Программное обеспечение для сервера windows

Картинка с сайта: habr.com

Иногда возникает ситуация, когда надо что‑то посчитать согласно сложному алгоритму прямо на LapTop/NetTop/DeskTop PC. При этом этот алгоритм написан на Си. Это может быть цифровой фильтр, дискретное преобразование Фурье, генератор QR кода, кусок линейной алгебры с векторами, какое‑то тригонометрическое вычисление, программный модулятор, статистическая обработка случайной величины. Да всё, что угодно! То есть Вы хотите использовать язык Си как гибкий и быстрый калькулятор в Windows. Тут надо написать программу на Си.

Компьютер — это универсальный вычислитель

Или, например, Вы программируете микроконтроллеры на Си и хотите сделать симулятор прошивки в виде консольного приложения. Надо вам, например, прогнать модульные тесты платформа‑независимого кода на «большом компьютере». Потом Вам 80% вероятность, что понадобится конфигуратор прошивки по UART. Потом Вам понадобится консольное приложение Loader для загрузки по UART самой прошивки через BootLoader.

Потом понадобится крохотная PC‑утилита синхронизации для часов реального времени с PC.

Почему именно Си?

1. Эту LapTop утилиту стоит писать на том же языке, что и прошивку хотя бы по той причине, что можно пере использовать кодовую базу из микроконтроллеров для программирования на DeskTop(е).

2. Дело в том что язык программирования Си — это самый простой язык программирования из тех, что всё еще более или менее используется в промышленной разработке. По факту в Си только функции и переменные. Тут нет никаких виртуальных функций, шаблонов, делегатов и прочих концепций. В Си всё предельно просто и конкретно.

Разработка под PC это не сross компиляция, как в случае со сборкой артефактов для микроконтроллера, и тут в PC всё в какой‑то степени проще. При сборке Си приложения не надо думать о файле конфигурации компоновщика, как мы это привыкли делать для cross компиляции артефактов для микроконтроллеров (файлы *.ld).

Сперва определимся для какого Target(а) надо собрать бинарь. Надо узнать какой у нас на материнской плате установлен микропроцессор. Такую информацию может показать утилита CPUZ.

Картинка с сайта: habr.com

В данном случае у меня на одном компьютере Intel Celeron J4125 2Ghz, 4x cores, L1 32kByte, L2 4MByte, 10W. На другом компьютере установлен 64 разрядный микропроцессор AMD Ryzen 5 PRO 3400GE 3.30 GHz.

Картинка с сайта: habr.com

Но это даже не так важно. Важно какой у нас Instruction Set. В данном случае — x86–64. Это значит, что у нас 64-битный процессор. Получается, что у нас есть выбор: либо ставить 64-битный компилятор Си, либо накатывать 32-битный компилятор Си.

Когда мы пишем программу в Windows мы пишем программу не для микропроцессора. Мы пишем программу для операционной системы. Это главное отличие от программирования для микроконтроллера. Там мы писали монолитную программу для конкретного микропроцессорного ядра (ARM-Cortex M33 или PowerPC). Тут же как правило, нам приходится работать на разных процессорах, однако мы в OS Windows этого даже не замечаем.

Одновременно с этим наш имитатор прошивки должен собираться и запускаться на всех окружениях настольных компьютеров: на работе, дома, в гараже.

Как и в любом деле сначала надо определится с терминологией.

Терминология

Компилятор — программа, переводящая написанный на языке программирования читаемый понятный человеком текст, в набор машинных кодов (человеко‑нечитаемый бинарный код). Программисты это люди, которые как никто приближены к абстракциям. Любой язык программирования, в частности Си — это уровень на коротком можно не думать о наборе команд данного микропроцессора. У процессора нет никаких переменных и функций. Переменные существуют только в сознании программиста. Поэтому нам нужен компилятор Си. Компилятор для каждого Cи файлика производит *.o файлик с родным для данного процессора машинным кодом.

Компоновщик (Linker)— утилита, которая склеивает бинарные файлы *.o в один монолитный исполняемый бинарный файл программы. В нашем случае это *.exe.

Артефакт — результат работы ToolChain(а). В нашем случае это *.exe файл с бинарным файлом программы.

Что надо из софтвера?

Текстовый редактор (Text Editor)

Прежде всего нужен какой‑то текстовый редактор, чтобы написать этот самый исходный текст программы на Си. Тут вариантов масса. NotePad++, Eclipse, MS VS Code.

Сборщик (Build Tools)

В компьютерах ничего само собой не происходит. Компьютеры — это самые ленивые и безынициативные сущности. Им всё надо объяснять максимально подробно и понятно. Поэтому надо явно указать из каких *.с файлов мы хотим собирать программу. Эти файлы надо как-то перечислить проиндексировать. Для этого была создана специальная утилита называемая make. Идея проста. Создается текстовый файл (Makefile) и в нем прописывается правильная последовательность вызова консольных утилит, которая приведет к тому, что на жестком диске появится исполняемый файл с программой.

Препроцессор (Preprocessor)

Это такая консольная утилита (cpp.exe), которая вставляет и заменяет куски текста. Нужна чисто ради удобства написание текста. Препроцессор позволяет полностью исключить такое нехорошее явление как дублирование программного кода. При этом препроцессору абсолютно всё равно с каким языком программирования работать (Cи, C++, DeviceTree, Graphviz, скрипты компоновки и т. п.). Для препроцессора любой язык программирования — это просто текст.

Теперь рассмотрим практические аспекты.

Какой выбрать компилятор Си кода?

Тут есть несколько бесплатных вариантов на выбор.

Для программистов микроконтроллеров я настоятельно рекомендую выбрать именно MinGW. Дело в том, что MinGW генерирует 32-битный код. Это как раз соответствует тому, что большинство микроконтроллеров (например ARM Cortex Mx) как раз 32-битные. И Вы так достигните большей совместимости между кодом прошивки микроконтроллера и консольным приложением в Windows.

Вторая причина по которой надо использовать компилятор C:\MinGW\bin\gcc.exe заключается в том, что в окружении MinGW есть заголовочный файл conio.h, который определяет функцию kbhit(). Это нам понадобится для имитации на PC текстового терминала UART-CLI консоли в stdout/stdin.

>C:\MinGW\bin\gcc.exe  --version
gcc.exe (MinGW.org GCC-6.3.0-1) 6.3.0
Copyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

Набор утилит MinGW преспокойно скачивается и устанавливается как любая другая программа под OS Windows.

Компоновщик (Linker)

Компоновкой занимается утилита ld, которая вызывает collect2. Именно утилита collect2.exe будет выдавать ошибки, если Вы будите вызывать функции без определения их тела.

Что вообще надо из софтвера?

Вот минимальный джентельменский набор для того чтобы собрать программу на Си.

Традиционно программы на Си собирают из make скриптов. Вот минималистический makefile для сборки много файлового Си‑проекта на Windows

MK_PATH:=$(dir $(realpath $(lastword $(MAKEFILE_LIST))))
#@echo $(error MK_PATH=$(MK_PATH))
INCDIR += -I$(MK_PATH)

WORKSPACE_LOC:= $(MK_PATH)../../
$(info  WORKSPACE_LOC= $(WORKSPACE_LOC))
INCDIR += -I$(WORKSPACE_LOC)

BUILDDIR := $(MK_PATH)/Build

SRC_PATH :=  $(dir $(abspath $(dir $$PWD) ))
#@echo $(error SRC_PATH=$(SRC_PATH))

OBJDIR := $(SRC_PATH)obj
# the compiler to use

OPT += -DHAS_GCC
CC = C:\MinGW\bin\gcc.exe

# compiler flags:
#  -g    adds debugging information to the executable file
#  -Wall turns on most, but not all, compiler warnings
CFLAGS += -g

#Generate code for 32-bit ABI
CFLAGS += -m32

CFLAGS += -std=c11 -fshort-enums
#CFLAGS += -Og
CFLAGS  += -O0
#CFLAGS  += -Wall
#CFLAGS  +=-pedantic
#CFLAGS += -ftime-report

#files to link:
LFLAGS += -static
#LFLAGS += -lm

EXECUTABLE=firmware_simulator_x86_m

include $(MK_PATH)config.mk

ifeq ($(CLI),Y)
    include $(MK_PATH)cli_config.mk
endif

ifeq ($(UNIT_TEST),Y)
    include $(MK_PATH)test_config.mk
endif

ifeq ($(UNIT_TEST),Y)
    include $(MK_PATH)diag_config.mk
endif

include $(WORKSPACE_LOC)code_base.mk


#@echo $(error SOURCES_C= $(SOURCES_C))
INCDIR := $(subst /cygdrive/c/,C:/, $(INCDIR))
#@echo $(error INCDIR= $(INCDIR))
OBJ := $(patsubst %.c, %.o, $(SOURCES_C))
OBJ := $(subst /cygdrive/c/,C:/, $(OBJ))
#@echo $(error OBJ= $(OBJ))

.PHONY:all

all:$(OBJ) $(EXECUTABLE)

$(EXECUTABLE): $(OBJ)
	$(CC) $(CFLAGS)  $(OBJ) $(LFLAGS) -o $(EXECUTABLE).exe 

%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) $(INCDIR) $(OPT) -c $< -o $@ 

clean:
	rm -r $(EXECUTABLE) $(OBJ) 

Тут файлы config.mk, cli_config.mk, test_config.mk и diag_config.mk это просто файлы с перечислением набора переменных окружения для выборочной сборки конкретных исходников из общей кодовой базы. Вот корневой makefile для подключения разных программных компонентов code_base.mk

ifneq ($(CODE_BASE_MK),Y)
    CODE_BASE_MK=Y
    $(info CodeBase Config)

    #@echo $(error WORKSPACE_LOC=$(WORKSPACE_LOC))
    INCDIR += -I$(WORKSPACE_LOC)

    ifeq ($(THIRD_PARTY),Y)
        include $(WORKSPACE_LOC)/third_party/third_party.mk
    endif

    ifeq ($(APPLICATIONS),Y)
        include $(WORKSPACE_LOC)/applications/applications.mk
    endif

    ifeq ($(CONNECTIVITY),Y)
        include $(WORKSPACE_LOC)/connectivity/connectivity.mk
    endif

    ifeq ($(CONTROL),Y)
        include $(WORKSPACE_LOC)/control/control.mk
    endif
    
    ifeq ($(COMPUTING),Y)
        #@echo $(error COMPUTING=$(COMPUTING))
        include $(WORKSPACE_LOC)/computing/computing.mk
    endif

    ifeq ($(SENSITIVITY),Y)
        #@echo $(error SENSITIVITY=$(SENSITIVITY))
        include $(WORKSPACE_LOC)/sensitivity/sensitivity.mk
    endif

    ifeq ($(STORAGE),Y)
        #@echo $(error STORAGE=$(STORAGE))
        include $(WORKSPACE_LOC)/storage/storage.mk
    endif

    ifeq ($(UNIT_TEST),Y)  
        include $(WORKSPACE_LOC)/unit_tests/unit_test.mk
    endif
endif

Конечный make файл может выглядеть например так. Вот тут и индексируют конечные *.c файлы и определяют ключевые слова для препроцессора (начинаются на HAS_XXXXX).

$(info SCHMITT_TRIGGER_MK_INC=$(SCHMITT_TRIGGER_MK_INC))
ifneq ($(SCHMITT_TRIGGER_MK_INC),Y)
    SCHMITT_TRIGGER_MK_INC=Y

    mkfile_path := $(abspath $(lastword $(MAKEFILE_LIST)))
    $(info Build  $(mkfile_path) )

    SCHMITT_TRIGGER_DIR = $(COMPUTING_DIR)/schmitt_trigger

    INCDIR += -I$(SCHMITT_TRIGGER_DIR)
    SOURCES_C += $(SCHMITT_TRIGGER_DIR)/schmitt_trigger.c

    SCHMITT_TRIGGER=Y
    OPT += -DHAS_SCHMITT_TRIGGER

    ifeq ($(DIAG),Y)
        OPT += -DHAS_SCHMITT_TRIGGER_DIAG
        SOURCES_C += $(SCHMITT_TRIGGER_DIR)/schmitt_trigger_diag.c
    endif

    ifeq ($(CLI),Y)
        ifeq ($(SCHMITT_TRIGGER_COMMANDS),Y)
            OPT += -DHAS_SCHMITT_TRIGGER_COMMANDS
            SOURCES_C += $(SCHMITT_TRIGGER_DIR)/schmitt_trigger_commands.c
        endif
    endif
endif

C:\Users\username\AppData\Local\Temp\ccT9XWou.s:54: Error: invalid instruction suffix for `push'
C:\Users\username\AppData\Local\Temp\ccfvWBon.s:19: Error: invalid instruction suffix for `pop'

Надо чтобы команда gcc.exe -dumpmachine после установки показывала mingw32

>C:\MinGW\bin\gcc.exe -dumpmachine
mingw32

Содержимое того Makefile можно представить в виде вот этой простенькой блок схемы ToolChain(а). Тут можно визуально проследить какой путь проходит *.с файл с момента написания до исполнения в Windows.

Картинка с сайта: habr.com

Картинка с сайта: habr.com

Отладка имитатора прошивки

Артефактом сборки является файл *.exe. Его можно запустить вызвав его из командной строки cmd.

Картинка с сайта: habr.com

Картинка с сайта: habr.com

Получается, что на PC приложение исполняется быстрее в 1481 раз. На три порядка быстрее!

Картинка с сайта: habr.com

Вывод

Сборка кода на Cи для DeskTop это весьма полезный навык при отладке микроконтроллерных прошивок. Можно отладить огромные куски платформа независимого кода: CRC, обработку строчек, триггер Шмитта, бинарные протоколы, и т.п.

Также можно собрать проект разными компиляторами: GCC, Clang. И тем самым найти и устранить больше ошибок в кодовой базе.

Как видите, в сборке Си программ на PC, ровным счетом, нет ничего сложного. Надеюсь этот текст поможет большему количеству программистов-микроконтроллеров отлаживать свои приложения на DeskTop PC и создавать, тем самым, отличные программные продукты.

Links

Дайте мне 15 минут, и я изменю ваш взгляд на GDB

Компилятор GCC. Первая программа на Windows

EclipseIDE.Установка, настройка, программирование на С/Installation, configuration, programming in C

Eclipse и MinGW: как указать IDE путь к makefile и файлам проекта; разделение mingw32-make и ключей

Сборка firmware для CC2652 из Makefile

Почему Важно Собирать Код из Скриптов

Настройка ToolChain(а) для Win10+GCC+С+Makefile+ARM Cortex-Mx+GDB

Tiny C Compiler — Summary https://savannah.nongnu.org/projects/tinycc

Вопросы

1. Какой путь проходит *.с файл с момента написания до момента исполнения?

2. Что происходит между нажатием на Enter при запуске консольной утилиты в cmd и запуском функции main()?

Была ли эта статья полезной?

Последнее обновление: 01.01.2023

Установка компилятора

Рассмотрим создание первой простейшей программы на языке Си с помощью компилятора GCC, который на сегодняшний день является одим из
наиболее популярных компиляторов для Cи и который доступен для разных платформ. Более подобному информацию о GCC можно получить на официальном сайте проекта https://gcc.gnu.org/.

Набор компиляторов GCC распространяется в различных версиях. Для Windows одной из наиболее популярных версий является пакет средств для разработки от
некоммерческого проекта MSYS2. Следует отметить, что для MSYS2 требуется 64-битная версия Windows 7 и выше (то есть Vista, XP и более ранние версии не подходят)

Итак, загрузим программу установки MSYS2 с официального сайта MSYS2:

Картинка с сайта: metanit.com

После загрузки запустим программу установки:

Картинка с сайта: metanit.com

На первом шаге установки будет предложено установить каталог для установки. По умолчанию это каталог C:\msys64:

Картинка с сайта: metanit.com

Оставим каталог установки по умолчанию (при желании можно изменить). На следующем шаге устанавливаются настройки для ярлыка для меню Пуск, и затем собственно будет произведена установка.
После завершения установки нам отобразить финальное окно, в котором нажмем на кнопку Завершить

Картинка с сайта: metanit.com

После завершения установки запустится консольное приложение MSYS2.exe. Если по каким-то причинам оно не запустилось,
то в папке установки C:/msys64 надо найти файл usrt_64.exe:

Картинка с сайта: metanit.com

Теперь нам надо установить собственно набор компиляторов GCC. Для этого введем в этом приложении следующую команду:

pacman -S mingw-w64-ucrt-x86_64-gcc

Для управления пакетами MSYS2 использует пакетный менеджер Packman. И данная команда говорит пакетному менелжеру packman установить пакет mingw-w64-ucrt-x86_64-gcc,
который представляет набор компиляторов GCC (название устанавливаемого пакета указывается после параметра -S).

Картинка с сайта: metanit.com

и после завершения установки мы можем приступать к программированию на языке Си. Если мы откроем каталог установки и зайдем в нем в папку C:\msys64\ucrt64\bin,
то найдем там все необходимые файлы компиляторов:

Картинка с сайта: metanit.com

В частности, файл gcc.exe как раз и будет представлять компилятор для языка Си.

Далее для упрощения запуска компилятора мы можем добавить путь к нему в Переменные среды. Для этого можно в окне поиска в Windows ввести «изменение переменных среды текущего пользователя»:

Картинка с сайта: metanit.com

Нам откроется окно Переменныех среды:

Картинка с сайта: metanit.com

И добавим путь к компилятору C:\msys64\ucrt64\bin:

Картинка с сайта: metanit.com

Чтобы убедиться, что набор компиляторов GCC успешно установлен, введем следующую команду:

В этом случае нам должна отобразиться версия компиляторов

Картинка с сайта: metanit.com

Создание первой программы

Итак, компилятор установлен, и теперь мы можем написать первую программу. Для этого потребуется любой текстовый редактор для набора исходного кода.
Можно взять распространенный редактор Visual Studio Code или даже обычный встроенный Блокнот.

Итак, создадим на жестком диске папку для исходных файлов. А в этой папке создадим новый файл, который назовем hello.c.

Картинка с сайта: metanit.com

В моем случае файл hello.c находится в папке C:\c.

Теперь определим в файле hello.c простейший код, который будет выводить строку на консоль:

#include <stdio.h>			// подключаем заголовочный файл stdio.h
int main(void)						// определяем функцию main
{									// начало функции
	printf("Hello METANIT.COM!\n");	// выводим строку на консоль
	return 0;						// выходим из функции
}									// конец функции

Для вывода строки на консоль необходимо подключить нужный функционал. Для этого в начале файла идет строка

#include <stdio.h>

Директива include подключает заголовочный файл stdio.h, который содержит определение функции printf, которая нужна для вывода строки на консоль.

Далее идет определение функции int main(void). Функция main должна присутствовать в любой программе на Си, с нее собственно и начинается
выполнение приложения.

Ключевое слово int в определении функции int main(void) говорит о том, что функция возвращает целое число.
А слово void в скобках указывает, что функция не принимает параметров.

Тело функции main заключено в фигурные скобки {}. В теле функции происходит вывод строки на консоль с помощью функции printf, в которую передается выводимая строка «Hello METANIT.COM!».

В конце осуществляем выход из функции с помощью оператора return. Так как функция должна возвращать целое число, то после return указывается число 0.
Ноль используется в качестве индикатора успешного завершения программы.

После каждого действия в функции ставятся точка с запятой.

Картинка с сайта: metanit.com

Теперь скомпилируем этот файл. Для этого откроем командную строку Windows и вначале с помощью команды cd перейдем к папке с исходным файлом:

Чтобы скомпилировать исходный код, необходимо компилятору gcc передать в качестве параметра файл hello.c:

После этого будет скомпилирован исполняемый файл, который в Windows по умолчанию называется a.exe. И мы можем обратиться к этому файлу

и в этом случае консоль выведет строку «Hello METANIT.COM!», собственно как и прописано в коде.

Стоит отметить, что мы можем переопределить имя компилируемого файла с помощью флага -o и передав ему имя файла, в который будет компилироваться программа.
Например:

В этом случае программа будет компилироваться в файл hello.exe, который мы также запустить.

Картинка с сайта: metanit.com

Чтобы не приходилось вводить две команды: одну для компиляции программы и другую для ее запуска, мы можем объединить команды:

gcc hello.c -o hello.exe & hello

Эта команда сначала компилирует код в файл hello.exe, а потом сразу запускает его.

Создаем CLI приложение на Python с Prompt Toolkit

py-thonny 13.05.2025

Современные командные интерфейсы давно перестали быть черно-белыми текстовыми программами, которые многие помнят по старым операционным системам. CLI сегодня – это мощные, интуитивные и даже. . .

Конвейеры ETL с Apache Airflow и Python

AI_Generated 13.05.2025

ETL-конвейеры – это набор процессов, отвечающих за извлечение данных из различных источников (Extract), их преобразование в нужный формат (Transform) и загрузку в целевое хранилище (Load). . . .

Выполнение асинхронных задач в Python с asyncio

py-thonny 12.05.2025

Современный мир программирования похож на оживлённый мегаполис – тысячи процессов одновременно требуют внимания, ресурсов и времени. В этих джунглях операций возникают ситуации, когда программа. . .

Работа с gRPC сервисами на C#

UnmanagedCoder 12.05.2025

gRPC (Google Remote Procedure Call) — открытый высокопроизводительный RPC-фреймворк, изначально разработанный компанией Google. Он отличается от традиционых REST-сервисов как минимум тем, что. . .

CQRS (Command Query Responsibility Segregation) на Java

Javaican 12.05.2025

CQRS — Command Query Responsibility Segregation, или разделение ответственности команд и запросов. Суть этого архитектурного паттерна проста: операции чтения данных (запросы) отделяются от операций. . .

Шаблоны и приёмы реализации DDD на C#

stackOverflow 12.05.2025

Когда я впервые погрузился в мир Domain-Driven Design, мне показалось, что это очередная модная методология, которая скоро канет в лету. Однако годы практики убедили меня в обратном. DDD — не просто. . .

Исследование рантаймов контейнеров Docker, containerd и rkt

Mr. Docker 11.05.2025

Когда мы говорим о контейнерных рантаймах, мы обсуждаем программные компоненты, отвечающие за исполнение контейнеризованных приложений. Это тот слой, который берет образ контейнера и превращает его в. . .

Micronaut и GraalVM — будущее микросервисов на Java?

Javaican 11.05.2025

Облачные вычисления безжалостно обнажили ахиллесову пяту Java — прожорливость к ресурсам и медлительный старт приложений. Традиционные фреймворки, годами радовавшие корпоративных разработчиков своей. . .

Инфраструктура как код на C#

stackOverflow 11.05.2025

IaC — это управление и развертывание инфраструктуры через машиночитаемые файлы определений, а не через физическую настройку оборудования или интерактивные инструменты. Представьте: все ваши серверы,. . .

Инъекция зависимостей в ASP.NET Core — Практический подход

UnmanagedCoder 11.05.2025

Инъекция зависимостей (Dependency Injection, DI) — это техника программирования, которая кардинально меняет подход к управлению зависимостями в приложениях. Представьте модульный дом, где каждая. . .