通过 Linux 命令行编程硬件

RT-Thread 是一个开源的 实时操作系统，用于物联网 (IoT) 设备编程。FinSH 是 RT-Thread 的命令行组件，它提供了一组操作界面，使用户能够从命令行连接设备。它主要用于调试或查看系统信息。

通常，开发调试使用硬件调试器和 printf 日志显示。然而，在某些情况下，这两种方法不是很有效，因为它与正在运行的内容是抽象的，并且可能难以解析。但是，RT-Thread 是一个多线程系统，当您想知道正在运行的线程的状态或手动控制系统的当前状态时，它很有帮助。由于它是多线程的，因此您能够拥有一个交互式 shell，因此您可以输入命令、直接在设备上调用函数以获取所需的信息，或控制程序的行为。如果您只习惯于 Linux 或 BSD 等现代操作系统，这可能看起来很普通，但对于硬件黑客来说，这是一种极大的奢侈，并且与直接将串行电缆连接到板上以瞥见错误相比，这是一个巨大的进步。

FinSH 有两种模式

• C 语言解释器模式，称为 c-style
• 传统的命令行模式，称为 msh（模块 shell）

在 C 语言解释模式下，FinSH 可以解析执行大多数 C 语言的表达式，并使用函数调用访问系统上的函数和全局变量。它还可以从命令行创建变量。

在 msh 模式下，FinSH 的操作方式与 Bash 等传统 shell 类似。

GNU 命令标准

当我们开发 FinSH 时，我们了解到，在编写命令行应用程序之前，您需要熟悉 GNU 命令行标准。这个标准实践框架有助于为界面带来熟悉感，这有助于开发人员在使用它时感到舒适和高效。

一个完整的 GNU 命令由四个主要部分组成

1. 命令名称（可执行文件）： 命令行程序的名称
2. 子命令： 命令程序的子函数名称
3. 选项： 子命令函数的配置选项
4. 参数： 子命令函数配置选项的相应参数

您可以在任何命令中看到这一点。以 Git 为例

git reset --hard HEAD~1

分解如下

图片来源：

^{（Cathy，CC BY-SA 4.0）}

可执行命令是 git，子命令是 reset，使用的选项是 --head，参数是 HEAD~1。

另一个例子

systemctl enable --now firewalld

可执行命令是 systemctl，子命令是 enable，选项是 --now，参数是 firewalld。

想象一下，您想使用 RT-Thread 编写一个符合 GNU 标准的命令行程序。FinSH 拥有您所需的一切，并且将按预期运行您的代码。更好的是，您可以依赖这种合规性，以便您可以自信地移植您最喜欢的 Linux 程序。

编写一个优雅的命令行程序

这是一个 RT-Thread 运行 RT-Thread 开发人员每天都使用的命令的示例。

usage: env.py package [-h] [--force-update] [--update] [--list] [--wizard]
                      [--upgrade] [--printenv]

optional arguments:
  -h, --help      show this help message and exit
  --force-update  force update and clean packages, install or remove the
                  packages by your settings in menuconfig
  --update        update packages, install or remove the packages by your
                  settings in menuconfig
  --list          list target packages
  --wizard        create a new package with wizard
  --upgrade       upgrade local packages list and ENV scripts from git repo
  --printenv      print environmental variables to check

正如您所见，它看起来很熟悉，并且行为方式与您可能已经在 Linux 或 BSD 上运行的大多数 POSIX 应用程序类似。当使用不正确或不充分的语法时，会提供帮助，支持长选项和短选项，并且通用用户界面对于任何使用过 Unix 终端的人来说都很熟悉。

选项的种类

选项有很多不同的种类，可以按长度分为两大类

1. 短选项： 由一个连字符加上一个字母组成，例如 pkgs -h 中的 -h 选项
2. 长选项： 由两个连字符加上单词或字母组成，例如 scons- --target-mdk5 中的 --target 选项

您可以将这些选项分为三类，具体取决于它们是否带有参数

1. 无参数： 选项后面不能跟参数
2. 必须包含参数： 选项后面必须跟参数
3. 参数可选： 允许选项后跟参数，但不是必需的

正如您对大多数 Linux 命令所期望的那样，FinSH 选项解析非常灵活。它可以根据空格或等号作为分隔符来区分选项和参数，或者只是提取选项本身并假设随后的任何内容都是参数（换句话说，根本没有分隔符）

• wavplay -v 50
• wavplay -v50
• wavplay --vol=50

使用 optparse

如果您曾经编写过命令行应用程序，您可能知道通常有一个库或模块供您选择的语言调用 optparse。它提供给程序员，以便可以将作为命令一部分输入的选项（例如 -v 或 --verbose）解析为与命令的其余部分相关的。它可以帮助您的代码区分选项与子命令或参数。

为 FinSH 编写命令时，optparse 包期望以下格式

MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(pkgs, pkgs, this is test cmd.);

您可以使用长格式或短格式或两者都实现选项。例如

static struct optparse_long long_opts[] =
{
    {"help"        , 'h', OPTPARSE_NONE}, // Long command: help, corresponding to short command h, without arguments.
    {"force-update",  0 , OPTPARSE_NONE}, // Long comman: force-update, without arguments
    {"update"      ,  0 , OPTPARSE_NONE},
    {"list"        ,  0 , OPTPARSE_NONE},
    {"wizard"      ,  0 , OPTPARSE_NONE},
    {"upgrade"     ,  0 , OPTPARSE_NONE},
    {"printenv"    ,  0 , OPTPARSE_NONE},
    { NULL         ,  0 , OPTPARSE_NONE}
};

创建选项后，编写每个选项及其参数的命令和说明

static void usage(void)
{
    rt_kprintf("usage: env.py package [-h] [--force-update] [--update] [--list] [--wizard]\n");
    rt_kprintf("                      [--upgrade] [--printenv]\n\n");
    rt_kprintf("optional arguments:\n");
    rt_kprintf("  -h, --help      show this help message and exit\n");
    rt_kprintf("  --force-update  force update and clean packages, install or remove the\n");
    rt_kprintf("                  packages by your settings in menuconfig\n");
    rt_kprintf("  --update        update packages, install or remove the packages by your\n");
    rt_kprintf("                  settings in menuconfig\n");
    rt_kprintf("  --list          list target packages\n");
    rt_kprintf("  --wizard        create a new package with wizard\n");
    rt_kprintf("  --upgrade       upgrade local packages list and ENV scripts from git repo\n");
    rt_kprintf("  --printenv      print environmental variables to check\n");
}

下一步是解析。虽然您还不能实现其功能，但解析代码的框架是相同的

int pkgs(int argc, char **argv)
{
    int ch;
    int option_index;
    struct optparse options;

    if(argc == 1)
    {
        usage();
        return RT_EOK;
    }

    optparse_init(&options, argv);
    while((ch = optparse_long(&options, long_opts, &option_index)) != -1)
    {
        ch = ch;

        rt_kprintf("\n");
        rt_kprintf("optopt = %c\n", options.optopt);
        rt_kprintf("optarg = %s\n", options.optarg);
        rt_kprintf("optind = %d\n", options.optind);
        rt_kprintf("option_index = %d\n", option_index);
    }
    rt_kprintf("\n");

    return RT_EOK;
}

这是函数头文件

#include "optparse.h"
#include "finsh.h"

然后，编译并下载到设备上。

图片来源：

^{Cathy，CC BY-SA 4.0）}

硬件黑客

硬件编程可能看起来令人生畏，但随着物联网的兴起，它变得越来越普遍。并非所有东西都可以在 Raspberry Pi 上运行，或者应该在 Raspberry Pi 上运行，但借助 RT-Thread，得益于 FinSH，您可以保持熟悉的 Linux 感觉。

如果您对在裸机上编码感到好奇，请尝试一下 RT-Thread。