04-ARM裸機(jī)開發(fā)的命令行工具

一、交叉編譯工具的使用

?在進(jìn)行嵌入式開發(fā)時，通常有宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的角色之分，宿主機(jī)是執(zhí)行編譯、鏈接嵌入式軟件的計算機(jī)，而目標(biāo)機(jī)是運(yùn)行嵌入式軟件的硬件平臺。而這兩者之間有時硬件/軟件平臺可能不同，在宿主機(jī)上直接使用編譯器的程序在目標(biāo)機(jī)上無法運(yùn)行，因此就出現(xiàn)了交叉編譯工具。在針對ARM架構(gòu)上運(yùn)行的Linux目標(biāo)機(jī)來說，其專用的交叉編譯工具為arm-linux-gcc、arm-linux-ld等。

?一個 C/C++文件要經(jīng)過預(yù)處理(preprocessing)、編譯(compilation)、匯編(assembly)和連接(linking)等 4 步才能變成可執(zhí)行文件。其每一步的作用在下表中進(jìn)行了說明：

?編譯器利用上述四個步驟中的一個或多個來處理輸入文件，源文件的后綴表示源文件所用的語言，后綴控制編譯器的缺省動作。

?在交叉編譯工具里經(jīng)常用到的命令有：

1.arm-linux-gcc
常用選項：

 -E：讓編譯器在預(yù)處理后停止編譯過程
 -o file：指定輸出文件為 file
 -S：只進(jìn)行編譯而不進(jìn)行匯編，生成匯編代碼
 -c：將匯編代碼轉(zhuǎn)化為“.o”的二進(jìn)制目標(biāo)代碼(-c可以一次性完成前三部工作)

2.arm-linux-ld
用于將多個目標(biāo)文件、庫文件連接成可執(zhí)行文件，常用選項：

 object-file-name：默認(rèn)是是OBJ 文件或庫文件(根據(jù)文件內(nèi)容,連接器能夠區(qū)分 OBJ 文件和庫文件)。如果 GCC 執(zhí)行連接操作，這些 OBJ 文件將成為連接器的輸入文件。
 -llibrary：連接名為 library 的庫文件。
 -nostdlib：不連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)啟動文件和標(biāo)準(zhǔn)庫文件，只把指定的文件傳遞給連接器。這個選項常用于編譯內(nèi)核、 bootloader 等程序，它們不需要啟動文件、標(biāo)準(zhǔn)庫文件。
 -static：在支持動態(tài)連接(dynamic linking)的系統(tǒng)上，阻止連接共享庫。
 -shared：生成一個共享 OBJ 文件，它可以和其他 OBJ 文件連接產(chǎn)生可執(zhí)行文件。只有部分系統(tǒng)支持該選項。
 -T：只在連接 Bootloader、內(nèi)核等沒有底層軟件支持的軟件；連接運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序時， 無需指定-T。

3.arm-linux-objcopy
被用來拷貝一個目標(biāo)文件的內(nèi)容到另一個文件中， 可以使用不同于源文件的格式來輸出目的文件，即可以進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

 input-file、outfile：分別表示輸入目標(biāo)文件(源目標(biāo)文件)和輸出目標(biāo)文件(目的目標(biāo)文件)
 -I bfdname：用來指明源文件的格式， bfdname 是 BFD 庫中描述的標(biāo)準(zhǔn)格式名
 -O bfdname ：使用指定的格式來輸出文件， bfdname 是 BFD 庫中描述的標(biāo)準(zhǔn)格式名
 -F bfdname ：同時指明源文件、目的文件的格式
 -R sectionname：從輸出文件中刪掉所有名為 sectionname 的段。
 -S ：不從源文件中拷貝重定位信息和符號信息到目標(biāo)文件中去
 -g ：不從源文件中拷貝調(diào)試符號到目標(biāo)文件中去

在編譯 bootloader、 內(nèi)核時，常用 arm-linux-objcopy 命令將 ELF 格式的生成結(jié)果轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件，比如：
$ arm-linux-objcopy -O binary -S elf_file bin_file
4.arm-linux-objdump
用于顯示二進(jìn)制文件信息。

 -b bfdname ：指定目標(biāo)碼格式?？梢允褂谩?arm-linux-objdump –i”命令查看支持的目標(biāo)碼格式列表。
 -disassemble ：反匯編可執(zhí)行段(executable sections)。
 -disassemble-all ：與-d 類似，反匯編所有段。
 -EB ：指定字節(jié)序。
 --file-headers ：顯示文件的整體頭部摘要信息。
 --section-headers：顯示目標(biāo)文件各個段的頭部摘要信息。
 -info ：顯示支持的目標(biāo)文件格式和 CPU 架構(gòu)，它們在“ -b”、“ -m”選項中用到。
 --section=name ：僅僅顯示指定 section 的信息。
 --architecture=machine ：指定反匯編目標(biāo)文件時使用的架構(gòu)，當(dāng)待反匯編文件本身沒有描述架構(gòu)信息的時候(比如S-records)，這個選項很有用。

5.arm-linux-readelf

-a 應(yīng)用程序    可查看文件運(yùn)行架構(gòu)、大小端、共享庫等信息。針對編譯時加上"-static"選項的應(yīng)用程序。
-d 應(yīng)用程序    可查看應(yīng)用程序的動態(tài)鏈接庫

二、Makefile工程管理器

?當(dāng)一個項目有上百個文件的代碼構(gòu)成的項目，如果其中只有一個或少數(shù)幾個文件進(jìn)行了修改，使用Gcc 編譯工具，就不得不把這所有的文件重新編譯一遍，因為編譯器并不知道哪些文件是最近更新的，只有全部重新才能得到可執(zhí)行文件。
?但是編譯過程是分為編譯、匯編、鏈接不同階段的，其中編譯階段僅檢查語法錯誤以及函數(shù)與變量的聲明是否正確聲明了，在鏈接階段則主要完成是函數(shù)鏈接和全局變量的鏈接。因此，那些沒有改動的源代碼根本不需要重新編譯，而只要把它們重新鏈接進(jìn)去就可以了。而Make工程管理器能夠自動識別更新了的文件代碼，同時又不需要重復(fù)輸入冗長的命令行。
?Make 工程管理器也就是個“自動編譯管理器” ，它能夠根據(jù)文件時間戳自動發(fā)現(xiàn)更新過的文件而減少編譯的工作量，同時，它通過讀入 Makefile 文件的內(nèi)容來執(zhí)行大量的編譯工作。
1.Makefile的構(gòu)成
?Makefile 是 Make 讀入的惟一配置文件，在一個 Makefile 中通常包含如下內(nèi)容：
· 需要由 make 工具創(chuàng)建的目標(biāo)體（target） ，通常是目標(biāo)文件或可執(zhí)行文件；
· 要創(chuàng)建的目標(biāo)體所依賴的文件（dependency_file） ；
· 創(chuàng)建每個目標(biāo)體時需要運(yùn)行的命令（command） 。

target: dependency_files
    command
如：
hello.o: hello.c hello.h
    gcc –c hello.c –o hello.o

2.Makefile的變量
?變量是在 Makefile 中定義的名字，用來代替一個文本字符串，該文本字符串稱為該變量的值。在具體要求下，這些值可以代替目標(biāo)體、依賴文件、命令以及 makefile 文件中其他部分。在Makefile 中的變量定義有兩種方式：一種是遞歸展開方式，另一種是簡單方式。
?遞歸展開方式定義的變量是在引用在該變量時進(jìn)行替換的，即如果該變量包含了對其他變量的應(yīng)用，則在引用該變量時一次性將內(nèi)嵌的變量全部展開，缺點(diǎn)是不能在變量后追加內(nèi)容（因為語句：CFLAGS = $(CFLAGS) -O 在變量擴(kuò)展過程中可能導(dǎo)致無窮循環(huán)） 。簡單擴(kuò)展型變量的值在定義處展開，并且只展開一次，因此它不包含任何對其他變量的引用，從而消除變量的嵌套引用。
遞歸展開方式的定義格式為：VAR=var。
簡單擴(kuò)展方式的定義格式為：VAR：=var。
Make 中的變量使用均使用格式為：$(VAR)。
?預(yù)定義變量包含了常見編譯器、匯編器的名稱及其編譯選項：

Makefile 中常見自動變量

3.Makefile 規(guī)則
?Makefile 的規(guī)則是 Make 進(jìn)行處理的依據(jù)，它包括了目標(biāo)體、依賴文件及其之間的命令語句。一般的，Makefile 中的一條語句就是一個規(guī)則。但為了簡化 Makefile 的編寫，make 還定義了隱式規(guī)則和模式規(guī)則。
?隱含規(guī)則能夠告訴 make 怎樣使用傳統(tǒng)的技術(shù)完成任務(wù)，這樣，當(dāng)用戶使用它們時就不必詳細(xì)指定編譯的具體細(xì)節(jié)，而只需把目標(biāo)文件列出即可。下面的Makefile中kang.o與yul.o的生成過程即可以省略。

OBJS = kang.o yul.o
CC = Gcc
CFLAGS = -Wall -O -g
sunq : $(OBJS)
    $(CC) $^ -o $@

Makefile 中常見隱式規(guī)則目錄

?模式規(guī)則是用來定義相同處理規(guī)則的多個文件的。它不同于隱式規(guī)則，隱式規(guī)則僅僅能夠用 make 默認(rèn)的變量來進(jìn)行操作，而模式規(guī)則還能引入用戶自定義變量，為多個文件建立相同的規(guī)則，從而簡化 Makefile 的編寫。模式規(guī)則的格式類似于普通規(guī)則，這個規(guī)則中的相關(guān)文件前必須用“%”標(biāo)明。

OBJS = kang.o yul.o
CC = Gcc
CFLAGS = -Wall -O -g
sunq : $(OBJS)
    $(CC) $^ -o $@
%.o : %.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

4.Make 管理器的使用
?make 有豐富的命令行選項，可以完成各種不同的功能。

5.makefile中常用函數(shù)
?函數(shù)調(diào)用的格式為：$(function arguments)
?這里function 是函數(shù)名， arguments是該函數(shù)的參數(shù)。參數(shù)和函數(shù)名之間是用空格或 Tab 隔開，如果有多個參數(shù)，它們之間用逗號隔開。這些空格和逗號不是參數(shù)值的一部分。
字符串替換和分析函數(shù)：

文件名函數(shù)：

6.使用 autotools
?編寫 Makefile 不是一件輕松的事，尤其對于一個較大的項目而言更是如此。autotools 系列工具只需用戶輸入簡單的目標(biāo)文件、依賴文件、文件目錄等就可以輕松地生成 Makefile 。另外，這些工具還可以完成系統(tǒng)配置信息的收集，從而可以方便地處理各種移植性的問題。autotools 是系列工具主要包含：aclocal、autoscan、autoconf、autoheader、automake。
?使用 autotools 主要就是利用各個工具的腳本文件以生成最后的 Makefile。其總體流程是：
· 使用 aclocal 生成一個“aclocal.m4”文件，該文件主要處理本地的宏定義；
· 改寫“configure.scan”文件，并將其重命名為“configure.in” ，并使用 autoconf 文件生成 configure 文件。

三、鏈接器器腳本

?鏈接器主要有兩個作用，一是將若干輸入文件（.o文件）根據(jù)一定規(guī)則合并為一個輸出文件（例如ELF格式的可執(zhí)行文件）；二是將符號與地址綁定（當(dāng)然加載器也要完成這一部分工作）。
?如果沒有為程序提供一個鏈接器腳本，鏈接器將會使用默認(rèn)的編譯在鏈接器執(zhí)行文件內(nèi)部的腳本。可以使用命令’–verbose’顯示默認(rèn)的鏈接腳本。通過在命令行使用’-T’命令使用自己的腳本。如果使用此命令，你的鏈接腳本將會替代默認(rèn)鏈接腳本。
?一個可執(zhí)行的程序通常是由：代碼段，數(shù)據(jù)段，bss段構(gòu)成的。同樣，在用于鏈接這個程序的連接器腳本中，就會反映出這幾個段的信息。最簡單的可能的腳本只有一個命令：’SECTIONS’。

SECTIONS {
    . = 0x30000000;           //起始鏈接地址
    .text :                            //代碼段
    {
        head.o(.text)              //保證head.o首先被鏈接，也就是程序執(zhí)行的時候先執(zhí)行這部代碼  
        init.o(.text)
        nand.o(.text)
        *(.text) 
    }
    .rodata ALIGN(4) :      //只讀數(shù)據(jù)段，字節(jié)對齊
        {*(.rodata*)} 
    .data   ALIGN(4) :        //可讀寫且需要初始化數(shù)據(jù)，字節(jié)對齊
        { *(.data) }
    __bss_start = .;          //把當(dāng)前地址存入bss_start這個變量中，可讀寫的置零初始化數(shù)據(jù)bss段
        .bss ALIGN(4)  :
        { *(.bss)  *(COMMON) }
    __bss_end = .;           //把當(dāng)前地址存入bss_end這個變量中
}

參考文獻(xiàn):
嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)完全手冊_基于4412_上冊
Linux下的C編程基礎(chǔ)
LD說明文檔--3.LD鏈接腳本