Newlib

Newlib 是面向嵌入式系统的完整 C 库实现，属于独立开源项目，Zephyr 不包含其源代码。Zephyr SDK 则为每种受支持的架构提供预编译库（libc.a 和 libm.a）。

备注

GNU Arm Embedded 等第三方工具链也附带预编译形式的 Newlib。

Zephyr 实现了由 Newlib 标准 C 库函数调用的“API 钩子”函数。这些函数位于 lib/libc/newlib/libc-hooks.c，将库内部系统调用转换为等效的 Zephyr API 调用。

Newlib 类型

Zephyr SDK 中的 Newlib 有 full（完整）和 nano（精简）两个变体。

Newlib 完整变体（libc.a 和 libm.a）是 Zephyr SDK 中功能最齐全的 Newlib 变体，支持几乎所有标准 C 库功能。它优先优化性能而非代码体积，因此占用显著大于 nano 变体。

在应用配置文件中选择 CONFIG_NEWLIB_LIBC，并取消选择 CONFIG_NEWLIB_LIBC_NANO，即可启用此变体。

Newlib nano 变体（libc_nano.a 和 libm_nano.a）针对体积优化，支持完整变体的全部功能，但不支持 C99 新增的格式说明符，例如 char 和 long long 类型的格式说明符，即 %hhX 和 %llX。

在应用配置文件中选择 CONFIG_NEWLIB_LIBC 和 CONFIG_NEWLIB_LIBC_NANO，即可启用此变体。

注意，并非所有架构都提供 Newlib nano 变体。是否可用由 CONFIG_HAS_NEWLIB_LIBC_NANO 指定。

Newlib 支持所有标准 C 格式化输入输出函数，包括 printf、fprintf、sprintf 和 sscanf。

Newlib 格式化输入输出实现支持 C 标准定义的所有格式说明符，但有以下例外：

浮点格式说明符（例如 %f）要求启用 CONFIG_NEWLIB_LIBC_FLOAT_PRINTF 和 CONFIG_NEWLIB_LIBC_FLOAT_SCANF。
Newlib nano 变体不支持 C99 格式说明符，即 char 的 %hhX、long long 的 %llX、intmax_t 的 %jX、size_t 的 %zX 和 ptrdiff_t 的 %tX。

Newlib 实现了内部堆分配器，用于管理标准动态内存管理接口（例如 malloc() 和 free()）使用的内存块。

不同 Newlib 类型的内部堆分配器可能不同。例如，Zephyr SDK 的完整 Newlib（libc.a 和 libm.a）向操作系统请求更大的内存块，其最低内存需求显著高于精简 Newlib（libc_nano.a 和 libm_nano.a）。

Newlib 动态内存管理函数与 Zephyr 侧 libc 钩子之间的唯一接口是 sbrk()，Newlib 通过它管理为内部堆分配器保留的内存池大小。

Newlib 的内存池大小变更请求由 _sbrk() 钩子处理（实现于 libc-hooks.c），该钩子在系统内存不足时返回错误，确保内部堆分配器的内存池不超出可用空间。

启用用户空间时，Newlib 内部堆分配器的内存池放在名为 z_malloc_partition 的专用内存分区中，供用户模式线程访问。

Newlib 堆的可用内存空间取决于系统配置：

启用 MMU（选择 CONFIG_MMU）时，Newlib 堆的保留空间取 k_mem_free_get() 返回的空闲内存大小与 CONFIG_NEWLIB_LIBC_MAX_MAPPED_REGION_SIZE 两者中的较小值。
启用 MPU，且 MPU 要求分区大小和地址对齐均为 2 的幂（CONFIG_NEWLIB_LIBC_ALIGNED_HEAP_SIZE 为非零值）时，Newlib 堆的保留空间由 CONFIG_NEWLIB_LIBC_ALIGNED_HEAP_SIZE 指定。
否则，Newlib 堆的保留空间等于 SRAM 区域中空闲、尚未分配的内存大小。

Newlib 实现的标准动态内存管理接口是线程安全的，允许多个线程同时调用。