嵌入式Linux：編譯和使用Protobuf庫

Protobuf（Protocol Buffers）是由 Google 開發(fā)的一種輕量級、高效的結構化數(shù)據(jù)序列化方式，用于在不同應用之間進行數(shù)據(jù)交換和存儲。它可以用于多種編程語言，并支持自動生成代碼，使得數(shù)據(jù)結構定義和序列化/反序列化過程更加簡潔和高效。

Protobuf-C 是 Protocol Buffers 的 C 語言實現(xiàn)，它專門針對 C 語言環(huán)境進行了優(yōu)化，提供了類似于官方實現(xiàn)的功能，同時支持與其他語言生成的 Protobuf 數(shù)據(jù)進行交互。Protobuf-C 生成的庫文件可以被 C 語言項目使用，使得在 C 語言環(huán)境中進行高效的數(shù)據(jù)序列化和反序列化成為可能。

Protobuf優(yōu)點包括：

• 高效性：protobuf 生成的數(shù)據(jù)格式通常比 XML 和 JSON 更加緊湊，序列化和反序列化速度更快。

• 可擴展性：支持向已有消息類型添加新的字段或消息，而不破壞向后兼容性。

• 語言無關性：protobuf 支持多種編程語言，包括 C++, Java, Python, Go, 和 C# 等。

• 自動代碼生成：通過 .proto 文件定義消息格式后，可以使用編譯器自動生成目標語言的代碼，簡化開發(fā)工作。

Protobuf代碼倉庫：https://github.com/protocolbuffers/protobuf

Protobuf-C代碼倉庫：https://github.com/protobuf-c/protobuf-c

由于我需要在SoC開發(fā)板上使用C語言版的Protobuf庫，所以需要使用到Protobuf

和Protobuf-C。

Protobuf 提供了 Protobuf 工具，用于將 .proto 文件轉換為 C 源代碼和頭文件，而 Protobuf-c 生成了編譯所需的動態(tài)庫。

1

開發(fā)環(huán)境和工具

硬件環(huán)境

臺灣聯(lián)詠NT96570BG

軟件環(huán)境

Ubuntu 18.04.6

SDK

na51055_linux_sdk-release.tar.gz

交叉編譯工具鏈

nvt-96570-toolchain.tar.gz

Protobuf版本

V3.6.1（SoC需要和上位機通信，保持雙方版本一致）

2

安裝和編譯Protobuf、Protobuf-C庫

SoC編譯和使用Protobuf庫有2種方式：

• 下載Protobuf、Protobuf-C源碼，集成到SoC SDK包中，修改makefile文件和相關配置，每次編譯SDK固件時，也會編譯和生成Protobuf所需的庫和文件。

• 在Ubuntu系統(tǒng)下載和編譯Protobuf、Protobuf-C源碼，將編譯好的庫和文件拷貝到SoC APP應用工程中，修改makefile文件和相關配置，直接使用。

這里我們使用第二種方式。

1、安裝依賴項

sudo apt-get install autoconf automake libtool curl make g++ unzip pkg-config

2、安裝Protobuf

下載Protobuf V3.6.1，解壓后進入文件夾，指令如下：

cd protobuf./autogen.sh./configuremakesudo make installsudo ldconfig

含義如下：

• cd protobuf: 進入名為 protobuf 的目錄。

• ./autogen.sh: 運行 autogen.sh 腳本，用于生成 configure 配置腳本。

• ./configure: 根據(jù)生成的配置腳本，配置編譯環(huán)境。

• make: 編譯源代碼。

• sudo make install: 安裝編譯生成的文件到系統(tǒng)中。

• sudo ldconfig: 更新動態(tài)鏈接庫緩存，使得系統(tǒng)能夠找到新安裝的庫文件。

如果不需要使用指定版本的Protobuf，可以使用git指令下載庫：

git clone https://github.com/protocolbuffers/protobuf.git

3、安裝protobuf-c

protobuf-c不需要指定版本，直接使用git指令下載倉庫，指令如下：

git clone https://github.com/protobuf-c/protobuf-c.gitcd protobuf-c./autogen.sh./configure --host=arm-linux-gnueabihf CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++ --disable-protoc --prefix=$PWD/tmp_outmakesudo make install

含義如下：

• cd protobuf-c: 進入名為 protobuf-c 的目錄。

• ./autogen.sh: 運行 autogen.sh 腳本，用于生成 configure 配置腳本。

• ./configure --host=arm-linux-gnueabihf CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++ --disable-protoc --prefix=$PWD/tmp_out: 配置編譯環(huán)境，指定目標架構為 arm-linux-gnueabihf，并使用指定的交叉編譯器進行編譯。

• make: 編譯源代碼。

• sudo make install: 安裝編譯生成的文件到系統(tǒng)中。

重點說一下configure配置編譯環(huán)境指令：

• ./configure: 運行配置腳本。

• --host=arm-linux-gnueabihf: 指定目標系統(tǒng)架構為 arm-linux-gnueabihf，表示編譯生成的程序將在 ARM 架構上運行。

• CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc: 指定 C 編譯器為 /opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc，即指定了交叉編譯器。

• CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++: 指定 C++ 編譯器為 /opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++，即指定了交叉編譯器。

• --disable-protoc: 禁用 protoc 工具的構建，這表示只編譯動態(tài)庫，而不會生成 .proto 文件對應的 C 源碼和頭文件。

• --prefix=$PWD/tmp_out: 指定安裝路徑為當前目錄下的 tmp_out 目錄。

如果不是ARM SoC使用，只是Ubuntu系統(tǒng)使用，配置編譯環(huán)境就無需指定交叉編譯工具鏈，指令如下：

./configure

Protobuf、Protobuf-C默認安裝在/usr/local路徑下：

使用指令可以查看Protobuf、Protobuf-C的版本，指令如下：

protoc-c --version

編譯Protobuf-c代碼時，指定了鏈接庫輸出在當前目錄下的 tmp_out 目錄。將編譯輸出物都拷貝到SoC APP應用工程中。

3

編寫和編譯proto文件

1、創(chuàng)建一個proto文件，文件命名為：LM_PCD_LD.proto，定義了一個消息類型：

syntax = "proto3";
message Person {  string name = 1;  int32 id = 2;  string email = 3;}

2、使用 Protobuf 編譯器（protoc）生成對應的C代碼：

protoc --c_out=. LM_PCD_LD.proto.proto

編譯生成：LM_PCD_LD.pb-c.c和LM_PCD_LD.pb-h文件。將文件拷貝到SoC APP應用工程中。

4

修改makefile文件

1、添加頭文件路徑：

2、添加動態(tài)鏈接庫路徑：

3、添加代碼路徑：

4、拷貝動態(tài)庫到系統(tǒng)庫文件下：

5

測試示例

#include #include "LM_PCD_LD.pb-c.h"
int main() {    // 創(chuàng)建并初始化 Person 消息對象    Person person = PERSON__INIT;    person.name = "John Doe";    person.id = 1234;    person.email = "johndoe@example.com";
    // 序列化消息對象    size_t packed_size = person__get_packed_size(&person);    uint8_t buffer[packed_size];    person__pack(&person, buffer);
    // 反序列化消息對象    Person *unpacked_person = person__unpack(NULL, packed_size, buffer);
    // 打印反序列化后的消息內容    printf("Name: %sn", unpacked_person->name);    printf("ID: %dn", unpacked_person->id);    printf("Email: %sn", unpacked_person->email);
    // 釋放內存    person__free_unpacked(unpacked_person, NULL);
    return 0;}