当“树莓派”遇上RT-Thread Smart——应用编程入门

Posted 2021-07-19 RT-Thread物联网操作系统

我们从现在开始会逐步连载RT-Thread Smart（简称rt-smart，甚至有时会称为smart os）的介绍文章，旨在让大家认识，接触到smart os的方方面面。

这个是本系列的第一篇文章，一些介绍及树莓派上rt-smart的应用编程入门（更多的从应用程序角度入手）。后续还包括在rt-smart上的不同应用程序介绍：

• wget & curl移植

• busybox移植

• sdl图形类应用

• dropbear及ssh server应用

为什么选择树莓派

树莓派是第一个smart对外提供公开支持的硬件平台?选择树莓派有诸多方面的原因：第一，它可以算是普及度最广的一款ARM Cortex-A硬件开发板，被广泛地应用在一些创新应用，高校教育等方面。第二，自树莓派4B发布以来，芯片核心部分也越来越标准化（相比较之前的树莓派2、3等，携带了标准的GIC中断控制器，有线以太网网口（vs 树莓派3的USB转有线以太网）），从这个再把rt-smart移植扩展到其他A系列处理器也会是很好的参考，例如后续ART-Pi版本ART-Pi smart开发板（ARM Cortex-A7核心，更合适的量产版本）。                

树莓派4B包括了4核的ARM Cortex-A72，1.5GHz的BCM2711芯片，可以执行ARM AArch64位指令，也可以执行ARM AArch32位指令，具备标准化的通用控制器GIC。和树莓派3B+的硬件规格对比情况：   

编写应用程序

要在树莓派上运行smart也很简单，直接下载smart的发布版，里面有树莓派4B上对应的移植代码，及一些用户态应用程序。

在smart上写程序，可以有以下几种方式：传统的RT-Thread scons构建方式；类Linux的方式，这里给出了基于Makefile的方式，及基于CMake的方式。下面通过一个 ❀ 花式的Hello World程序来进行介绍。

采用scons构建的应用程序

因为RT-Thread原生是采用scons来进行构建的，所以这里也用scons来构建一个应用程序，它会调用RT-Thread的一些API来创建一个线程，并输出"hello world!"。

examples/scons/main.c文件清单

 1#include <rtthread.h>
 2
 3void thread_entry(void* parameter)
 4{
 5    rt_kprintf("hello world\\n");
 6}
 7
 8int main(int argc, char** argv)
 9{
10    rt_thread_t tid;
11    tid = rt_thread_create("hello", thread_entry, RT_NULL, 
12        1024, 20, 20);
13    if (tid)
14    {
15        rt_thread_startup(tid);
16    }
17    rt_thread_mdelay(100);
18
19    return 0;
20}

对应的编译脚本，包含两个，一份是SConscript脚本，另外一份是SContruct脚本

SConstruct文件清单：

 1import os
 2import sys
 3
 4# UROOT_DIR指向rt-smart sdk中的userapps文件夹
 5UROOT_DIR = os.path.join('..', '..')
 6
 7# 把building.py的目录添加到系统搜索路径中
 8sys.path = sys.path + [os.path.join(UROOT_DIR, '..', 'tools')]
 9from building import *
10
11# 编译一个应用程序
12BuildApplication('scons', 'SConscript', usr_root = UROOT_DIR)

SConscript文件清单，和原本的RT-Thread 组件SConscript文件类似：

 1from building import *
 2
 3cwd = GetCurrentDir()
 4src = Glob('*.c') + Glob('*.cpp')
 5CPPPATH = [cwd]
 6
 7CPPDEFINES = ['HAVE_CCONFIG_H']
 8group = DefineGroup('scons', src, depend = [''], CPPPATH = CPPPATH, CPPDEFINES = CPPDEFINES)
 9
10Return('group')

按照RT-Thread传统的构建方式，直接执行scons，会生成相应的scons.elf可执行文件。

1~/workspace/rtthread-smart/userapps/examples/scons$ scons 
2scons: Reading SConscript files ...
3scons: done reading SConscript files.
4scons: Building targets ...
5scons: building associated VariantDir targets: build/scons
6CC build/scons/main.o
7LINK scons.elf
8scons: done building targets.

采用Makefile构建的应用程序

除了scons构建方式以外，我们也可以使用Makefile方式，以一个C++版本的方式来给出这份例子。

main.cpp文件清单：

 1#include <vector>
 2#include <iostream>
 3
 4extern "C" {
 5
 6int main(int argc, char** argv)
 7{
 8    int index = 0;
 9    std::vector<int> a;
10    for (index = 0; index < 5; index ++)
11    {
12        a.push_back(index);
13    }
14
15    for (std::vector<int>::iterator it=a.begin(); it != a.end(); it++)
16        std::cout << "hello world, index = " << *it << std::endl;
17    return 0;
18}
19
20}

而Makefile的编写可以按照这样的方式编写：

 1# 设置交叉工具链
 2CROSS_COMPILE= arm-linux-musleabi-
 3CC= $(CROSS_COMPILE)gcc
 4CXX= $(CROSS_COMPILE)g++
 5
 6# 获得当前目录
 7PWD := $(shell pwd)
 8
 9#  UROOT_DIR指向rt-smart sdk中的userapps文件夹
10UROOT_DIR := $(PWD)/../..
11RT_DIR=$(UROOT_DIR)/sdk/rt-thread
12INC_DIR=$(UROOT_DIR)/sdk/include
13LIB_DIR=${UROOT_DIR}/sdk/lib
14
15# 编译及链接时参数
16CFLAGS= -march=armv7-a -marm -msoft-float -D__RTTHREAD__  -Wall -O0 -g -gdwarf-2 -n --static
17CFLAGS+= -I. -I$(RT_DIR)/include -I$(RT_DIR)/components/dfs -I$(RT_DIR)/components/drivers -I$(RT_DIR)/components/finsh -I$(RT_DIR)/components/net -I${INC_DIR}
18
19LDFLAGS= -march=armv7-a -marm -msoft-float -T ${UROOT_DIR}/linker_scripts/arm/cortex-a/link.lds
20LDFLAGS+= -L$(RT_DIR)/lib -L$(LIB_DIR) -Wl,--whole-archive -lrtthread -Wl,--no-whole-archive -n --static -Wl,--start-group -lrtthread -Wl,--end-group 
21
22default:
23    $(CXX) $(CFLAGS) -c main.cpp -o main.o
24    $(CXX) $(LDFLAGS) main.o -o main.elf
25
26clean:
27    @rm *.o *.elf
28
29.PHONY: default clean

在目录下执行make即可生成makefile.elf可执行文件。

采用CMake构建的应用程序

针对CMake的版本，我们以pthreads的方式来编写这个pthread多线程版本的hello world：在一个POSIX thread线程中输出”hello world”。

POSIX thread版本的main.c代码清单

 1#include <stdio.h>
 2#include <pthread.h>
 3
 4void *pthread_entry(void* parameter)
 5{
 6    printf("hello world\\n");
 7    return NULL;
 8}
 9
10int main(int argc, char** argv)
11{
12    int ret;
13    void *value;
14    pthread_t pth;
15
16    /* 创建pthread线程来执行后续的hello输出 */
17    ret = pthread_create(&pth, NULL, pthread_entry, NULL);
18    printf("ret = %d\\n", ret);
19
20    /* 等待结束 */
21    pthread_join(pth, &value);
22
23    return 0;
24}

对应的CMakeLists.txt文件清单

 1cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
 2
 3project(cmake)
 4
 5## system configuration
 6enable_language(C ASM)
 7
 8set(CMAKE_SYSTEM_NAME Generic)
 9set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)
10
11if(NOT DEFINED ENV{RTT_EXEC_PATH})
12    message(FATAL_ERROR "not defined environment variable: RTT_EXEC_PATH")
13    message(FATAL_ERROR "Please execute the command: $ source smart_env.sh")
14endif()
15
16set(CONFIG_PREFIX "$ENV{RTT_EXEC_PATH}/arm-linux-musleabi-")
17#  UROOT_DIR指向rt-smart sdk中的userapps文件夹
18set(UROOT_DIR "${PROJECT_SOURCE_DIR}/../..")
19
20set(CMAKE_C_COMPILER "${CONFIG_PREFIX}gcc")
21set(CMAKE_CXX_COMPILER "${CONFIG_PREFIX}g++")
22set(CMAKE_ASM_COMPILER "${CONFIG_PREFIX}gcc")
23set(CMAKE_OBJCOPY "${CONFIG_PREFIX}objcopy")
24set(CMAKE_C_AR "${CONFIG_PREFIX}ar")
25set(CMAKE_SIZE "${CONFIG_PREFIX}size")
26
27set(SDK_DIR "${UROOT_DIR}/sdk")
28set(LINK_SCRIPTS_DIR "${UROOT_DIR}/linker_scripts/arm/cortex-a")
29
30set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -march=armv7-a -marm -msoft-float -Werror -Wall -O0 -g -gdwarf-2 -n --static")
31set(CMAKE_ASM_FLAGS "${CMAKE_ASM_FLAGS} -march=armv7-a -marm -msoft-float -x assembler-with-cpp -O0 -g")
32set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -march=armv7-a -marm -msoft-float -Werror -Wall -Woverloaded-virtual -fno-exceptions -fno-rtti -O0 -g -gdwarf-2 -n --static")
33
34set(SDK_INC 
35    "${UROOT_DIR}/include"
36    "${UROOT_DIR}/rt-thread/include"
37    "${UROOT_DIR}/rt-thread/components/dfs"
38    "${UROOT_DIR}/rt-thread/components/drivers"
39    "${UROOT_DIR}/rt-thread/components/finsh"
40    "${UROOT_DIR}/rt-thread/components/net"
41)
42
43# 设置链接脚本位置
44set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS  "-T ${LINK_SCRIPTS_DIR}/link.lds -static")
45
46## user configuration
47set(APPS_INC 
48    "${PROJECT_SOURCE_DIR}"
49    "${SDK_INC}"
50)
51
52set(APPS_SRC 
53    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/main.c"
54)
55
56set(CMAKE_EXECUTABLE_SUFFIX ".elf")
57
58add_executable(${PROJECT_NAME} ${SDK_SRC}  ${APPS_SRC})
59target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE ${APPS_INC})

可以在这个目录下创建一个build文件夹，然后通过cmake

 1~/workspace/rtthread-smart/userapps/examples/cmake/build$ cmake ..
 2-- The C compiler identification is GNU 7.5.0
 3-- The CXX compiler identification is GNU 7.5.0
 4-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc
 5-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc -- works
 6-- Detecting C compiler ABI info
 7-- Detecting C compiler ABI info - done
 8-- Detecting C compile features
 9-- Detecting C compile features - done
10-- Check for working CXX compiler: /usr/bin/c++
11-- Check for working CXX compiler: /usr/bin/c++ -- works
12-- Detecting CXX compiler ABI info
13-- Detecting CXX compiler ABI info - done
14-- Detecting CXX compile features
15-- Detecting CXX compile features - done
16-- The ASM compiler identification is GNU
17-- Found assembler: /usr/bin/cc
18-- Configuring done
19-- Generating done
20-- Build files have been written to: ~/workspace/rtthread-smart/userapps/examples/cmake/build

来生成Makefile文件，然后通过make进行编译。

1~/workspace/rtthread-smart/userapps/examples/cmake/build$ make
2[ 50%] Building C object CMakeFiles/cmake.dir/main.c.o
3[100%] Linking C executable cmake.elf
4[100%] Built target cmake

运行应用程序

在使用的时候，需要把上面编译好的三个应用程序放置到树莓派用的SD卡上。我们可以使用读卡器在PC上把应用程序复制到SD卡上。然后再插回到树莓派板子上，重新上电。这个时候我们可以在串口上看到RT-Thread Smart的启动界面：

 1 \\ | /
 2- RT -     Thread Smart Operating System
 3 / | \\     5.0.0 build May  4 2021
 4 2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
 5lwIP-2.1.2 initialized!
 6[I/sal.skt] Socket Abstraction Layer initialize success.
 7file system initialization done!
 8msh /> cd bin
 9msh /bin> scons.elf
10msh /bin> hello world!

执行程序，可以输出hello world！

通过上面三个例子，我们看到了在smart上目前支持的数种技术：

1、在用户态以RT-Thread传统API方式运行：RT-Thread的多线程，基于优先级全抢占的调度都可以被使用，具备平滑的延续性；

2、可以支持C++编写应用程序，同时也可以使用stdc++库；

3、可以支持pthreads，以POSIX thread线程的模式执行，它们会被映射到RT-Thread的多线程上执行。

上面的一些代码都放在了gitee的rt-smart notes仓库中：

https://gitee.com/rtthread/rt-smart-notes/tree/master/examples

下集预告：

下集我们将通过经典的Linux方式的configure & make模式来移植wget & cURL程序到rt-smart上，从而可以看到rt-smart对POSIX的兼容能力，敬请期待。

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