ARM GNU 编译与链接01: 工程创建, 程序烧写和调试
基于 STM32 平台, 对编译与链接原理进行探究，以及学习 ARM 汇编指令集, GNU 的汇编语法。
从零开始的工程创建
这里以一个简单的汇编程序为例
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源代码 start.s
/* 代码段 */ .section .text .type reset, %function .globl reset /* 程序入口 */ reset: mov r0, #0x66 mov r1, #255 push {r0} mov r0, r1 pop {r0} b . /* 中断向量表段 */ .section .isr_vector, "a" .word _estack .word reset -
链接文件：link.ld
/* 程序入口 */ ENTRY(reset) /* 栈指针初始位置 */ _estack = 0x20020000; /* 存储器分布 */ MEMORY { DTCMRAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K FLASH (rx) : ORIGIN = 0x8000000, LENGTH = 128K } /* 段组织 */ SECTIONS { /* FLASH 起始地址放置中断向量表 */ .my_vertor : { /* 中断向量表的数据一般是由CPU中断自动调用的, 在程序中有可能没被引用, 容易被GCC的优化程序当成垃圾回收, 因此使用 KEEP 保持原样不变 */ . = ALIGN(4); KEEP(*(.isr_vector)) . = ALIGN(4); } >FLASH /* 代码段紧随其后 */ .text : { . = ALIGN(4); *(.text) . = ALIGN(4); } >FLASH }上述定义了两个段, 分别是代码段和中断向量表段。在 STM32 中 FLASH的起始地址为0x08000000, 可以通过设置BOOT0引脚来设置程序从FLASH启动, 这时复位后 MCU 在执行完内固化 程序后将会从0x08000000 地址加载 sp 指针, 并从 0x08000004 加载 pc 指针并转跳。
因此上面定义中断向量表段, 包含了栈指针初值和入口地址, 这个栈指针初值其实就是RAM内存的末 尾, 因为 ARM 的入栈时sp指针自减, 放在末尾保证最开始初始化时有足够大的栈空间。 -
编译文件: Makefile
###################################### # 项目设置 ###################################### TARGET = demo OPT = -g -gdwarf-2 -Og BUILD_DIR = build ###################################### # 源代码区 ###################################### C_SOURCES = ASM_SOURCES = start.s ####################################### # GNU 工具链 ####################################### PREFIX = arm-none-eabi- CC = $(PREFIX)gcc AS = $(PREFIX)gcc -x assembler-with-cpp CP = $(PREFIX)objcopy SZ = $(PREFIX)size HEX = $(CP) -O ihex BIN = $(CP) -O binary -S ####################################### # 编译参数 ####################################### # MCU CPU = -mcpu=cortex-m7 FPU = -mfpu=fpv5-d16 FLOAT-ABI = -mfloat-abi=hard MCU = $(CPU) -mthumb $(FPU) $(FLOAT-ABI) # 宏定义 AS_DEFS = C_DEFS = # 头文件路径 AS_INCLUDES = C_INCLUDES = # 编译标志 ASFLAGS = $(MCU) $(AS_DEFS) $(AS_INCLUDES) $(OPT) -Wall -fdata-sections -ffunction-sections CFLAGS = $(MCU) $(C_DEFS) $(C_INCLUDES) $(OPT) -Wall -fdata-sections -ffunction-sections # 生成C语言的头文件依赖信息 CFLAGS += -MMD -MP -MF $(BUILD_DIR)/$*.d -include $(wildcard $(BUILD_DIR)/*.d) ####################################### # 链接信息 ####################################### LDSCRIPT = link.ld LIBS = -lc -lm -lnosys LIBDIR = LDFLAGS = $(MCU) -specs=nano.specs -T$(LDSCRIPT) $(LIBDIR) $(LIBS) -Wl,-Map=$(BUILD_DIR)/$(TARGET).map,--cref -Wl,--gc-sections ####################################### # 构建程序 ####################################### # 列出所有目标文件 OBJECTS = $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(C_SOURCES:.c=.o))) vpath %.c $(sort $(dir $(C_SOURCES))) OBJECTS += $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(ASM_SOURCES:.s=.o))) vpath %.s $(sort $(dir $(ASM_SOURCES))) # 默认动作: 编译所有 all: $(BUILD_DIR)/$(TARGET).elf $(BUILD_DIR)/$(TARGET).hex $(BUILD_DIR)/$(TARGET).bin $(BUILD_DIR)/%.o: %.c Makefile | $(BUILD_DIR) @echo "$< -> $@" @$(CC) -c $(CFLAGS) -Wa,-a,-ad,-alms=$(BUILD_DIR)/$(notdir $(<:.c=.lst)) $< -o $@ $(BUILD_DIR)/%.o: %.s Makefile | $(BUILD_DIR) @echo "$< -> $@" @$(AS) -c $(CFLAGS) $< -o $@ $(BUILD_DIR)/$(TARGET).elf: $(OBJECTS) Makefile @$(CC) $(OBJECTS) $(LDFLAGS) -o $@ $(SZ) $@ $(BUILD_DIR)/%.hex: $(BUILD_DIR)/%.elf | $(BUILD_DIR) $(HEX) $< $@ $(BUILD_DIR)/%.bin: $(BUILD_DIR)/%.elf | $(BUILD_DIR) $(BIN) $< $@ $(BUILD_DIR): @mkdir $@ clean: -rm -fR $(BUILD_DIR)Makefile 这么长是为了向后面程序兼容, 后面写多文件的话只需设置C_SOURCES 和 ASM_SOURCES 文件就可以了.
Makefile 详情参考 -
下载和调试文件 openocd.cfg
# 设置调试器和MCU, openocd 已经给我们写好了 source [find interface/stlink.cfg] source [find target/stm32h7x.cfg] # 复位设置, 对于 ST-link SWD 模式, 必须设置才能软复位 reset_config none separate # 下载程序 program build/demo.hex verifyopenocd 的使用详情参考
编译
$ ls
link.ld Makefile openocd.cfg start.s
$ make
start.s -> build/start.o
arm-none-eabi-size build/demo.elf
text data bss dec hex filename
28 0 0 28 1c build/demo.elf
arm-none-eabi-objcopy -O ihex build/demo.elf build/demo.hex
arm-none-eabi-objcopy -O binary -S build/demo.elf build/demo.bin
下载和开启调试服务
$ openocd
...
** Programming Started **
...
** Programming Finished **
** Verify Started **
** Verified OK **
...
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
使用GDB进行调试:
$ arm-none-eabi-gdb build/demo.elf
...
Reading symbols from build/demo.elf...
(gdb) target remote localhost:3333
reset () at start.s:10
10 mov r0, #0x66
(gdb) n
halted: PC: 0x0800000a
11 mov r1, #255
使用 VSCode
使用 VSCode 进行调试需要设置 launch.json
{
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"name": "(gdb) 启动",
"type": "cppdbg",
"request": "launch",
"program": "${workspaceFolder}/build/demo.elf",
"args": [],
"stopAtEntry": true,
"cwd": "${fileDirname}",
"environment": [],
"externalConsole": false,
"MIMode": "gdb",
"miDebuggerPath": "arm-none-eabi-gdb",
"setupCommands": [
{"text": "set remotetimeout 5"},
{"text": "target extended-remote localhost:3333"},
{"text": "monitor reset halt"},
]
}
]
}
确保使用 openocd 打开调试服务, 然后开始调试如图所示
发现 VSCode 没能在汇编上打断点, 不过可以在左边栏手动添加断点标签, 比如上面在reset标签打了断点, 所以程序就在入口出停了下来, 这时观察左边栏的寄存器信息, 发现 sp指针正是 0x20020000, pc 指针是 0x8000008, 因为中断向量表只放了2 个word数据, 也就是8字节, 在 link.ld 中 中断向量表后面立刻是程序了, 所以程序复位后pc值就是0x8000008。
同时我们可以在下面的输出栏的调试控制台对GDB发送命令来查看更多信息, 比如打印FLASH初始地址的内容-exec x /4x 0x8000000, 查看某个程序的汇编内容-exec disassemble reset
成功进入调试后, 单步运行查看寄存器和pc、sp指针的变化, 理解这个过程