RT-Thread的Finsh实现学习

news2024/11/18 2:23:59

学习原因

        工作中，使用同事开发的调试软件，输入参数打印的函数名就可以打印参数，但看不到代码实现，只能用自己微薄的知识积累去猜一下，之前尝试过，专门写一个函数，去解析编译生成的map文件，就可以通过函数名去找到函数的地址，然后用函数指针去运行就可以了，最近工作之余在学习RT-Thread的内核源码，刚好看到了Finsh组件，可以在命令行输入函数名运行，所以就简单学习了下；

自定义MSH命令

举例引入

        如下是最简单的“hello world"函数， 在函数定义下面有一行宏，纸面意思是Finsh函数导出，下面对宏进行分析：

void hello(void)
{
    printf("hello RT-Thread!\n");
}
FINSH_FUNCTION_EXPORT(hello, say hello world);

宏定义说明

        先看下RT-Thread官方文档对如下宏定义的说明：

FINSH_FUNCTION_EXPORT(hello, say hello world);

 

宏定义源码分析

#define FINSH_FUNCTION_EXPORT(name, desc)   \
    FINSH_FUNCTION_EXPORT_CMD(name, name, desc)

/* else分支下的宏定义 */
#define FINSH_FUNCTION_EXPORT_CMD(name, cmd, desc)                      \
        const char __fsym_##cmd##_name[] SECTION(".rodata.name") = #cmd;    \
        const char __fsym_##cmd##_desc[] SECTION(".rodata.name") = #desc;   \
        RT_USED const struct finsh_syscall __fsym_##cmd SECTION("FSymTab")= \
        {                           \
            __fsym_##cmd##_name,    \
            __fsym_##cmd##_desc,    \
            (syscall_func)&name     \
        };

/* 上面宏定义中调用的宏的定义 */
#define SECTION(x)    __attribute__((section(x)))
#define RT_USED       __attribute__((used))

/* 上面宏定义中使用的结构体定义 */
struct finsh_syscall
{
    const char*     name;       /* the name of system call */
    const char*     desc;       /* description of system call */
    syscall_func    func;       /* the function address of system call */
};

/* 上面宏定义中使用的函数指针定义 */
typedef long (*syscall_func)(void);

宏展开后的真相

        可以看到展开之后，是一个finsh_syscall结构体类型的变量"__fsym_hello"，在后续章节可以得到证实；

FINSH_FUNCTION_EXPORT(hello, say hello world);

/* 展开之后 */
const char __fsym_hello_name[] __attribute__((section(".rodata.name"))) = "hello";              \
const char __fsym_hello_desc[] __attribute__((section(".rodata.name"))) = "say hello world";    \
__attribute__((used)) const struct finsh_syscall __fsym_hello __attribute__((section("FSymTab"))) = \
{                            \
    __fsym_hello_name,       \
    __fsym_hello_desc,       \
    (syscall_func)&hello     \
};

代码编译

        代码编译是在Ubuntu系统下，如下主要说明链接脚本文件生成和代码编译

链接文件生成

         指令如下：

ld --verbose

生成信息如下，红框中的内容需要删除掉，最后一行红框中的内容也需要删除，否则编译出错

代码编译

        代码编译是在Ubuntu系统下编译，编译指令如下：

gcc main.c -T link.lds -o main -Wl,-Map,test.map

其中"link.lds"链接时指定的链接文件，在上一个小节中生成，"test.map"是编译生成的map文件；

MAP文件分析

        分析编译生成的map文件，如下是”__fsym_hello_name“和”__fsym_hello_desc“的段属性:

        如下是"__fsym_hello"的段属性:

通过如上的分析，说明前面的宏定义分析是合理的，展开后的变量在编译生成的map文件中存在；

链接文件分析

        本章节第一小节说明了链接文件的生成过程，”.rodata“段是链接脚本生成的时候就有的，需要在".text"段添加"FSymTab"段，需要添加的代码如下：

. = ALIGN(8);
    __fsymtab_start = .;
    KEEP(*(FSymTab))
    __fsymtab_end = .; 
. = ALIGN(8);

添加完成后的".text" 段如下:

主要关注下："__fsymtab_start"和"__fsymtab_end"，是"FSymTab"段的首地址变量和尾地址变量，可以在代码中使用；如果不添加如上代码段，在代码中就无法使用这2个变量，同时也无法编译通过；

代码实现分析

        在板级代码中分析，在初始化任务中会调用finsh_system_init()函数，其注释是:初始化Finsh,所以就从这个代码入手分析，摘取了主要代码如下：

初始化关键变量

void finsh_system_init(void)
{
    extern const int __fsymtab_start;
    extern const int __fsymtab_end;

	finsh_system_function_init(&__fsymtab_start, &__fsymtab_end);
}

/* 全局变量声明 */
struct finsh_syscall *_syscall_table_begin  = NULL;
struct finsh_syscall *_syscall_table_end    = NULL;

/* 函数调用 */
void finsh_system_function_init(const void *begin, const void *end)
{
    _syscall_table_begin = (struct finsh_syscall *) begin;
    _syscall_table_end = (struct finsh_syscall *) end;
}

帮助信息函数

 如上代码主要是设置了"_syscall_table_begin"和“_syscall_table_end”这2个全局变量，然后根据这2个全局变量找下是咋用的，找到了函数msh_help()，这个函数也导出了，在命令行输入也可以运行，并输出help帮助信息；

nt msh_help(int argc, char **argv)
{
    rt_kprintf("RT-Thread shell commands:\n");
    {
        struct finsh_syscall *index;

        for (index = _syscall_table_begin;
                index < _syscall_table_end;
                FINSH_NEXT_SYSCALL(index))
        {
            if (strncmp(index->name, "__cmd_", 6) != 0) continue;
#if defined(FINSH_USING_DESCRIPTION) && defined(FINSH_USING_SYMTAB)
            rt_kprintf("%-16s - %s\n", &index->name[6], index->desc);
#else
            rt_kprintf("%s ", &index->name[6]);
#endif
        }
    }
    rt_kprintf("\n");

    return 0;
}
FINSH_FUNCTION_EXPORT_ALIAS(msh_help, __cmd_help, RT-Thread shell help.);

/* for循环里面用到的宏定义 */
#define FINSH_NEXT_SYSCALL(index)  index=finsh_syscall_next(index)

/* 宏定义里面调用的函数 */
struct finsh_syscall* finsh_syscall_next(struct finsh_syscall* call)
{
    unsigned int *ptr;
    ptr = (unsigned int*) (call + 1);
    while ((*ptr == 0) && ((unsigned int*)ptr < (unsigned int*) _syscall_table_end))
        ptr ++;

    return (struct finsh_syscall*)ptr;
}

MSH命令执行过程

在finsh_system_init()函数里面创建了个任务，猜想分析应该是用来执行shell指令的，相关的代码如下，需要说明下，如下代码就大概看了下，可能有问题，请勿完全相信：

int finsh_system_init(void)
{
	rt_thread_t tid = &finsh_thread;
	result = rt_thread_init(&finsh_thread,
                            FINSH_THREAD_NAME,
                            finsh_thread_entry, 
							RT_NULL,
                            &finsh_thread_stack[0], 
							sizeof(finsh_thread_stack),
                            FINSH_THREAD_PRIORITY, 
							10);
	rt_thread_startup(tid);
}

void finsh_thread_entry(void *parameter)
{
	while (1)
    {
        ch = finsh_getchar();
		msh_exec(shell->line, shell->line_position);
	}
	
}

int msh_exec(char *cmd, rt_size_t length)
{
	if (_msh_exec_cmd(cmd, length, &cmd_ret) == 0)
    {
        return cmd_ret;
    }
}

static int _msh_exec_cmd(char *cmd, rt_size_t length, int *retp)
{
	cmd_function_t cmd_func;
	
	cmd_func = msh_get_cmd(cmd, cmd0_size);
	
	*retp = cmd_func(argc, argv);
}

简单代码实现

        MSH部分的源代码

        根据以上的分析，写了个简单的测试程序如下：

void finsh_system_init(void)
{
    extern const int __fsymtab_start;
    extern const int __fsymtab_end;

    unsigned int addr_offset = (char *)&__fsymtab_start + 8;

    //_syscall_table_begin = (struct finsh_syscall *) &__fsymtab_start;
    /* 看map表偏移了8byte,指向了FSymTab段第一个变量的首地址 */
    _syscall_table_begin = (struct finsh_syscall *) addr_offset;        
    _syscall_table_end = (struct finsh_syscall *) &__fsymtab_end;

    printf("addr_offset                   = %x\n",addr_offset);

    printf("&__fsymtab_start              = %x\n",&__fsymtab_start);
    printf("&__fsymtab_end                = %x\n",&__fsymtab_end);

    printf("_syscall_table_begin          = %x\n",_syscall_table_begin);
    printf("_syscall_table_end            = %x\n",_syscall_table_end);

    printf("syscall_table length          = %ld\n\n\n",((unsigned int)&__fsymtab_end) - ((unsigned int)&__fsymtab_start));
}

void msh_help()
{
    struct finsh_syscall *index;

    for (index = _syscall_table_begin;index < _syscall_table_end; FINSH_NEXT_SYSCALL(index))
    {
        printf("%-8s \t - %s\n", &index->name[0], index->desc); 
        index->func();
        printf("\n\n");
    }
}

代码分析

        在finsh_system_init()函数中，_syscall_table_begin指向的是"FSymTab"段第一个变量的首地址，而源代码中指向的是"FSymTab"段的首地址变量，这块应该是和地址对齐有关，因时间等原因没仔细分析，查看map文件后，简单的把地址做了个便宜；

        在源码的msh_help()函数中，遍历了"FSymTab"段中的各变量，打印函数名及函数描述信息，所以我增加了一行index->func()，这一行就可以调用导出的函数；

MAP文件分析

        如下是编译生成的map文件中，"FSymTab"段的地址信息，其中段的首地址变量和尾地址变量的地址用红框标注，首尾地址之间的是2个段变量，其实就是前面宏展开后的变量；可以看到段首地址变量的地址和绿框中第一个段变量的地址差了8，所以在代码里面强制偏移了8；同时注意到，绿框中2个变量的首地址相差32byte，因为”finsh_syscall“结构体的大小是32byte;

要导出的函数

        上一小节的map文件中，有2个变量，这2个变量就是测试代码中导出的2个函数：

void rt_show_version(void)
{
    printf("\n \\ | /\n");
    printf("- RT -     Thread Operating System\n");
    printf(" / | \\     %d.%d.%d build %s\n",
               3, 0, 05, __DATE__);
    printf(" 2006 - 2018 Copyright by rt-thread team\n");
}
FINSH_FUNCTION_EXPORT(rt_show_version, show rt_thread version);

void hello(void)
{
    printf("hello RT-Thread!\n");
}
FINSH_FUNCTION_EXPORT(hello, say hello world);

同时在主函数里面只需要调用finsh_system_init()和 msh_help()即可

运行结果

        代码运行结果如下，”finsh_syscall“结构体的大小是32byte；导出的函数rt_show_version()和hello()也正常运行了；地址也和map文件完全一致；

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