梅科尔工作室-IoT-南向开发第二次培训笔记 原创

嵌入式c

1. 关键字
   关键字是C语言中具有特殊功能的保留标示符，按照功能可分为
   1). 数据类型(常用char, short, int, long, unsigned, float, double)
   2). 运算和表达式( =, +, -, *, while, do-while, if, goto, switch-case)
   3). 数据存储(auto， static， extern，const， register，volatile，restricted)，
   4). 结构(struct, enum, union,typedef),
   5). 位操作和逻辑运算(<<, >>, &, |, ~，^, &&)，
   6). 预处理(#define, #include, #error，#if…#elif…#else…#endif等)，
   7). 平台扩展关键字(__asm, __inline，__syscall)
   这些关键字共同构成了嵌入式平台的C语法。
   嵌入式的应用从逻辑上可以抽象为三个部分：
   1). 数据的输入(如传感器，信号，接口输入),
   2). 数据的处理(如协议的解码和封包，AD采样值的转换等)
   3). 数据的输出(GUI的显示，输出的引脚状态，DA的输出控制电压，PWM波的占空比等)，
   对于数据的管理就贯穿着整个嵌入式应用的开发，它包含数据类型，存储空间管理，位和逻辑操作，以及数据结构，C语言从语法上支撑上述功能的实现，并提供相应的优化机制，以应对嵌入式下更受限的资源环境。
   2 数据类型
   C语言支持常用的字符型，整型，浮点型变量，有些编译器如keil还扩展支持bit(位)和sfr(寄存器)等数据类型来满足特殊的地址操作。C语言只规定了每种基本数据类型的最小取值范围，因此在不同芯片平台上相同类型可能占用不同长度的存储空间，这就需要在代码实现时考虑后续移植的兼容性，而C语言提供的typedef就是用于处理这种情况的关键字，在大部分支持跨平台的软件项目中被采用
   3.内存管理和存储架构
   C语言允许程序变量在定义时就确定内存地址，通过作用域，以及关键字extern，static，实现了精细的处理机制，按照在硬件的区域不同，内存分配有三种方式(节选自C++高质量编程)：
   1). 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static 变量。
   2). 在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中 ，效率很高，但是分配的内存容量有限。
   3). 从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用 malloc 或 new 申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用 free 或 delete 释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但同时遇到问题也最多。
2. 指针和数组
   　　数组和指针往往是引起程序bug的主要原因，如数组越界，指针越界，非法地址访问，非对齐访问，这些问题背后往往都有指针和数组的影子，因此理解和掌握指针和数组，是成为合格C语言开发者的必经之路。
   　　数组是由相同类型元素构成，当它被声明时，编译器就根据内部元素的特性在内存中分配一段空间，另外C语言也提供多维数组，以应对特殊场景的需求，而指针则是提供使用地址的符号方法，只有指向具体的地址才有意义，C语言的指针具有最大的灵活性，在被访问前，可以指向任何地址，这大大方便了对硬件的操作，但同时也对开发者有了更高的要求
   对于数组来说，一般从0开始获取值，以length-1作为结束，通过[0, length)半开半闭区间访问，这一般不会出问题，但是某些时候，我们需要倒着读取数组时，有可能错误的将length作为起始点，从而导致访问越界，另外在操作数组时，有时为了节省空间，将访问的下标变量i定义为unsigned char类型，而C语言中unsigned char类型的范围是0~255，如果数组较大，会导致数组超过时无法截止，从而陷入死循环，这种在最初代码构建时很容易避免，但后期如果更改需求，在加大数组后，在使用数组的其它地方都会有隐患，需要特别注意。
   　　在前面提到过，指针占有的空间与芯片的寻址宽度有关，32位平台为4字节，64位为8字节，而指针的加减运算中的长度又与它的类型相关，如char类型为1，int类型为4，如果你仔细观察上面的代码就会发现par的值增加了8，这是因为指向指针的指针，对应的变量是指针，也就是长度就是指针类型的长度，在64位平台下为8，如果在32位平台则为4
   5.结构类型和对齐
   C语言提供自定义数据类型来描述一类具有相同特征点的事务，主要支持的有结构体，枚举和联合体。其中枚举通过别名限制数据的访问，可以让数据更直观，易读
   联合体的是能在同一个存储空间里存储不同类型数据的数据类型，对于联合体的占用空间，则是以其中占用空间最大的变量为准
   联合体的用途主要通过共享内存地址的方式，实现对数据内部段的访问，这在解析某些变量时，提供了更为简便的方式，此外测试芯片的大小端模式也是联合体的常见应用，当然利用指针强制转换，也能实现该目的
3. 预处理机制
   C语言提供了丰富的预处理机制，方便了跨平台的代码的实现，此外C语言通过宏机制实现的数据和代码块替换，字符串格式化，代码段切换，对于工程应用具有重要意义，下面按照功能需求，描述在C语言运用中的常用预处理机制。
   #include 包含文件命令，在C语言中，它执行的效果是将包含文件中的所有内容插入到当前位置，这不只包含头文件，一些参数文件，配置文件，也可以使用该文件插入到当前代码的指定位置。其中<>和""分别表示从标准库路径还是用户自定义路径开始检索。
   #define宏定义，常见的用法包含定义常量或者代码段别名，当然某些情况下配合##格式化字符串，可以实现接口的统一化处理
   Linux
   是一种自由和开放源代码的操作系统。它是根据类 UNIX 的设计原则开发的，并且被广泛用于服务器系统和嵌入式设备。下面是一些关于 Linux 基础的重要信息：
4. 内核（Kernel）：Linux 操作系统的核心是 Linux 内核，它负责处理硬件设备、文件系统和内存管理等底层任务。
5. 发行版（Distribution）：Linux 由许多不同的发行版提供，每个发行版都有自己的特点和软件包管理系统。常见的 Linux 发行版有 Ubuntu、Debian、Fedora、CentOS 等。
6. 命令行界面（CLI）：在 Linux 中，命令行界面是与系统进行交互的主要方式。你可以使用各种命令来执行任务、管理文件和配置系统等。
7. 文件系统：Linux 使用树状结构的文件系统，最顶层是根目录（/），其下包含各种子目录和文件。常见的文件系统如 ext4、XFS、Btrfs 等。
8. 用户和权限管理：Linux 是一个多用户操作系统，每个用户都有自己的账户和权限。超级用户（root）拥有系统的完全控制权，其他用户则根据权限来执行不同的操作。
9. 软件包管理：Linux 发行版使用软件包管理系统来安装、升级和卸载软件包。常见的包管理工具有 APT、DNF、YUM 等，它们能够自动处理软件依赖关系。
10. 网络和安全：Linux 提供丰富的网络功能和安全工具，可以用于搭建 Web 服务器、防火墙和虚拟私有网络等。