解读《ARM Cortex-M3 与Cortex-M4 权威指南》——第2章 嵌入式软件开发简介

1.ARM微控制器的组成

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2.软件开发流程

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创建工程->添加文件到工程->设置工程选项->编译和链接->编程Flash->测试并调试

Keil 实际上是一款集成开发环境（IDE），但是它也包含了一个完整的工具链，用于嵌入式系统的开发。具体来说，Keil MDK（Microcontroller Development Kit）包括以下组件：
1、编译器：
Keil 提供了 ARM 编译器（如 ARMCC 和 ARMCLANG），用于将 C/C++ 代码编译为机器代码。
2、汇编器：
将汇编语言代码转换为机器代码的工具。
3、链接器：
合并多个目标文件生成最终的可执行文件。
4、调试器：
提供强大的调试功能，包括单步执行、断点设置和变量监控等。
5、库：
提供了丰富的标准库和外设驱动库，简化开发过程。

在嵌入式软件开发中，使用开源工具链如GCC、LLVM等时，确实可能没有集成开发环境（IDE），而需要依赖脚本或Makefile来管理编译和链接过程。下面是一个关于如何使用这些工具的概述。

开源工具链中的开发流程

1. 工具链安装

• 安装所需的开源工具链，如GCC for ARM、GNU Binutils等。
• 确保安装相关的调试工具，如GDB（GNU Debugger）。

2. 项目结构

• 创建一个文件夹结构，通常包括：
  • src/：源代码文件
  • include/：头文件
  • build/：编译生成的中间文件和最终可执行文件目录
  • Makefile：构建脚本

3. Makefile 示例

# 定义变量
CC = arm-none-eabi-gcc
CFLAGS = -mcpu=cortex-m4 -mthumb -g
SRC = $(wildcard src/*.c)
OBJ = $(SRC:src/%.c=build/%.o)
TARGET = build/my_program.elf

# 默认目标
all: $(TARGET)

# 链接目标
$(TARGET): $(OBJ)
	$(CC) -o $@ $^

# 编译每个源文件为目标文件
build/%.o: src/%.c
	@mkdir -p build
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

# 清理生成的文件
clean:
	rm -rf build/*.o $(TARGET)

# 伪目标
.PHONY: all clean

4. 编译与链接

• 使用命令行进入项目目录，运行 make 命令以执行Makefile，完成编译和链接。
• 生成的可执行文件通常为 ELF 格式，可以通过相应的工具进行烧录或下载到嵌入式设备中。

5. 调试
   • 使用GDB进行调试，通常可以通过以下步骤进行：
     • 启动GDB并加载程序：

       arm-none-eabi-gdb build/my_program.elf
       

     • 连接到调试器（如ST-Link、J-Link）：

       target remote :1234  # 根据使用的调试器调整端口
       

6. 自动化与脚本

• 可以通过编写Shell脚本来自动化编译、链接和下载过程。例如，可以创建一个 build.sh 脚本：

#!/bin/bash
make
arm-none-eabi-gdb build/my_program.elf -ex "target remote :1234"

总结
使用开源工具链进行嵌入式开发时，尽管没有传统的IDE，依然可以通过Makefile和脚本实现高效的编译和调试流程。这种方法提供了灵活性和可定制性，适合于对开发环境有特殊需求的项目。

Makefile

Makefile 是一种用于自动化构建和管理程序的文件，通常与 make 工具一起使用。它定义了一组规则，指示如何从源代码生成可执行文件或其他目标文件。Makefile 可以简化编译过程，尤其是在大型项目中，确保只重新编译那些发生更改的文件。

基本组成部分

1. 变量：可以定义变量来存储编译器名称、编译选项等。

   CC = gcc
   CFLAGS = -Wall -g
   

2. 目标：Makefile 的基本结构由目标、依赖关系和命令组成。

   target: dependencies
       command
   

3. 规则：描述如何生成目标文件。例如：

   my_program: main.o utils.o
       $(CC) -o my_program main.o utils.o
   

4. 伪目标：不对应于实际文件的目标，如 clean，用于清理构建生成的文件。

   clean:
       rm -f *.o my_program
   

示例

以下是一个简单的 Makefile 示例：

# 定义变量
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g

# 源文件和目标
SRC = main.c utils.c
OBJ = $(SRC:.c=.o)
TARGET = my_program

# 默认目标
all: $(TARGET)

# 链接目标
$(TARGET): $(OBJ)
	$(CC) -o $@ $^

# 编译每个源文件
%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

# 清理目标
clean:
	rm -f $(OBJ) $(TARGET)

# 伪目标
.PHONY: all clean

使用方法

1. 在终端中进入包含 Makefile 的目录。
2. 运行命令 make 来构建项目。默认会构建第一个目标。
3. 使用 make clean 来删除生成的文件。

总结

Makefile 是一个强大的工具，用于管理软件构建过程，简化了编译和链接步骤，特别适合大型项目和多文件项目。它通过定义规则和依赖关系，帮助开发者高效地管理代码的构建。

GCC（GNU Compiler Collection）

1. 概述：

   • GCC 是一个开源的编译器集合，最初由 GNU 项目开发。它支持多种编程语言，包括 C、C++、Fortran、Ada 和 Go 等。

2. 特点