梳理下ARM代碼編譯鏈接的工作流程,以及過程中需要的相關概念信息,不具體關注編譯鏈接的具體命令。
基于ARM內核的芯片在我們的世界中無處不在,從簡單的MCU到高端的應用處理器,各行各業(yè)中都有它們的身影。 如今ARM生態(tài)系統(tǒng)非常繁榮,在這繁榮的背后編譯器的作用功不可沒。
ARM編譯器按照內核類型可分為兩大類,其一是適用于Cortex-M/R內核的編譯器,其二是適用于Cortex-A內核的編譯器。 編譯器(套件)通常也稱作(編譯)工具鏈,下文可能會混用,但是是一個意思,請知悉。
一、編譯過程
編譯過程就是把源代碼編譯生成目標代碼的過程。而采用ARM編譯命令,可以將源代碼編譯成帶有ELF格式的目標文件。除了編譯命令可以選擇相應的編譯選項之外,源代碼中的pragmas以及特別的關鍵字也會對編譯過程/結果產生一定影響。
1.makefile文件
Makefiile類似一個腳本文件,這個文件用來定義編譯過程,其中包含了需要編譯的文件、文件順序,編譯的宏定義等等,可以看做完整編譯需要的信息及過程的集合。
2.ELF格式文件
ELF文件:(Executable and Linkable Format) ELF文件出了包含編譯出的二進制代碼,還包含其他鏈接需要信息,ELF格式提供了相應代碼/數據對應編譯出的地址信息、文件信息等內容。
二、鏈接過程
鏈接就是把編譯生成的目標文件和鏈接庫處理成為相應ELF格式的映像文件(image),最終的文件可以寫入嵌入式系統(tǒng)的ROM/FLASH中。映像文件中包含:分組信息和定位信息,亦即輸出段/域及地址定位信息。鏈接器同時可以生成相應與域有關的符號來指示關于加載時地址、運行時地址、加載時長度限制、運行時長度限制等信息。同時鏈接器也具有優(yōu)化的功能,刪除不必要的代碼、段域等。
1.映像文件的組成
一個映像文件包含一個或多個域;一個域包含一個或多個輸出段;一個輸出段包含一個或多個輸入段;輸入段中包含了目標文件的代碼和數據。
輸入段的內容:代碼、已初始化的數據、未初始化的數據、初始化0的存儲區(qū)域。
輸出段和域中包含:RO、RW、ZI域。
2.映像文件的地址映射
加載時地址和運行時地址的區(qū)別:加載時地址是運行前的地址,簡單理解在FLASH中固定存儲即為加載時地址,而若代碼載入RAM運行時,新的地址為運行時地址;而程序在FLASH中運行,加載時地址和運行時地址就一致了。當地址映射復雜時,可以通過scatter配置文件進行設置。
3.初始入口點和普通入口點
初始入口點:運行時的入口點,初始入口點必須位于映像文件運行時入口點,而它的加載時地址和運行時地址一致(稱為固定域)??梢酝ㄟ^-entry指定映像文件的初始入口點。
普通入口點:用ENTRY偽操作定義在程序中,一般為中斷服務程序的入口點。
4.scatter文件中包含的信息
加載時域描述、運行時域描述、輸入段描述、輸入段選擇符;加載時域包括:名稱、起始地址、屬性、最大尺寸和一個運行時域;運行時域包括:名稱、起始地址、屬性、最大尺寸和一個輸入段集合;輸入段選擇符描述了輸入段名稱或屬性的匹配方式。
輸入段屬性:RO-CODE/CODE、RO_DATA/CONST、RO/TEXT包括前兩項、RW_DATARW/DATA(RW_CODE+RW_DATA)、BSS、ZI;FIRSTLAST來指定運行時域的開頭結尾,.ANY可以根據實際情況安排到合適的運行時域。
可以使用FIXED屬性將域放置在ROM中固定位置,加載時域和固定時域即相同。
小知識
1.程序斷點
斷點可以分為:軟件斷點和硬件斷點,軟件斷點可以相應地址插入相應的指令實現,而硬件斷點必須要需要相應硬件支持才能實現。
2.鏈接庫的概念
鏈接庫分為:靜態(tài)鏈接庫和動態(tài)鏈接庫,而動態(tài)鏈接庫又分為加載時動態(tài)鏈接庫和運行時動態(tài)鏈接庫;其差別:靜態(tài)鏈接庫的使用內容包含在生成的目標代碼中,加載時動態(tài)鏈接庫是程序載入內存時知道相應的動態(tài)鏈接庫調用內容同時調入內存中,而運行時動態(tài)鏈接庫只有在運行到需要調用時才調入使用。
3.JTAG
JTAG仿真器也稱為JTAG調試器,是通過ARM芯片的JTAG邊界掃描口進行調試的設備。JTAG仿真器比較便宜,連接比較方便,通過現有的JTAG邊界掃描口與 ARM CPU 核通信,屬于完全非插入式(即不使用片上資源)調試,它無需目標存儲器,不占用目標系統(tǒng)的任何端口,而這些是駐留監(jiān)控軟件所必需的。
另外,由于JTAG調試的目標程序是在目標板上執(zhí)行,仿真更接近于目標硬件,因此,許多接口問題,如高頻操作限制、AC和DC參數不匹配,電線長度的限制等被最小化了。使用集成開發(fā)環(huán)境配合JTAG仿真器進行開發(fā)是目前采用最多的一種調試方式。