的,并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中,累加器A、标志寄存器PSW、数据指针DPTR等的功能前已提及,而另一些寄存器的功能在后面有关部分再作进一步介绍 单片机的指令系统和寻址方式 单片机要正常运作,事先需编制程序,再把程序放入存贮器中,然后由CPU执行该程序。程序是由指令组成的,指令的基本组成是操作码和操作数。单片机的品种很多,设计时怎样表示操作码和操作数,都有各自的规定,再有指令代码也各不相同,因此,必须对所选单片机的全部指令,也就是所谓"指令系统",有足够的了解。各个系列的单片机虽然有不同的指令系统,但也有其共同性。掌握一种单片机的指令系统,对其它系列单片机可以起到触类旁通的作用。MCS-51单片机应用广泛,派生品种多,具有代表性,所以,这里以MCS-51系列的指令系统为例说明"指令"的组成和应用。 1、MOV A,#20H
操作数放在RAM某个单元中,该单元的地址又放在寄存器R0或R1中。 如果RAM的地址大于256,则该地址存放在16位寄存器DPTR(数据指针)中,此时在寄存器名前加@符号来表示这种间接寻址。如MOV A,@ R0。其它还有变址寻址、相对寻址、位寻址等,待以后再详细介绍。可能有人会问,在指令中直接给出实际操作数,不是简单、明了吗?为什么还要用其它几种寻址方式呢?这是因为在编制程序时很难一下子就给出操作数。如用单片机控制温度时,时时需要将给定的控制温度(如20℃)减去环境温度,而环境温度时时有变化,显然无法在程序指令中给出,只有通过一定方式,将其送入某个输入/输出口,再存放在某个寄存器中,这就必须用到寄存器寻址。又如要进行算术运算,要计算每班学员各科成绩的平均值,如果把每个学员的各科都编一个程序,在程序中直接给出该学员各科成绩,再求平均值,显然太麻烦。这里可以编一个求平均成绩的通用程序,把每位学员的成绩送入存贮器的各个单元中,这时可采取直接寻址,一个程序可供每个学员用,不是更方便吗?所以,寻址方式越多,编制程序就越方便、灵活,适用范围就越广。 寻址有如找人,如被找的人有手机、BP机、座机电话等多种联系方式则就容易找到他,单片机也是如此,寻址方式越多,找操作数越方便,单片机的功能就越强。前面介绍51系列单片机的寻址方式时,常遇到单片机内部的一些寄存器、累加器A、通用寄存器R0~R7、数据指针DPTR和存贮器等。在以后介绍指令时,数据就要在这些寄存器、存贮器之间传送,或者进行运算。因此,编制程序就需熟悉单片机的内部结构。
单片机各部分是通过内部的总线有机地连接起来的 |
辅食的制作
在MIPS开发板上建立Linux系统及开发环境 (转)
| 在MIPS开发板上建立Linux系统及开发环境 |
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| 介绍了利用已有的MIPS版Linux源文件包,编译可运行的Linux内核的方式;讨论了在主机上建立相关服务器,通过NFS服务从主机上下载内核,在无盘开发板上启动Linux的方法。 关键词:MIPS NFS 启动Linux 一、引言 大多数基于MIPS处理器的平台上都没有提供软、硬盘接口,一般情况下,也没有在板载Flash里烧入可使用的操作系统。没有操作系统,用户的使用就会受到很多限制,应用程序的开发、调试过程就会变得相当复杂。因此,建立合适的操作系统及开发环境,可以方便用户,简化开发调试过程。本文以RedHat Linux 为例,说明在RM7000A处理器无盘开发板上建立Linux系统的方法。所用硬件设备:带有10/100Mb以太网接口和用于显示的串口的开发板、装有Redhat Linux 9.0的主机(Host PC)。如图1: 二、编译内核 l 准备工作 编译前,需要有MIPS处理器版的Linux源文件包,简单的方法是从MIPS公司或者SGI公司等的FTP服务器上下载(ftp://ftp.mips.com/pub/linux 或ftp://oss.sgi.com 或ftp://ftp.linux-mips.org/linux/mips )。另外,由于所用主机是x86体系,要编译在MIPS处理器上运行的内核,需要有能在x86处理器上工作的交叉编译工具;为了使Linux启动后,可以在开发板上直接开发应用程序,还需要MIPS版的NFS根目录结构包,它包括了Linux运行需要的目录结构、配置文件、工具等等。同样,根目录结构包和工具包也可在上述网站的服务器上下载。下载根目录结构包和交叉编译工具时,要注意选择与开发板设置的数据格式(高序Big Endian或低序Little Endian)一致的版本。 获得源文件包、根目录结构包文件后,将其解压至指定目录,如分别指定为:/tftpboot和/tftpboot/mips,包内文件和子目录就全部展开在相应目录中; 对于rpm格式的工具包文件,可在终端窗口用命令行方式展开: rpm -ihv toolchain-mips-*.rpm 交叉编译工具自动安装到/usr/tools的目录下。进入/tftpboot/linux目录,打开Makefile文件,更改以下语句为: ARCH=mips CROSS_COMPILE=/usr/tools/bin/mips-linux- l 配置工作 接下来,是对编译能否顺利通过至关重要的配置过程。所谓配置,就是根据开发板具体情况,只选择必需选项,使重编译的内核既提供所需要的功能,又占据最小存储空间。由于Linux系统各功能模块之间存在不同程度的依赖关系,配置过程中有可能会破坏这些关联;因此配置完成后不一定能通过关联检测,可能需要反复地进行配置取舍。 配置过程需要注意: 1. 数据格式与开发板的设置和交叉编译工具一致,才能生成正确的内核; 2. 设置正确的处理器,以及相近的开发板类型; 3. 需提供对标准串口的支持和通过串口显示的功能; 4. 由于编译内核的主机不是MIPS处理器,所以一定要设置CROSSCOMPILE项; 5. 因为要通过网络下载内核来启动,对PCI设备、网络协议、网络设备的支持必不可少,此外,在网络文件系统中还要选择NFS_FS和ROOT_NFS选项; 以上为配置基本选项,其余功能可根据开发板具体情况取舍。配置步骤如下: cd /tftpboot/linux -- 进入目录/tftpboot/linux make config -- 进行行命令配置 make dep -- 关联检测 l 编译内核 如果无出错提示,表明配置正确,可以编译内核: make boot 编译完成后在/tftpboot/linux和/tftpboot/linux/arch/mips/boot中都会出现不同格式的内核映像文件vmlinux、及System.map文件。 三、设置主机服务 1. 设置TFTP服务器 在RedHat Linux安装CD3中找到tftp文件包:tftp-0.32-4.i386.rpm,在终端输入: rpm -ihv tftp-0.32-4.i386.rpm,系统自动安装好tftp服务器; cd /etc/xinetd.d -- 进入目录/etc/xinetd.d vi tftp --只有在安装了tftp服务后,才会出现tftp文件 修改其中disable和server_args项,其余可保持不变。以下为一个完整的tftp文件: Service tftp { socket_type = dgram protocol = udp wait = yes user = root server =/usr/sbin/in.tftpd server_args = -s /tftpboot/linux -- 根据需要设置tftp服务默认目录 disable = no -- 默认为yes,应修改成no per_source = 11 cps = 100 2 flags = IPv4 } 2. 设置DHCP服务器 在RedHat Linux安装CD2中找到dhcp文件包:dhcp-3.0pl1-23.i386.rpm,在终端输入: rpm -ihv dhcp-3.0pl1-23.i386.rpm,系统自动安装好dhcp服务器; cd /etc -- 进入目录/etc vi dhcpd.conf -- 建立文件dhcpd.conf 在dhcpd.conf文件中写入内容如下: ddns-update-style interim; ignore client-updates; subnet 192.168.0.0 netmask 255.255.255.0 { option routers 192.168.0.10; option subnet-mask 255.255.255.0; option domain-name "LocalHost"; option domain-name-server 192.168.0.10; option time-offset 18000; range dynamic-bootp 192.168.0.1 192.168.0.15; default-lease-time 21600; max-lease-time 43200; } 其中,192.168.0.10为主机ip地址;192.168.0.1~192.168.0.15为dhcp服务可动态分配的ip有效地址范围; 3. 设置NFS服务器 cd /etc -- 进入目录/etc vi exports -- 打开exports文件 添加语句:/tftpboot/mips *(rw,sync,no_root_squash), 此语句设置主机上的目录/tftpboot/mips为客户机通过NFS服务可访问的根目录,并且任何客户机的访问都被视为是主机root身份,对/tftpboot/mips目录具有读写功能。这样设置是为了方便以后在开发板上的开发与调试工作。 4. 启动服务 在RedHat Linux9.0程序启动栏里,系统设置—〉服务器设置—〉服务,选上dhcpd、tftp、xinetd、nfs、portmap服务选项,点击开始或者重新开始来启动dhcp、tftp、nfs服务。其中tftp服务要通过启动xinetd才能工作。 四、通过NFS服务在开发板上启动Linux系统 1.设置minicom minicom是一个RedHat Linux9.0自带的通信终端程序,通过minicom可以设置、监视串口工作状态,接收、显示串口收到的信息,并且在主机和开发板之间传递数据和控制指令,从而实现通过主机上调试开发板的目的。以下的操作都是通过主机键盘在minicom窗口里进行的。 在主机上打开一个终端窗口,启动minicom,设置主机串口:波特率9600、数据位8位、停止位1位、奇偶校验位无、数据流控制无;保存设置后,重新启动minicom。这时minicom处于工作状态; 2. 开发板加电 开发板上有一个512KB ROM,烧有bootloarder - pmon2000,加电后自动完成处理器、缓存、内存控制器、网络控制器等初始化工作;同时pmon2000拥有少量行命令集,用于启动后对内存的读写校验、板载Flash的擦写、ip设置、串口设置以及跟主机之间进行数据通信,包括上传、下传文件,接收主机下达指令等等。 开发板加电后,minicom窗口显示初始化信息;启动完成,显示pmon>; 3.启动Linux 加载内核:pmon>boot 192.168.0.10:vmlinux pmon2000内部命令boot通过网络,将主机上位于NFS根目录/tftpboot/mips下可执行的vmlinux映像文件,加载到内存,显示入口地址(Entry point); 启动Linux:pmon>g ./root=/dev/nfs nfsroot=/tftpboot/mips ip=dhcp g为执行载入文件的命令;其后的参数,是传递给内核的有关根目录的信息,通过NFS访问主机的客户机(开发板),其ip由主机dhcp服务动态分配。pmon2000将内核拷贝到内存空间,随后将控制权交给内核,由其完成系统的启动。在启动完成登录行出现时,输入:root,即可进入运行于开发板上的Linux系统。由于操作系统是在内存里运行的,断电后,要重复步骤2、3,重新载入内核后才能再次启动Linux。 4.应用举例 前面设置了客户机具有对根目录/tftpboot/mips的完全控制功能,因此可以在客户机上(minicom窗口中)直接编写、编译、调试程序。这时所使用的编译调试工具是安装在主机/tftpboot/mips/usr/bin目录里,根目录结构包自带的MIPS版GNU gcc、g++、gdb、ld等等;程序编译完成可直接运行,不需要在主机用交叉编译工具编译后,再切换到客户机下载运行,这样提高了开发效率。 在开发板上(minicom窗口), cd /home mkdir test -- 在/home目录里建立一个test子目录,实际上是建在主机的/tftpboot/mips/home下 cd test vi hello.c -- 用vi编写一个名为hello的c语言程序 gcc -o hello hello.c -- 编译产生可执行文件hello.o ./hello -- 执行该文件 至此,可以看见程序运行结果。 五、结束语 文中所编译出来的内核文件vmlinux占空间小(1.9MB),功能有限,需要与主机配合才能发挥作用。在实际的应用中,有可能要加入更多的功能、服务,比如:http服务、ftp服务、mail服务、对GUI的支持等等,内核的占据空间必然增大,因此,设计时在功能和资源之间就要有所取舍。另外,系统实际应用中不一定带有网络,可能是一个独立的系统,此时内核必须放在系统自身的存储单元里(DOC、IDE硬盘、CF卡等)。因此,有必要进一步研究能够直接从存储单元启动操作系统的技术。 |
Linux汇编语言开发指南(转)
一、简介
作为最基本的编程语言之一,汇编语言虽然应用的范围不算很广,但重要性却勿庸置疑,因为它能够完成许多其它语言所无法完成的功能。就拿 Linux 内核来讲,虽然绝大部分代码是用 C 语言编写的,但仍然不可避免地在某些关键地方使用了汇编代码,其中主要是在 Linux 的启动部分。由于这部分代码与硬件的关系非常密切,即使是 C 语言也会有些力不从心,而汇编语言则能够很好扬长避短,最大限度地发挥硬件的性能。
大多数情况下 Linux 程序员不需要使用汇编语言,因为即便是硬件驱动这样的底层程序在 Linux 操作系统中也可以用完全用 C 语言来实现,再加上 GCC 这一优秀的编译器目前已经能够对最终生成的代码进行很好的优化,的确有足够的理由让我们可以暂时将汇编语言抛在一边了。但实现情况是 Linux 程序员有时还是需要使用汇编,或者不得不使用汇编,理由很简单:精简、高效和 libc 无关性。假设要移植 Linux 到某一特定的嵌入式硬件环境下,首先必然面临如何减少系统大小、提高执行效率等问题,此时或许只有汇编语言能帮上忙了。
汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互,它具有如下一些优点:
能够直接访问与硬件相关的存储器或 I/O 端口;
能够不受编译器的限制,对生成的二进制代码进行完全的控制;
能够对关键代码进行更准确的控制,避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁;
能够根据特定的应用对代码做最佳的优化,提高运行速度;
能够最大限度地发挥硬件的功能。
同时还应该认识到,汇编语言是一种层次非常低的语言,它仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码,因此不可避免地存在一些缺点:
编写的代码非常难懂,不好维护;
很容易产生 bug,难于调试;
只能针对特定的体系结构和处理器进行优化;
开发效率很低,时间长且单调。
Linux 下用汇编语言编写的代码具有两种不同的形式。第一种是完全的汇编代码,指的是整个程序全部用汇编语言编写。尽管是完全的汇编代码,Linux 平台下的汇编工具也吸收了 C 语言的长处,使得程序员可以使用 #include、#ifdef 等预处理指令,并能够通过宏定义来简化代码。第二种是内嵌的汇编代码,指的是可以嵌入到C语言程序中的汇编代码片段。虽然 ANSI 的 C 语言标准中没有关于内嵌汇编代码的相应规定,但各种实际使用的 C 编译器都做了这方面的扩充,这其中当然就包括 Linux 平台下的 GCC。
二、Linux 汇编语法格式
绝大多数 Linux 程序员以前只接触过DOS/Windows 下的汇编语言,这些汇编代码都是 Intel 风格的。但在 Unix 和 Linux 系统中,更多采用的还是 AT&T 格式,两者在语法格式上有着很大的不同:
在 AT&T 汇编格式中,寄存器名要加上 '%' 作为前缀;而在 Intel 汇编格式中,寄存器名不需要加前缀。例如:
AT&T 格式 pushl %eax
Intel 格式 push eax
在 AT&T 汇编格式中,用 '$' 前缀表示一个立即操作数;而在 Intel 汇编格式中,立即数的表示不用带任何前缀。例如:
AT&T 格式 pushl $1
Intel 格式 push 1
AT&T 和 Intel 格式中的源操作数和目标操作数的位置正好相反。在 Intel 汇编格式中,目标操作数在源操作数的左边;而在 AT&T 汇编格式中,目标操作数在源操作数的右边。例如:
AT&T 格式 addl $1, %eax
Intel 格式 add eax, 1
在 AT&T 汇编格式中,操作数的字长由操作符的最后一个字母决定,后缀'b'、'w'、'l'分别表示操作数为字节(byte,8 比特)、字(word,16 比特)和长字(long,32比特);而在 Intel 汇编格式中,操作数的字长是用 "byte ptr" 和 "word ptr" 等前缀来表示的。例如:
AT&T 格式
movb val, %al
Intel 格式 mov al, byte ptr val
在 AT&T 汇编格式中,绝对转移和调用指令(jump/call)的操作数前要加上'*'作为前缀,而在 Intel 格式中则不需要。
远程转移指令和远程子调用指令的操作码,在 AT&T 汇编格式中为 "ljump" 和 "lcall",而在 Intel 汇编格式中则为 "jmp far" 和 "call far",即:
AT&T 格式 ljump $section, $offset lcall $section, $offset
Intel 格式 jmp far section:offset call far section:offset
与之相应的远程返回指令则为:
AT&T 格式 lret $stack_adjust
Intel 格式 ret far stack_adjust
在 AT&T 汇编格式中,内存操作数的寻址方式是
section:disp(base, index, scale)
而在 Intel 汇编格式中,内存操作数的寻址方式为:
section:[base + index*scale + disp]
由于 Linux 工作在保护模式下,用的是 32 位线性地址,所以在计算地址时不用考虑段基址和偏移量,而是采用如下的地址计算方法:
disp + base + index * scale
下面是一些内存操作数的例子:
AT&T 格式 Intel 格式
movl -4(%ebp), %eax mov eax, [ebp - 4]
movl array(, %eax, 4), %eax mov eax, [eax*4 + array]
movw array(%ebx, %eax, 4), %cx mov cx, [ebx + 4*eax + array]
movb $4, %fs:(%eax) mov fs:eax, 4
三、Hello World!
真不知道打破这个传统会带来什么样的后果,但既然所有程序设计语言的第一个例子都是在屏幕上打印一个字符串 "Hello World!",那我们也以这种方式来开始介绍 Linux 下的汇编语言程序设计。
在 Linux 操作系统中,你有很多办法可以实现在屏幕上显示一个字符串,但最简洁的方式是使用 Linux 内核提供的系统调用。使用这种方法最大的好处是可以直接和操作系统的内核进行通讯,不需要链接诸如 libc 这样的函数库,也不需要使用 ELF 解释器,因而代码尺寸小且执行速度快。
Linux 是一个运行在保护模式下的 32 位操作系统,采用 flat memory 模式,目前最常用到的是 ELF 格式的二进制代码。一个 ELF 格式的可执行程序通常划分为如下几个部分:.text、.data 和 .bss,其中 .text 是只读的代码区,.data 是可读可写的数据区,而 .bss 则是可读可写且没有初始化的数据区。代码区和数据区在 ELF 中统称为 section,根据实际需要你可以使用其它标准的 section,也可以添加自定义 section,但一个 ELF 可执行程序至少应该有一个 .text 部分。下面给出我们的第一个汇编程序,用的是 AT&T 汇编语言格式:
例1. AT&T 格式
#hello.s
.data # 数据段声明
msg : .string "Hello, world!\\n" # 要输出的字符串
len = . - msg # 字串长度
.text # 代码段声明
.global _start # 指定入口函数
_start: # 在屏幕上显示一个字符串
movl $len, %edx # 参数三:字符串长度
movl $msg, %ecx # 参数二:要显示的字符串
movl $1, %ebx # 参数一:文件描述符(stdout)
movl $4, %eax # 系统调用号(sys_write)
int $0x80 # 调用内核功能
# 退出程序
movl $0,%ebx # 参数一:退出代码
movl $1,%eax # 系统调用号(sys_exit)
int $0x80 # 调用内核功能
初次接触到 AT&T 格式的汇编代码时,很多程序员都认为太晦涩难懂了,没有关系,在 Linux 平台上你同样可以使用 Intel 格式来编写汇编程序:
例2. Intel 格式
; hello.asm
section .data ; 数据段声明
msg db "Hello, world!", 0xA ; 要输出的字符串
len equ $ - msg ; 字串长度
section .text ; 代码段声明
global _start ; 指定入口函数
_start: ; 在屏幕上显示一个字符串
mov edx, len ; 参数三:字符串长度
mov ecx, msg ; 参数二:要显示的字符串
mov ebx, 1 ; 参数一:文件描述符(stdout)
mov eax, 4 ; 系统调用号(sys_write)
int 0x80 ; 调用内核功能
; 退出程序
mov ebx, 0 ; 参数一:退出代码
mov eax, 1 ; 系统调用号(sys_exit)
int 0x80 ; 调用内核功能
上面两个汇编程序采用的语法虽然完全不同,但功能却都是调用 Linux 内核提供的 sys_write 来显示一个字符串,然后再调用 sys_exit 退出程序。在 Linux 内核源文件 include/asm-i386/unistd.h 中,可以找到所有系统调用的定义。
四、Linux 汇编工具
Linux 平台下的汇编工具虽然种类很多,但同 DOS/Windows 一样,最基本的仍然是汇编器、连接器和调试器。
1.汇编器
汇编器(assembler)的作用是将用汇编语言编写的源程序转换成二进制形式的目标代码。Linux 平台的标准汇编器是 GAS,它是 GCC 所依赖的后台汇编工具,通常包含在 binutils 软件包中。GAS 使用标准的 AT&T 汇编语法,可以用来汇编用 AT&T 格式编写的程序:
[xiaowp@gary code]$ as -o hello.o hello.s
Linux 平台上另一个经常用到的汇编器是 NASM,它提供了很好的宏指令功能,并能够支持相当多的目标代码格式,包括 bin、a.out、coff、elf、rdf 等。NASM 采用的是人工编写的语法分析器,因而执行速度要比 GAS 快很多,更重要的是它使用的是 Intel 汇编语法,可以用来编译用 Intel 语法格式编写的汇编程序:
[xiaowp@gary code]$ nasm -f elf hello.asm
2.链接器
由汇编器产生的目标代码是不能直接在计算机上运行的,它必须经过链接器的处理才能生成可执行代码。链接器通常用来将多个目标代码连接成一个可执行代码,这样可以先将整个程序分成几个模块来单独开发,然后才将它们组合(链接)成一个应用程序。 Linux 使用 ld 作为标准的链接程序,它同样也包含在 binutils 软件包中。汇编程序在成功通过 GAS 或 NASM 的编译并生成目标代码后,就可以使用 ld 将其链接成可执行程序了:
[xiaowp@gary code]$ ld -s -o hello hello.o
3.调试器
有人说程序不是编出来而是调出来的,足见调试在软件开发中的重要作用,在用汇编语言编写程序时尤其如此。Linux 下调试汇编代码既可以用 GDB、DDD 这类通用的调试器,也可以使用专门用来调试汇编代码的 ALD(Assembly Language Debugger)。
从调试的角度来看,使用 GAS 的好处是可以在生成的目标代码中包含符号表(symbol table),这样就可以使用 GDB 和 DDD 来进行源码级的调试了。要在生成的可执行程序中包含符号表,可以采用下面的方式进行编译和链接:
[xiaowp@gary code]$ as --gstabs -o hello.o hello.s
[xiaowp@gary code]$ ld -o hello hello.o
执行 as 命令时带上参数 --gstabs 可以告诉汇编器在生成的目标代码中加上符号表,同时需要注意的是,在用 ld 命令进行链接时不要加上 -s 参数,否则目标代码中的符号表在链接时将被删去。
在 GDB 和 DDD 中调试汇编代码和调试 C 语言代码是一样的,你可以通过设置断点来中断程序的运行,查看变量和寄存器的当前值,并可以对代码进行单步跟踪。
图1 用 DDD 中调试汇编程序
汇编程序员通常面对的都是一些比较苛刻的软硬件环境,短小精悍的ALD可能更能符合实际的需要,因此下面主要介绍一下如何用ALD来调试汇编程序。首先在命令行方式下执行ald命令来启动调试器,该命令的参数是将要被调试的可执行程序:
[xiaowp@gary doc]$ ald hello
Assembly Language Debugger 0.1.3
Copyright (C) 2000-2002 Patrick Alken
hello: ELF Intel 80386 (32 bit), LSB, Executable, Version 1 (current)
Loading debugging symbols...(15 symbols loaded)
ald>
当 ALD 的提示符出现之后,用 disassemble 命令对代码段进行反汇编:
ald> disassemble -s .text
Disassembling section .text (0x08048074 - 0x08048096)
08048074 BA0F000000 mov edx, 0xf
08048079 B998900408 mov ecx, 0x8049098
0804807E BB01000000 mov ebx, 0x1
08048083 B804000000 mov eax, 0x4
08048088 CD80 int 0x80
0804808A BB00000000 mov ebx, 0x0
0804808F B801000000 mov eax, 0x1
08048094 CD80 int 0x80
上述输出信息的第一列是指令对应的地址码,利用它可以设置在程序执行时的断点:
ald> break 0x08048088
Breakpoint 1 set for 0x08048088
断点设置好后,使用 run 命令开始执行程序。ALD 在遇到断点时将自动暂停程序的运行,同时会显示所有寄存器的当前值:
ald> run
Starting program: hello
Breakpoint 1 encountered at 0x08048088
eax = 0x00000004 ebx = 0x00000001 ecx = 0x08049098 edx = 0x0000000F
esp = 0xBFFFF6C0 ebp = 0x00000000 esi = 0x00000000 edi = 0x00000000
ds = 0x0000002B es = 0x0000002B fs = 0x00000000 gs = 0x00000000
ss = 0x0000002B cs = 0x00000023 eip = 0x08048088 eflags = 0x00000246
Flags: PF ZF IF
08048088 CD80 int 0x80
如果需要对汇编代码进行单步调试,可以使用 next 命令:
ald> next
Hello, world!
eax = 0x0000000F ebx = 0x00000000 ecx = 0x08049098 edx = 0x0000000F
esp = 0xBFFFF6C0 ebp = 0x00000000 esi = 0x00000000 edi = 0x00000000
ds = 0x0000002B es = 0x0000002B fs = 0x00000000 gs = 0x00000000
ss = 0x0000002B cs = 0x00000023 eip = 0x0804808F eflags = 0x00000346
Flags: PF ZF TF IF
0804808F B801000000 mov eax, 0x1
若想获得 ALD 支持的所有调试命令的详细列表,可以使用 help 命令:
ald> help
Commands may be abbreviated.
If a blank command is entered, the last command is repeated.
Type `help <command>' for more specific information on <command>.
General commands
attach clear continue detach disassemble
enter examine file help load
next quit register run set
step unload window write
Breakpoint related commands
break delete disable enable ignore
lbreak tbreak
五、系统调用
即便是最简单的汇编程序,也难免要用到诸如输入、输出以及退出等操作,而要进行这些操作则需要调用操作系统所提供的服务,也就是系统调用。除非你的程序只完成加减乘除等数学运算,否则将很难避免使用系统调用,事实上除了系统调用不同之外,各种操作系统的汇编编程往往都是很类似的。
在 Linux 平台下有两种方式来使用系统调用:利用封装后的 C 库(libc)或者通过汇编直接调用。其中通过汇编语言来直接调用系统调用,是最高效地使用 Linux 内核服务的方法,因为最终生成的程序不需要与任何库进行链接,而是直接和内核通信。
和 DOS 一样,Linux 下的系统调用也是通过中断(int 0x80)来实现的。在执行 int 80 指令时,寄存器 eax 中存放的是系统调用的功能号,而传给系统调用的参数则必须按顺序放到寄存器 ebx,ecx,edx,esi,edi 中,当系统调用完成之后,返回值可以在寄存器 eax 中获得。
所有的系统调用功能号都可以在文件 /usr/include/bits/syscall.h 中找到,为了便于使用,它们是用 SYS_<name> 这样的宏来定义的,如 SYS_write、SYS_exit 等。例如,经常用到的 write 函数是如下定义的:
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
该函数的功能最终是通过 SYS_write 这一系统调用来实现的。根据上面的约定,参数 fb、buf 和 count 分别存在寄存器 ebx、ecx 和 edx 中,而系统调用号 SYS_write 则放在寄存器 eax 中,当 int 0x80 指令执行完毕后,返回值可以从寄存器 eax 中获得。
或许你已经发现,在进行系统调用时至多只有 5 个寄存器能够用来保存参数,难道所有系统调用的参数个数都不超过 5 吗?当然不是,例如 mmap 函数就有 6 个参数,这些参数最后都需要传递给系统调用 SYS_mmap:
void * mmap(void *start, size_t length, int prot , int flags, int fd, off_t offset);
当一个系统调用所需的参数个数大于 5 时,执行int 0x80 指令时仍需将系统调用功能号保存在寄存器 eax 中,所不同的只是全部参数应该依次放在一块连续的内存区域里,同时在寄存器 ebx 中保存指向该内存区域的指针。系统调用完成之后,返回值仍将保存在寄存器 eax 中。
由于只是需要一块连续的内存区域来保存系统调用的参数,因此完全可以像普通的函数调用一样使用栈(stack)来传递系统调用所需的参数。但要注意一点,Linux 采用的是 C 语言的调用模式,这就意味着所有参数必须以相反的顺序进栈,即最后一个参数先入栈,而第一个参数则最后入栈。如果采用栈来传递系统调用所需的参数,在执行int 0x80 指令时还应该将栈指针的当前值复制到寄存器 ebx中。
六、命令行参数
在 Linux 操作系统中,当一个可执行程序通过命令行启动时,其所需的参数将被保存到栈中:首先是 argc,然后是指向各个命令行参数的指针数组 argv,最后是指向环境变量的指针数据 envp。在编写汇编语言程序时,很多时候需要对这些参数进行处理,下面的代码示范了如何在汇编代码中进行命令行参数的处理:
例3. 处理命令行参数
# args.s
.text
.globl _start
_start:
popl %ecx # argc
vnext:
popl %ecx # argv
test %ecx, %ecx # 空指针表明结束
jz exit
movl %ecx, %ebx
xorl %edx, %edx
strlen:
movb (%ebx), %al
inc %edx
inc %ebx
test %al, %al
jnz strlen
movb $10, -1(%ebx)
movl $4, %eax # 系统调用号(sys_write)
movl $1, %ebx # 文件描述符(stdout)
int $0x80
jmp vnext
exit:
movl $1,%eax # 系统调用号(sys_exit)
xorl %ebx, %ebx # 退出代码
int $0x80
ret
七、GCC 内联汇编
用汇编编写的程序虽然运行速度快,但开发速度非常慢,效率也很低。如果只是想对关键代码段进行优化,或许更好的办法是将汇编指令嵌入到 C 语言程序中,从而充分利用高级语言和汇编语言各自的特点。但一般来讲,在 C 代码中嵌入汇编语句要比"纯粹"的汇编语言代码复杂得多,因为需要解决如何分配寄存器,以及如何与C代码中的变量相结合等问题。
GCC 提供了很好的内联汇编支持,最基本的格式是:
__asm__("asm statements");
例如:
__asm__("nop");
如果需要同时执行多条汇编语句,则应该用"\\n\\t"将各个语句分隔开,例如:
__asm__( "pushl %%eax \\n\\t"
"movl $0, %%eax \\n\\t"
"popl %eax");
通常嵌入到 C 代码中的汇编语句很难做到与其它部分没有任何关系,因此更多时候需要用到完整的内联汇编格式:
__asm__("asm statements" : outputs : inputs : registers-modified);
插入到 C 代码中的汇编语句是以":"分隔的四个部分,其中第一部分就是汇编代码本身,通常称为指令部,其格式和在汇编语言中使用的格式基本相同。指令部分是必须的,而其它部分则可以根据实际情况而省略。
在将汇编语句嵌入到C代码中时,操作数如何与C代码中的变量相结合是个很大的问题。GCC采用如下方法来解决这个问题:程序员提供具体的指令,而对寄存器的使用则只需给出"样板"和约束条件就可以了,具体如何将寄存器与变量结合起来完全由GCC和GAS来负责。
在GCC内联汇编语句的指令部中,加上前缀'%'的数字(如%0,%1)表示的就是需要使用寄存器的"样板"操作数。指令部中使用了几个样板操作数,就表明有几个变量需要与寄存器相结合,这样GCC和GAS在编译和汇编时会根据后面给定的约束条件进行恰当的处理。由于样板操作数也使用'%'作为前缀,因此在涉及到具体的寄存器时,寄存器名前面应该加上两个'%',以免产生混淆。
紧跟在指令部后面的是输出部,是规定输出变量如何与样板操作数进行结合的条件,每个条件称为一个"约束",必要时可以包含多个约束,相互之间用逗号分隔开就可以了。每个输出约束都以'='号开始,然后紧跟一个对操作数类型进行说明的字后,最后是如何与变量相结合的约束。凡是与输出部中说明的操作数相结合的寄存器或操作数本身,在执行完嵌入的汇编代码后均不保留执行之前的内容,这是GCC在调度寄存器时所使用的依据。
输出部后面是输入部,输入约束的格式和输出约束相似,但不带'='号。如果一个输入约束要求使用寄存器,则GCC在预处理时就会为之分配一个寄存器,并插入必要的指令将操作数装入该寄存器。与输入部中说明的操作数结合的寄存器或操作数本身,在执行完嵌入的汇编代码后也不保留执行之前的内容。
有时在进行某些操作时,除了要用到进行数据输入和输出的寄存器外,还要使用多个寄存器来保存中间计算结果,这样就难免会破坏原有寄存器的内容。在GCC内联汇编格式中的最后一个部分中,可以对将产生副作用的寄存器进行说明,以便GCC能够采用相应的措施。
下面是一个内联汇编的简单例子:
例4.内联汇编
/* inline.c */
int main()
{
int a = 10, b = 0;
__asm__ __volatile__("movl %1, %%eax;\\n\\r"
"movl %%eax, %0;"
:"=r"(b) /* 输出 */
:"r"(a) /* 输入 */
:"%eax"); /* 不受影响的寄存器 */
printf("Result: %d, %d\\n", a, b);
}
上面的程序完成将变量a的值赋予变量b,有几点需要说明:
变量b是输出操作数,通过%0来引用,而变量a是输入操作数,通过%1来引用。
输入操作数和输出操作数都使用r进行约束,表示将变量a和变量b存储在寄存器中。输入约束和输出约束的不同点在于输出约束多一个约束修饰符'='。
在内联汇编语句中使用寄存器eax时,寄存器名前应该加两个'%',即%%eax。内联汇编中使用%0、%1等来标识变量,任何只带一个'%'的标识符都看成是操作数,而不是寄存器。
内联汇编语句的最后一个部分告诉GCC它将改变寄存器eax中的值,GCC在处理时不应使用该寄存器来存储任何其它的值。
由于变量b被指定成输出操作数,当内联汇编语句执行完毕后,它所保存的值将被更新。
在内联汇编中用到的操作数从输出部的第一个约束开始编号,序号从0开始,每个约束记数一次,指令部要引用这些操作数时,只需在序号前加上'%'作为前缀就可以了。需要注意的是,内联汇编语句的指令部在引用一个操作数时总是将其作为32位的长字使用,但实际情况可能需要的是字或字节,因此应该在约束中指明正确的限定符:
限定符 意义
"m"、"v"、"o" 内存单元
"r" 任何寄存器
"q" 寄存器eax、ebx、ecx、edx之一
"i"、"h" 直接操作数
"E"和"F" 浮点数
"g" 任意
"a"、"b"、"c"、"d" 分别表示寄存器eax、ebx、ecx和edx
"S"和"D" 寄存器esi、edi
"I" 常数(0至31)
八、小结
Linux操作系统是用C语言编写的,汇编只在必要的时候才被人们想到,但它却是减少代码尺寸和优化代码性能的一种非常重要的手段,特别是在与硬件直接交互的时候,汇编可以说是最佳的选择。Linux提供了非常优秀的工具来支持汇编程序的开发,使用GCC的内联汇编能够充分地发挥C语言和汇编语言各自的优点。
九、参考资料
在网站http://linuxassembly.org上可以找到大量的Linux汇编资源。
软件包binutils提供了as和ld等实用工具,其相关信息可以在网站http://sources.redhat.com/binutils/上找到。
NASM是Intel格式的汇编器,其相关信息可以在网站http://nasm.sourceforge.net上找到。
ALD是一个短小精悍的汇编调试器,其相关信息可以在网站http://dunx1.irt.drexel.edu/~psa22/ald.html上找到。
intel2gas是一个能够将Intel汇编格式转换成AT&T汇编格式的小工具,其相关信息可以在网站http://www.niksula.cs.hut.fi/~mtiihone/intel2gas/上找到。
IBM developerWorks上有一篇介绍GCC内联汇编的文章(http://www-900.ibm.com/developerworks/cn/linux/sdk/assemble/inline/index_eng.shtml)。
学习linux心得(转)
转载: 嵌入式linux快速入门
一个典型的桌面Linux系统包括3个主要的软件层---linux内核、C库和应用程序代码。
内核是唯一可以完全控制硬件的层,内核驱动程序代表应用程序与硬件之间进行会话。内核之上是C库,负责把POSIX API转换为内核可以识别的形式,然后调用内核,从应用程序向内核传递参数。应用程序依靠驱动内核来完成特定的任务。
在设计嵌入式应用的时候,可以不按照这种层次,应用程序越过C库直接和内核会话,或者把应用和内核捆绑在一起,甚至可以把应用写为内核的一个线程,在内核中运行,虽然这样在移植上带来了困难,但考虑嵌入式系统对尺寸要求小的特点,是完全可行的。不过我们使用三层软件结构的模式来学习嵌入式linux将会是我们认识更清晰,简单可行并使应用具有弹性。
快速入门,最简单的建立嵌入式Linux应用的方法就是从我们使用的桌面Linux入手,安装一个喜爱的版本,把我们的某个应用作为初始化的一部分,框架就算完成了。当然,嵌入式linux应用远比我们的桌面版本功能简单专一,它也许就是一个用于足彩的终端机,或是一个数码音频播放器,这些系统除了使用嵌入式CPU外,仅仅再需要一个串口,网口等少量的输入输出接口就可以完成它们特定的应用了。在软件上,它可以按照三层的概念由内核装载器,定制的内核和较少的为特定任务设计的静态连接的应用程序组成。之所以使用静态连接的应用程序,是因为少量的静态连接程序所要的存储空间,比同样数量的动态连接的程序所占的空间小,这个平衡点需要我们在实际开发中去获取。也许你正在设计的是个PDA,它的应用程序较多,那么你很可能就要使用动态连接程序来减少存储空间。在你的/bin或者/sbin目录下,用厂列表看看bash,ifconfig,vi...,也许只用几十K,当你运行 ldd /bin/bash 时,你会看到它们都和好几个库文件相连。好了,这样看来,我们得把PC想像成一个嵌入式硬件平台,再重新制作一个特定功能的嵌入式linux。
再进行实际操作之前,先来搞清楚几个基础知识。
内核装载器Loader,它的作用是把内核从外部存储器,移动到内存中。它只作这个事情,一旦完成了调入内核的工作,Loader就跳转到内核位置开始执行。不同架构有不同的Loader,在x86结构的PC上,通常使用的loader有LILO,GRUB,syslinux,syslinux在嵌入式 linux中也同样工作。其他非x86架构的应用中,你必须使用专门的loader,或者自己编写loader来装入内核。也有不使用loader的情况,系统加电以后,内核直接从烧录有映象的Flash上开始执行。
内核,一旦内核开始执行,它将通过驱动程序初始化所有硬件,这可以从我们的pc机监视器的输出看出来,每个驱动程序都打印一些有关它的信息。初始化完成后,计算机就准备运行嵌入式应用。也许一个,也许是多个应用程序组成了嵌入式应用,但通常首先调用的是init(通过loader 向核心传入init=/program 可以定制首先运行的程序)。桌面linux中,init会读取/etc/inittab文件,来决定执行级别和哪些脚本和命令。嵌入式应用中,可以根据实际的情况决定是否使用标准的init执行方式,也许这个init是个静态程序,它能够完成我们的嵌入应用的特定任务,那完全不用考虑inittab了。
initrd文件系统,initrd以一种把内核从存储介质装入到内存的相同的机制来装入一个小型文件系统。这个文件系统最好是以压缩的方式存储在介质上的,解压缩到RAM盘上。通过使用initrd,包含有核心驱动和启动脚本的小文件系统,就可以直接从介质上和内核一起启动起来,内核届压缩这个文件系统,并执行这个文件系统上叫做/linuxrc的脚本文件,这个脚本通常会把启动过程中所需要的驱动程序装入。脚本退出以后,initrd文件系统也卸下了,启动过程进入真正初始化过程。对于嵌入式来讲,可以将需要的应用软件都运行在这个initrd文件系统上,只要/linxrc文件不结束,内核启动过程的其他部分就不会继续。
做个试验:
cp /boot/initrd-2.4.20.img /tmp
cd /tmp
mv initrd-2.4.2-.img initrd.img.gz
gunzip initrd.img.gz
mount -o loop initrd.img /mnt
cd /mnt
ls
cat linuxrc 可以看到里面执行了加载了两个模块的操作,你在启动linxu的时候会看见屏幕打印信息。
入门试验,制作一个简单的应用:我们使用一张软盘启动一台假象的只有一个串口,键盘输入,显示输出的x86架构的linux系统,执行的特定应用就是运行 minicom,通过串口拨号。需要软件: minicom-xx.src.tar.gz 和 syslinux-xx.tar.gz,xx代表版本号,开始之前,在主目录建立一个目录,来释放这两个软件包:
cd
mkdir -p project/minilinux
cd project/minilinux
tar zxvf minicom-xx.src.tar.gz
tar zxvf syslinux-xx.tar.gz
1、裁减linux内核(需要系统安装内核文件包)
配置内核的时候,我们需要选择这些:摸块编入内核,386处理器、物理内存off、支持ELF、标准PC软盘、支持RAM盘(4096)、支持 initial RAM disk (initrd)、虚你终端、虚拟终端控制台、标准串口、ext2文件系统、控制台驱动,VGA text console、DOS FAT、MSDOS文件系统,其他的都可以不要,这样内核编出来较小。
步骤:
cd /usr/src/linux
make mrproper
make xconfig
make dep && make bzImage
得到 /usr/src/linux/arch/i386/boot/目录的内核文件bzIamge。
2、编译一个静态的minicom ,把它作为将来的linuxrc
cd minicom-xx/src
vi Makefile
修改下面这行
minicom: $(minicom_OBJECTS) $(minicom_DEPENDENCIES)
rm -f minicom 下面的行加上 -static,连接为静态程序
(LINK) -static $(minicom_LDFLAGS) $(minicom_OBJECTS) $(minicom_LDADD) $(LIBS)
vi minicom.c
找到 if (real_uid==0 && dosetup==0 ) 删除这个判断条件语句,主要是用于权限判断的,因为这个嵌入应用不关注权限问题,否则会出错。
make
得到可执行程序,用ldd 检查一下是不是静态程序。
3、准备initrd压缩文件image.gz
dd if=/dev/zero of=image bs=1k count=4096
losetup /dev/loop0 image
mke2fs -m 0 /dev/loop0
mounmt -t ext2 /dev/loop0 /mnt/
mkdir -p /mnt/dev
mkdir -p /mnt/usr/share/terminfo/l/
cd /dev
cp -a consle null tty tty0 zero mem /mnt/dev
cp -P /usr/share/terminfo/l/linux /mnt/usr/share/terminfo/l/linux
cp ~/project/minilinux/mincom/src/minicom /mnt/linuxrc
umount /mnt
losetup -d /dev/loop0
sync
gzip -9 image
4、制作软盘引导,并拷贝文件 bzimage image.gz 到软盘
A.使用grub
fdformat /dev/fd0
mke2fs /dev/fd0
mount /mnt/fd0 /mnt/floppy
mkdir -p /mnt/floppy/boot/grub
cp /boot/grub/stage1 /boot/grub/stage2 /mnt/floppy/boot/grub
执行 grub,在软盘上创建引导
grub > root (fd0)
grub > setup (fd0)
grub > quit
cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImge /mnt/floppy
cp ~/porject/minilinux/image.gz /mnt/floppy
编辑 /mnt/floppy/boot/grub/grub.conf
default =0
timeout-=10
title minilinux
root (fd0)
kernel /bzImage
initrd /image.gz
卸下软盘
umount /mnt/floppy
B. 使用syslinux
fdformat /dev/fd0
mkfs.msdos /dev/fd0
mount -t msdos /dev/fd0 /mnt/floppy
cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImge /mnt/floppy
cp ~/porject/minilinux/image.gz /mnt/floppy
cp syslinux-xx/ldlinxu.sys /mnt/floppy
cat > /mnt/floppy/syslinux.cfg
LABEL linux
KERNEL bzimage
APPEND initrd=image.gz
umont /mnt/floppy
syslinux-xx/syslinux /dev/fd0
sync
5、用软盘启动计算机,如果幸运,minicom的运行画面出现在屏幕上。
到此,我们的单应用嵌入式linux做好了,但它还很简陋,没有什么实际用途,但通过这个实验,可以了解嵌入式系统的大致结构和开发过程。在进行实际的嵌入式开发时,通常要在PC机上借助嵌入式linux开发工具包,如:uclinux,bluecat等,对相应的硬件平台(目标机)进行软件编写编译,调试成功后,将内核及应用程序写入到目标机的存储器中,从而完成整个应用。
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