1、基本原理
shell服務是一個人性化系統應該具備的功能，使用者透過執行相應的命令來執行對應的程式，實現命令的工具，shell在linux，uboot下非常常見，但是在RTOS中，整合shell服務的系統比較少，RT-thread集成了shell服務（嚴格來說是元件），類似的Treadx，freertos，uCos並沒有整合shell，必須使用者自己實現，實現一個簡單的shell並不困難，簡單的shell大體框架如下：
命令解析程式，負責解析出命令和命令引數兩個部分，查詢註冊的命令（查表思路），並執行其回撥函式，將命令引數傳遞給回撥函式，完成命令。
在linux下命令的執行相對會複雜一些，首先要有一個shell終端，終端可以是實際的物理終端比如串列埠，也可以是偽終端，比如ssh登陸的終端，終端輸入的命令傳遞到shell處理程序，解析出命令和引數，回顯命令等。shell透過命令在/bin，/sbin，/usr/bin，/usr/sbin目錄下根據命令名稱查詢相應的可執行程式，並啟動改程序，程序main函式的兩個引數argc和argv接收使用者傳遞的引數，完成相應的命令操作。
2、宏定義註冊
RT-Thread整合的shell服務是比較簡單的，這個和uboot比較類似，我們知道在uboot下要增加一個命令那麼需要透過一個名稱註冊的宏來增加命令，在RT-Thread下也是一樣的：
FINSH_FUNCTION_EXPORT（list_mem， list memory usage information）
FinSH元件定義在相應的元件目錄下：
rt-thread\components\finsh
註冊命令的宏定義介面定義在：
finsh_api。h
在這個檔案中，有比較多的宏定義，但是我們沒有必要去深究，這些宏定義和編譯器息息相關的，其實原理很簡單，就是利用編譯器的屬性，建立一個命令表，存放在ROM內，找命令時就在這個表內查詢，利用編譯器建立表，然後查表的過程。下面我們來簡單的分析一下這個宏定義：
/** * @ingroup finsh * * This macro exports a system function to finsh shell。 * * @param name the name of function。 * @param desc the description of function， which will show in help。 */#define FINSH_FUNCTION_EXPORT（name， desc） \ FINSH_FUNCTION_EXPORT_CMD（name， name， desc）//編譯器比較多，我們選擇一個TI的編譯器來看看#define FINSH_FUNCTION_EXPORT_CMD（name， cmd， desc） \ __TI_FINSH_EXPORT_FUNCTION（__fsym_##cmd）； \ const char __fsym_##cmd##_name［］ = #cmd； \ const char __fsym_##cmd##_desc［］ = #desc； \ const struct finsh_syscall __fsym_##cmd = \ { \ __fsym_##cmd##_name， \ __fsym_##cmd##_desc， \ （syscall_func）&name \ }；//連線到DATA區的宏定義，我們知道f會被編譯器連結到符號為FsymTab的DATA區中#define __TI_FINSH_EXPORT_FUNCTION（f） PRAGMA（DATA_SECTION（f，“FSymTab”））//我們來具體分析一下宏定義//__fsym_##cmd會被連結到“FSymTab”中，形成表的一個記錄，在編譯器中##常用於將字元連結起來//我們知道這個cmd是使用者註冊時定義的，比如定義為ls吧，那麼記錄的名稱被連結為“__fsym_ls”//下面這個宏定義很簡單，就是初始化一個struct finsh_syscall結構，然後新增到“FSymTab”__TI_FINSH_EXPORT_FUNCTION（__fsym_##cmd）； \ //定義連結 const char __fsym_##cmd##_name［］ = #cmd； \ //定義name成員 const char __fsym_##cmd##_desc［］ = #desc； \ //定義desc成員 const struct finsh_syscall __fsym_##cmd = \ //定義finsh_syscall結構 { \ __fsym_##cmd##_name， \ //初始化name __fsym_##cmd##_desc， \ //初始化描述部分 （syscall_func）&name \ //初始化回撥 }；//回撥函式其實就是宏定義中的name，所以在註冊時，使用回撥函式直接註冊，這個函式的名稱//就是命令名稱，比如我要註冊一個ls命令，相應的我要定義一個ls函式。#define FINSH_FUNCTION_EXPORT_CMD（name， cmd， desc）
我們再來看看“FSymTab”表的成員struct finsh_syscall結構：
//命令表的成員比較簡單，三個成員//名稱：這個是必須，我們必須透過名稱查詢命令//描述：這個是一個可選項，描述可以簡單的描述一下這個命令的作用//回撥函式：這個是必須的，回撥函式會執行命令的具體內容/* system call table */struct finsh_syscall{ const char* name； /* the name of system call */#if defined（FINSH_USING_DESCRIPTION） && defined（FINSH_USING_SYMTAB） const char* desc； /* description of system call */#endif syscall_func func； /* the function address of system call */}；//回撥函式定義為引數為void返回值為long。typedef long （*syscall_func）（void）；//表的起始地址記錄，便於後續查表，定義為外部的，這個後面我們會講到extern struct finsh_syscall *_syscall_table_begin， *_syscall_table_end；
3、命令的執行
之前我們講了命令的註冊是透過宏定義將命令註冊到表中，熟悉uboot的同學，對這個一定理解的比較透徹，在linux中也很常見，既然命令已經有了，那麼當我們從終端輸入命令後，到執行命令又會經過一個怎樣的過程呢，我們來簡單的分析一下，finsh shell的管理定義在檔案：
shell。c
初始化函式finsh_system_init：
//初始化函式注意完成三個部分//第1，及時記錄下表的地址資訊//第2，啟動一個管理執行緒//第3，建立一個訊號量，啟動執行緒/* * @ingroup finsh * * This function will initialize finsh shell */int finsh_system_init（void）{ rt_err_t result = RT_EOK； rt_thread_t tid； //第1個部分，就是記錄地址資訊，這個和編譯器息息相關。#ifdef FINSH_USING_SYMTAB#if defined（__CC_ARM） || defined（__CLANG_ARM） /* ARM C Compiler */ extern const int FSymTab$$Base； extern const int FSymTab$$Limit； extern const int VSymTab$$Base； extern const int VSymTab$$Limit； finsh_system_function_init（&FSymTab$$Base， &FSymTab$$Limit）；#ifndef FINSH_USING_MSH_ONLY finsh_system_var_init（&VSymTab$$Base， &VSymTab$$Limit）；#endif#elif defined （__ICCARM__） || defined（__ICCRX__） /* for IAR Compiler */ finsh_system_function_init（__section_begin（“FSymTab”）， __section_end（“FSymTab”））； finsh_system_var_init（__section_begin（“VSymTab”）， __section_end（“VSymTab”））；#elif defined （__GNUC__） || defined（__TI_COMPILER_VERSION__） /* GNU GCC Compiler and TI CCS */ extern const int __fsymtab_start； extern const int __fsymtab_end； extern const int __vsymtab_start； extern const int __vsymtab_end； finsh_system_function_init（&__fsymtab_start， &__fsymtab_end）； finsh_system_var_init（&__vsymtab_start， &__vsymtab_end）；#elif defined（__ADSPBLACKFIN__） /* for VisualDSP++ Compiler */ finsh_system_function_init（&__fsymtab_start， &__fsymtab_end）； finsh_system_var_init（&__vsymtab_start， &__vsymtab_end）；#elif defined（_MSC_VER） unsigned int *ptr_begin， *ptr_end； if（shell） { rt_kprintf（“finsh shell already init。\n”）； return RT_EOK； } ptr_begin = （unsigned int *）&__fsym_begin； ptr_begin += （sizeof（struct finsh_syscall） / sizeof（unsigned int））； while （*ptr_begin == 0） ptr_begin ++； ptr_end = （unsigned int *） &__fsym_end； ptr_end ——； while （*ptr_end == 0） ptr_end ——； finsh_system_function_init（ptr_begin， ptr_end）；#endif#endif //第2個部分，建立一個管理執行緒，靜態記憶體和動態記憶體的選擇。#ifdef RT_USING_HEAP /* create or set shell structure */ shell = （struct finsh_shell *）rt_calloc（1， sizeof（struct finsh_shell））； if （shell == RT_NULL） { rt_kprintf（“no memory for shell\n”）； return -1； } tid = rt_thread_create（FINSH_THREAD_NAME， finsh_thread_entry， RT_NULL， FINSH_THREAD_STACK_SIZE， FINSH_THREAD_PRIORITY， 10）；#else shell = &_shell； 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）；#endif /* RT_USING_HEAP */ //第3部分，建立訊號量和啟動管理執行緒，訊號量將用於命令的觸發 rt_sem_init（&（shell->rx_sem）， “shrx”， 0， 0）； finsh_set_prompt_mode（1）； if （tid ！= NULL && result == RT_EOK） rt_thread_startup（tid）； return 0；}INIT_APP_EXPORT（finsh_system_init）；
上面講到初始化時主要分為三個部分，前面的兩個部分比較重要，最重要的是執行緒部分，也就是說使用者所有的命令將在該執行緒內進行處理，相比於linux下每個命令都有啟動一個程序處理，這個要相對簡單一些，同時shell服務有個重要的管理結構struct finsh_shell：
struct finsh_shell{ //訊號量，用於喚醒執行緒 struct rt_semaphore rx_sem； enum input_stat stat； //回顯 rt_uint8_t echo_mode：1； rt_uint8_t prompt_mode： 1；#ifdef FINSH_USING_HISTORY rt_uint16_t current_history； rt_uint16_t history_count； // 歷史命令記錄，這裡類似於linux下按向上鍵就可以檢視歷史命令的功能 char cmd_history［FINSH_HISTORY_LINES］［FINSH_CMD_SIZE］；#endif //引數表相關#ifndef FINSH_USING_MSH_ONLY struct finsh_parser parser；#endif //儲存命令和回顯的位置資訊 char line［FINSH_CMD_SIZE］； rt_uint16_t line_position； rt_uint16_t line_curpos； //終端裝置#if ！defined（RT_USING_POSIX） && defined（RT_USING_DEVICE） rt_device_t device；#endif //終端許可權，密碼#ifdef FINSH_USING_AUTH char password［FINSH_PASSWORD_MAX］；#endif}；
第1個部分，地址資訊的記錄：
//地址資訊分為兩個部分//第1部分，命令表的地址資訊//第2部分，引數表的地址資訊/* finsh symtab */#ifdef FINSH_USING_SYMTABstruct finsh_syscall *_syscall_table_begin = NULL；struct finsh_syscall *_syscall_table_end = NULL；struct finsh_sysvar *_sysvar_table_begin = NULL；struct finsh_sysvar *_sysvar_table_end = NULL；#endif//我們回頭看，回撥函式並沒有傳遞引數，那麼引數從哪裡來？所有還要有一個引數表。typedef long （*syscall_func）（void）；//命令表的地址資訊初始化finsh_system_function_init（&FSymTab$$Base， &FSymTab$$Limit）；//引數表的地址資訊初始化，有沒有引數表還要取決於這個宏定義#ifndef FINSH_USING_MSH_ONLY finsh_system_var_init（&VSymTab$$Base， &VSymTab$$Limit）；#endif//初始地址資訊，就是將全域性變數賦值的過程，這個沒什麼好講的了。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；}void finsh_system_var_init（const void *begin， const void *end）{ _sysvar_table_begin = （struct finsh_sysvar *） begin； _sysvar_table_end = （struct finsh_sysvar *） end；}
第2部分，也是最重要的部分，執行緒處理部分：
//執行緒部分，我們來看使用靜態記憶體建立的部分，動態建立也差不多，有兩個地方要注意//第1，執行緒的優先順序FINSH_THREAD_PRIORITY，預設是20//第2，執行緒的堆疊大小，FINSH_THREAD_STACK_SIZE，預設是2048//所有我們使用命令時，要注意臨時變數的數量和呼叫深度shell = &_shell；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）；//執行緒的入口finsh_thread_entry函式//執行緒處理有很多程式碼，大體也分為3個部分//第1，獲取終端裝置，即輸入的裝置//第2，啟用認證時，密碼登陸//第3，命令回顯，解析，執行//裝置在終端裝置rt_device_t console = rt_console_get_device（）；if （console）{ finsh_set_device（console->parent。name）；}//等待密碼完成，取決於FINSH_USING_AUTHfinsh_wait_auth（）；//執行緒的while迴圈裡面主要處理命令相關的while （1）{ //從終端裝置獲取一個字元 ch = finsh_getchar（）； //上下左右鍵的處理，回顯等，這裡我就不分析 /* * handle control key * up key ： 0x1b 0x5b 0x41 * down key： 0x1b 0x5b 0x42 * right key：0x1b 0x5b 0x43 * left key： 0x1b 0x5b 0x44 */ //enter鍵代表命令結束，命令結束後的處理是最關鍵的 /* handle end of line， break */ if （ch == ‘\r’ || ch == ‘\n’） { //記錄命令為歷史記錄#ifdef FINSH_USING_HISTORY shell_push_history（shell）；#endif#ifdef FINSH_USING_MSH if （msh_is_used（） == RT_TRUE） { if （shell->echo_mode） rt_kprintf（“\n”）； //命令的執行函式 msh_exec（shell->line， shell->line_position）； } else#endif}
透過分析命令處理的執行緒finsh_thread_entry，我們知道處理處理的主要函式如下：
int msh_exec（char *cmd， rt_size_t length） ——if （_msh_exec_cmd（cmd， length， &cmd_ret） == 0） //命令執行函式static int _msh_exec_cmd（char *cmd， rt_size_t length， int *retp）{ //。。。省略 //透過命令名稱查找回調函式 cmd_func = msh_get_cmd（cmd， cmd0_size）； if （cmd_func == RT_NULL） return -RT_ERROR； //講命令列解析到argv /* split arguments */ memset（argv， 0x00， sizeof（argv））； argc = msh_split（cmd， length， argv）； if （argc == 0） return -RT_ERROR； /* exec this command */ //執行回撥函式，引數argc， argv *retp = cmd_func（argc， argv）；}//根據命令查找回調函式，就是查表，沒什麼好講的static cmd_function_t msh_get_cmd（char *cmd， int size）{ struct finsh_syscall *index； cmd_function_t cmd_func = RT_NULL； //初始化的時候已經記錄了表的起始地址資訊 //_syscall_table_begin和_syscall_table_end //記錄的增加的偏移FINSH_NEXT_SYSCALL（index）計算 //偏移就是一個struct finsh_syscall的大小 for （index = _syscall_table_begin； index < _syscall_table_end； FINSH_NEXT_SYSCALL（index）） { if （strncmp（index->name， “__cmd_”， 6） ！= 0） continue； //匹配命令的名稱，匹配成功返回相應的回撥函式 if （strncmp（&index->name［6］， cmd， size） == 0 && index->name［6 + size］ == ‘\0’） { cmd_func = （cmd_function_t）index->func； break； } } //返回回撥函式 return cmd_func；}//命令列的解析函式，就是以空格劃分的引數儲存的argv陣列中//FINSH_ARG_MAX預設是8，所以最多8個引數//正常返回值是引數的個數即argcstatic int msh_split（char *cmd， rt_size_t length， char *argv［FINSH_ARG_MAX］） //回撥函式，回撥函式定義和之前講的表的回撥函式定義typedef long （*syscall_func）（void）；//有點不一樣，但是這個是一個指標，所以並沒有使用原先的定義typedef int （*cmd_function_t）（int argc， char **argv）；cmd_function_t cmd_func；*retp = cmd_func（argc， argv）；
3、小結
總體思路就是名命令記錄在表內，其實表的形式不限，可以是編譯器連結的，也可以是資料的，也可以是連結串列等。其實在RT-Thread中沒有定義FINSH_USING_SYMTAB，那麼表就是一個數組，有了表，那麼輸入命令時，就要將命令解析出來，然後執行回撥函式，回撥函式是命令執行的最終步驟，也是關鍵步驟。上文中沒有講到_sysvar_table_begin引數變數，歷史命令儲存，命令的回顯，密碼認證等。有興趣的同學可以自己研究一下。
