Newlib

源代码

主要

https://sourceware.org/git/newlib-cygwin.git

说明

newlib是一个用于嵌入式系统的C运行库，通常与GCC搭配使用。

常用于单片机。

系统调用

对于嵌入式系统而言，环境复杂多样，有的支持多线程有的不支持，因此部分关于OS的接口C运行库不能预先实现。

对于newlib而言，用户需要手动实现一些操作系统接口。

基本OS接口

基本OS接口用于单进程(线程)环境或者不使用OS相关特性（只要求编译通过而不使用系统调用）的场景。

实现OS接口时应当包含errno.h头文件（用于使用错误代码）。

名称	类型	说明	备注
_exit	函数	退出程序并清理文件
close	函数	关闭文件	默认示例: int close(int file) { return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_close_r
environ	指针	环境变量	默认示例: char *__env[1] = { 0 }; char **environ = __env;
execve	函数	将控制权交给新进程	默认示例: #include <errno.h> #undef errno extern int errno; int execve(char *name, char **argv, char **env) { errno = ENOMEM; return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_execve_r
fork	函数	创建新进程	默认示例: #include <errno.h> #undef errno extern int errno; int fork(void) { errno = EAGAIN; return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_fork_r
fstat	函数	获取打开的文件的状态	默认示例: #include <sys/stat.h> int fstat(int file, struct stat *st) { st->st_mode = S_IFCHR; return 0; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_fstat_r
getpid	函数	获取进程ID	默认示例: int getpid(void) { return 1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_getpid_r
isatty	函数	查询输出流是否为终端	默认示例: int isatty(int file) { return 1; }
kill	函数	发送信号	默认示例: #include <errno.h> #undef errno extern int errno; int kill(int pid, int sig) { errno = EINVAL; return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_kill_r
link	函数	给已有文件创建一个新名字	默认示例: #include <errno.h> #undef errno extern int errno; int link(char *old, char *new) { errno = EMLINK; return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_link_r
lseek	函数	设置文件位置	默认示例: int lseek(int file, int ptr, int dir) { return 0; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_lseek_r
open	函数	打开文件	默认示例: int open(const char *name, int flags, int mode) { return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_open_r
read	函数	读取文件	默认示例: int read(int file, char *ptr, int len) { return 0; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_read_r
sbrk	函数	增大程序数据空间，默认的内存分配函数依赖此函数	默认示例: caddr_t sbrk(int incr) { extern char _end; /* Defined by the linker */ static char *heap_end; char *prev_heap_end; if (heap_end == 0) { heap_end = &_end; } prev_heap_end = heap_end; if (heap_end + incr > stack_ptr) { write (1, "Heap and stack collision\n", 25); abort (); } heap_end += incr; return (caddr_t) prev_heap_end; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_sbrk_r
stat	函数	获取文件状态	默认示例: int stat(char *file, struct stat *st) { st->st_mode = S_IFCHR; return 0; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_stat_r
times	函数	当前进程时间信息	默认示例: int times(struct tms *buf) { return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_times_r
unlink	函数	移除文件的目录入口，相当于删除	默认示例: #include <errno.h> #undef errno extern int errno; int unlink(char *name) { errno = ENOENT; return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_unlink_r
wait	函数	等待子进程	默认示例: #include <errno.h> #undef errno extern int errno; int wait(int *status) { errno = ECHILD; return -1; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_wait_r
write	函数	写入数据到文件	默认示例: int write(int file, char *ptr, int len) { int todo; for (todo = 0; todo < len; todo++) { outbyte (*ptr++); } return len; } 可重入版本(用于多进程(线程)环境):_write_r

可重入OS接口

可重入OS接口用于多进程（线程）环境。

newlib的可重入实现在reent.h头文件中，可重入结构体定义为struct _reent，未启用_REENT_THREAD_LOCAL宏定义时实现可重入的要求如下:

• 每一个进程(线程)都必须有一个可重入结构体变量，并且在创建进程（线程）时初始化，删除进程（线程）时清理。个人推荐将可重入结构体附加到PCB（进程控制块）上。
• 在调用相关库函数时将全局变量 _impure_ptr 改成当前进程（线程）的独有的可重入结构体变量指针或者启用__DYNAMIC_REENT__手动实现struct _reent * __getreent (void);函数。个人推荐在线程上下文切换时进行修改变量操作或者手动实现__getreent函数（对于多核CPU而言，只能手动实现__getreent,直接返回当前CPU的运行线程的可重入结构体变量指针）。

当启用_REENT_THREAD_LOCAL 宏定义时，可重入的实现由线程局部(TLS)变量实现，无需可重入结构体，调用可重入函数时struct _reent 的指针为NULL。

函数	声明
_close_r	#include <reent.h> int _close_r(struct _reent *ptr, int fd);
_execve_r	#include <reent.h> int _execve_r(struct _reent *ptr, const char *name,char *const argv[], char *const env[]);
_fork_r	#include <reent.h> int _fork_r(struct _reent *ptr);
_wait_r	#include <reent.h> int _wait_r(struct _reent *ptr, int *status);
_fstat_r	#include <reent.h> int _fstat_r(struct _reent *ptr,int fd, struct stat *pstat);
_link_r	#include <reent.h> int _link_r(struct _reent *ptr,const char *old, const char *new);
_lseek_r	#include <reent.h> off_t _lseek_r(struct _reent *ptr,int fd, off_t pos, int whence);
_open_r	#include <reent.h> int _open_r(struct _reent *ptr,const char *file, int flags, int mode);
_read_r	#include <reent.h> _ssize_t _read_r(struct _reent *ptr,int fd, void *buf, size_t cnt);
_sbrk_r	#include <reent.h> void *_sbrk_r(struct _reent *ptr, ptrdiff_t incr);
_kill_r	#include <reent.h> int _kill_r(struct _reent *ptr, int pid, int sig);
_getpid_r	#include <reent.h> int _getpid_r(struct _reent *ptr);
_stat_r	#include <reent.h> int _stat_r(struct _reent *ptr,const char *file, struct stat *pstat);
_times_r	#include <reent.h> #include <sys/times.h> clock_t _times_r(struct _reent *ptr, struct tms *ptms);
_unlink_r	#include <reent.h> int _unlink_r(struct _reent *ptr, const char *file);
_write_r	#include <reent.h> _ssize_t _write_r(struct _reent *ptr,int fd, const void *buf, size_t cnt);

内存管理

对于C语言而言，内存管理主要指动态内存分配与释放。

对于newlib而言，主要的内存管理函数如下:

函数	可重入版本	备注
void *malloc(size_t nbytes);	void *_malloc_r(void *reent, size_t nbytes);	常用函数
void *realloc(void *aptr, size_t nbytes);	void *_realloc_r(void *reent, void *aptr, size_t nbytes);
void *reallocf(void *aptr, size_t nbytes);	void *_reallocf_r(void *reent, void *aptr, size_t nbytes);
void free(void *aptr);	void _free_r(void *reent, void *aptr);	常用函数
void *memalign(size_t align, size_t nbytes);	void *_memalign_r(void *reent, size_t align, size_t nbytes);
size_t malloc_usable_size(void *aptr);	size_t _malloc_usable_size_r(void *reent, void *aptr);

对于有些RTOS而言，它们有自己的内存分配机制，通常直接重写malloc与free函数而不使用newlib自身的内存分配机制。

newlib的内存分配依靠sbrk(或_sbrk_r)实现，对于单线程环境而言，无需其它操作，对于多线程环境而言，需要给内存分配与释放加锁，需要手工实现以下内存分配锁:

函数	说明
void __malloc_lock (struct _reent *reent);	malloc锁
void __malloc_unlock (struct _reent *reent);	malloc解锁

注意:内存分配锁中不能调用内存分配相关函数，尽量使用静态变量。内存分配锁应当具有递归锁的特点，即同一线程可多次加锁后解锁相同次数才解锁。

官方资料

网站: http://sourceware.org/newlib/

相关数据手册

Newlib 4.4.0

文件:Newlib Libc.4.4.0.pdf

文件:Newlib Libm.4.4.0.pdf

Newlib 4.3.0

• 文件:Newlib Libc.pdf
• 文件:Newlib Libm.pdf

相关资料

• picolibc:https://github.com/picolibc/picolibc