鸿蒙南向开发：LiteOS-M内核支持musl与newlib平滑切换方案_定义和新版本的newlib冲突了

作者：正经夜光杯 | 2024-07-25 06:24:09

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定义和新版本的newlib冲突了

背景

当前M核编译时上层组件与内核统一使用musl-C，位于//third_party/musl/porting/liteos_m/kernel/，内核当前的内部实现也是主要适配musl的结构体定义，但社区及三方厂商开发多使用公版工具链arm-none-eabi-gcc加上私有定制优化进行编译，考虑我们内核的易用性提升，故支持公版arm-none-eabi-gccC库编译内核运行。

Newlib

newlib是小型C库，针对posix接口涉及系统调用的部分，newlib提供一些需要系统适配的钩子函数，例如_exit()，_open()，_close()，_gettimeofday()等，操作系统适配这些钩子，就可以使用公版newlib工具链编译运行程序。
公版arm-none-eabi-工具链中带有通用newlib的C库头文件，在一份通用的C库头文件中，使用不同的宏开关来控制一些宏、类型、结构体、函数的声明或者定义。这些宏有以下几种：

1> 根据posix标准划分，例如：_POSIX_TIMERS,_POSIX_CPUTIME,_POSIX_THREADS等。

2> 根据已支持的系统，例如：__CYGWIN__，__rtems__，__unix__等。

3> 根据C库不同版本，例如：_GNU_SOURCE,_BSD_SOURCE 等。

方案

当前内核现状

LiteOS-M不区分用户态内核态，上层组件与内核共用一套基于musl的C库，虽然编译时使用arm-none-eabi-gcc，但只使用其工具链的编译功能，通过加上-nostdinc与-nostdlib强制使用我们自己改造后的musl-C。
内核提供了基于LOS_XXX适配实现pthread、mqeue、fs、semaphore、time等模块的posix接口（//kernel/liteos_m/kal/posix）
内核提供的posix接口与musl中的标准C库接口共同组成LiteOS-M的LibC。

适配变更

适配newlib预留的钩子
针对当前内核的能力，去定义_POSIX_XXX的能力开关，来打开工具链里的所需内容的声明或定义
针对当前内核的具体实现，如果newlib中结构体的定义或者宏与内核相冲突，以当前内核具体实现为准
用自研的posix接口去补充或替换newlib的部分实现，根据posix标准补充newlib拓展头文件
系统编译过程支持newlib与musl平滑切换

最终实现

LiteOS-M的LibC组成结构：

newlib的适配实现：

头文件的适配：

原因类型	实施方法	例如
头文件缺失	根据系统的实现所需，补充相关的标准声明定义	<poll.h>
被特定宏控制的声明定义	`//kernel/liteos_m/kal/libc/newlib/porting/include`中添加同名头文件，采用 `-I {kernel/liteos_m/kal/libc/newlib/porting/include}`加`#include_next <XXX.h>`的方式，编译时先找到我们新增的同名头文件，打开相关的宏开关，再找到工具链的原始头文件，获得所需的声明定义。	<sys/features.h> + <time.h>
声明、定义差异	根据系统的具体实现，与`#include_next`结合使用，替换工具链中的原始声明定义	<sys/_pthreadtypes.h>

实现的适配：

原因类型	实施方法	例如
接口实现缺失	采用内核自研接口补充	kal/libc/newlib/porting/src/fs.c
newlib钩子适配	采用当前内核实现的LOS_XXX接口适配或者默认空实现	kal/libc/newlib/porting/src/other_adapt.c
采用定制化的接口实现	通过wrap编译选项，替换工具链中的默认实现	kal/libc/newlib/porting/src/malloc.c

使用方式

当前产品编译时指定依赖内核后，会默认添加依赖内核的对外接口(LOS_XXX、libc)，不必显式指明include路径。
在//kernel/liteos_m目录下使用make menuconfig-->Compat-->Choose libc implementation选择newlibc
项目根目录hb build -f即可

注意

malloc函数相关功能当前采用了wrap方式，以采用内核提供的内存分配管理算法。
printf函数采用newlib默认实现，单板进行适配时，需要根据板端所需能力提供printf的实现。
若newlib中缺少所需声明或定义，可参照内核具体实现以及业界C库标准定义在//kernel/liteos_m/kal/libc/newlib/porting/include中进行补充

最后

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