嵌入式Linux：编译和使用Protobuf库

电子设计联盟

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+ D0 k" a# W  G, c% i# O( n点击上方蓝色字体，关注我们
* M' V: L0 e5 n4 XProtobuf（Protocol Buffers）是由 Google 开发的一种轻量级、高效的结构化数据序列化方式，用于在不同应用之间进行数据交换和存储。它可以用于多种编程语言，并支持自动生成代码，使得数据结构定义和序列化/反序列化过程更加简洁和高效。

Protobuf-C 是 Protocol Buffers 的 C 语言实现，它专门针对 C 语言环境进行了优化，提供了类似于官方实现的功能，同时支持与其他语言生成的 Protobuf 数据进行交互。Protobuf-C 生成的库文件可以被 C 语言项目使用，使得在 C 语言环境中进行高效的数据序列化和反序列化成为可能。

Protobuf优点包括：
9 q2 s* t- e1 X- o! N1 X9 `, e, J

高效性：protobuf 生成的数据格式通常比 XML 和 JSON 更加紧凑，序列化和反序列化速度更快。

可扩展性：支持向已有消息类型添加新的字段或消息，而不破坏向后兼容性。

语言无关性：protobuf 支持多种编程语言，包括 C++, Java, Python, Go, 和 C# 等。

自动代码生成：通过 .proto 文件定义消息格式后，可以使用编译器自动生成目标语言的代码，简化开发工作。
3 O( R( }# O+ U5 W- ?' A
Protobuf代码仓库：https://github.com/protocolbuffers/protobuf

' L0 p2 q) T4 v5 t# _: X5 `5 sProtobuf-C代码仓库：https://github.com/protobuf-c/protobuf-c
, S7 N8 e! G4 m2 i3 _
由于我需要在SoC开发板上使用C语言版的Protobuf库，所以需要使用到Protobuf
& B( _3 E, \) q# e& U% F. i& r和Protobuf-C。

Protobuf 提供了 Protobuf 工具，用于将 .proto 文件转换为 C 源代码和头文件，而 Protobuf-c 生成了编译所需的动态库。
; S5 u( s, T& V4 C$ S! @
) R; c& I' T. ?0 B7 J/ f" y

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3 R5 u3 O; E, k& a, R1
; u$ B& O& |  F5 G: m: L开发环境和工具

8 R: w4 e! w# L0 [硬件环境
台湾联咏NT96570BG
3 ]# G* F& [' d' q
0 x+ U1 _9 G+ i' r
软件环境
( {, a, I) D: b* O! e8 }Ubuntu 18.04.6


SDK
0 z" u% H% [% O* `" q7 b* a( a& f  Ana51055_linux_sdk-release.tar.gz

7 L2 ?$ J- V# J# O
交叉编译工具链
nvt-96570-toolchain.tar.gz
- s8 ^0 d9 r+ u
  R# W. v0 U' g* C& F) Z6 S
' U/ q% i& e$ B4 s( s. p2 `7 AProtobuf版本
V3.6.1（SoC需要和上位机通信，保持双方版本一致）
7 v+ r- ~( P& G5 z
2
" w* y+ _/ E9 o$ n& h4 n: @5 Q安装和编译Protobuf、Protobuf-C库
' M( G4 X/ O3 W& l0 U9 r
0 J+ r0 X9 Y" t* H1 B8 pSoC编译和使用Protobuf库有2种方式：

下载Protobuf、Protobuf-C源码，集成到SoC SDK包中，修改makefile文件和相关配置，每次编译SDK固件时，也会编译和生成Protobuf所需的库和文件。

在Ubuntu系统下载和编译Protobuf、Protobuf-C源码，将编译好的库和文件拷贝到SoC APP应用工程中，修改makefile文件和相关配置，直接使用。
' G! n  H. ~/ K; F. y* C
这里我们使用第二种方式。
$ ?2 y& v1 a! F
% c$ u5 ]8 w- f" n, o4 O# u1、安装依赖项
' Z9 o. ?/ v* L4 e& u

sudo apt-get install autoconf automake libtool curl make g++ unzip pkg-config
! {% t) B- J. `8 N6 t2、安装Protobuf
下载Protobuf V3.6.1，解压后进入文件夹，指令如下：
: g$ ?% ?8 u. Z; Y

cd protobuf./autogen.sh./configuremakesudo make installsudo ldconfig
含义如下：

cd protobuf: 进入名为 protobuf 的目录。

./autogen.sh: 运行 autogen.sh 脚本，用于生成 configure 配置脚本。

./configure: 根据生成的配置脚本，配置编译环境。

make: 编译源代码。

sudo make install: 安装编译生成的文件到系统中。

sudo ldconfig: 更新动态链接库缓存，使得系统能够找到新安装的库文件。

4 Z1 i; r. D, T% \如果不需要使用指定版本的Protobuf，可以使用git指令下载库：
( F3 j9 y. R8 i& i" B

git clone https://github.com/protocolbuffers/protobuf.git
3、安装protobuf-c
9 `" A6 t$ j& G" Q* Oprotobuf-c不需要指定版本，直接使用git指令下载仓库，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=$PWD/tmp_outmakesudo make install
, b. d0 \9 o; r$ h& v含义如下：

cd protobuf-c: 进入名为 protobuf-c 的目录。

./autogen.sh: 运行 autogen.sh 脚本，用于生成 configure 配置脚本。

./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: 配置编译环境，指定目标架构为 arm-linux-gnueabihf，并使用指定的交叉编译器进行编译。

make: 编译源代码。

sudo make install: 安装编译生成的文件到系统中。

重点说一下configure配置编译环境指令：
4 @8 w' a, n9 ^% }8 g7 T: {7 Z

./configure: 运行配置脚本。

--host=arm-linux-gnueabihf: 指定目标系统架构为 arm-linux-gnueabihf，表示编译生成的程序将在 ARM 架构上运行。

CC=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc: 指定 C 编译器为 /opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-gcc，即指定了交叉编译器。

CXX=/opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++: 指定 C++ 编译器为 /opt/arm/arm-ca9-linux-gnueabihf-6.5/usr/bin/arm-ca9-linux-gnueabihf-g++，即指定了交叉编译器。

--disable-protoc: 禁用 protoc 工具的构建，这表示只编译动态库，而不会生成 .proto 文件对应的 C 源码和头文件。

--prefix=$PWD/tmp_out: 指定安装路径为当前目录下的 tmp_out 目录。
! ]. `# J6 O9 v, S5 G
) [2 H5 F/ b" [* l  E+ d7 ^如果不是ARM SoC使用，只是Ubuntu系统使用，配置编译环境就无需指定交叉编译工具链，指令如下：

./configure
2 U; _/ D5 x) J+ W. |9 ]" p# ^1 ~: _  tProtobuf、Protobuf-C默认安装在/usr/local路径下：
: }% F  n$ ~, Q0 N' a

yorzmlos1io6403401314.png

+ L0 ~' m0 T% c  Q
使用指令可以查看Protobuf、Protobuf-C的版本，指令如下：
$ R+ r6 \! W( m( P! X$ M* Y4 c

protoc-c --version

: [* v1 {  U* a( T3 _( `

u5iiqx5iknr6403401414.png

/ F# }2 ?8 f) H! ]6 r: S( Z编译Protobuf-c代码时，指定了链接库输出在当前目录下的 tmp_out 目录。将编译输出物都拷贝到SoC APP应用工程中。
) z5 c% R' w9 }) Q, T2 z
+ h2 b" p8 P8 n9 }! i; l

3fsezeyyxrs6403401514.png

3
编写和编译proto文件
1、创建一个proto文件，文件命名为：LM_PCD_LD.proto，定义了一个消息类型：
; q7 @; V! k+ q; c- E. u; ?

syntax = "proto3";
2 T- v$ W5 h+ B4 H! s4 ]. V, Kmessage Person {  string name = 1;  int32 id = 2;  string email = 3;}
2、使用 Protobuf 编译器（protoc）生成对应的C代码：

protoc --c_out=. LM_PCD_LD.proto.proto
& N$ \$ L% V8 k& \6 e  C编译生成：LM_PCD_LD.pb-c.c和LM_PCD_LD.pb-h文件。将文件拷贝到SoC APP应用工程中。
1 o; \& u/ ~' u
% S3 ?8 d- x& }. c0 W( V# C

ngxbzacbjjh6403401614.png

) @. M. [3 t8 [/ z7 O6 |8 Y4
修改makefile文件
- }# y8 W" S4 H8 E' b1、添加头文件路径：

chcfxafzlnh6403401714.png

4 a. \' T) X/ l* H5 O) ?2 u* J' l
2、添加动态链接库路径：
$ A: M* H( Q/ w; {9 e, |( l

ogmy2wn440e6403401814.png

$ ~; Z  K7 m6 O/ M( l5 g6 }
3、添加代码路径：
1 A: J8 C* N) t/ k

nmabqbzfa0i6403401915.png

) s7 R' p: Y+ ~" {- u* [( y
, @6 M& m& j3 ~& F) T' }4、拷贝动态库到系统库文件下：

sfgno2m0yt36403402015.png

  _  q7 P3 A" x9 r
  m0 L" r8 {5 k3 }  c% _/ D
5
测试示例

#include #include "LM_PCD_LD.pb-c.h"
- w/ j7 `3 u; Y5 v( c& t0 yint main() {    // 创建并初始化 Person 消息对象    Person person = PERSON__INIT;    person.name = "John Doe";    person.id = 1234;    person.email = "johndoe@example.com";
    // 序列化消息对象    size_t packed_size = person__get_packed_size(&person);    uint8_t buffer[packed_size];    person__pack(&person, buffer);
* y# I, V# v/ J: O# U% ^    // 反序列化消息对象    Person *unpacked_person = person__unpack(NULL, packed_size, buffer);
    // 打印反序列化后的消息内容    printf("Name: %s
", unpacked_person->name);    printf("ID: %d
", unpacked_person->id);    printf("Email: %s
", unpacked_person->email);
    // 释放内存    person__free_unpacked(unpacked_person, NULL);
" _; q6 I+ q" E    return 0;}

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