Keil中的gcc

一、IDE背后的命令

1.1 IDE是什么

IDE指集成开发环境(Integrated Development Environment)。
我们开发STM32F103等单片机程序时使用是keil就是一种IDE。

使用IDE，很容易操作，点点鼠标就可完成：

• 添加文件
• 指定文件路径(头文件路径、库文件路径)
• 指定链接库
• 编译、链接
• 下载、调试

1.2 IDE的背后是命令

使用CMD来查看编译结果（这里使用第一个点灯程序为例）：
如图勾上该选项：

用Note++查看生成的BAT文件：

用Note++分别查看main__i、start_ia、led_c_lnp，加上上图的编译语句：

打开CMD，进入到led.c的文件目录

进入到该文件目录下后复制上面红框内整合到一起的命令，可以看到其中的输出结果与Keil编译结果一样：

• 注意

  • 使用GitBash执行命令的话
    由于GitBash采用类似Linux的文件路径表示方法(比如 /d/abc，而非 d:\abc)，命令行中windows格式的路径名要加上双引号，比如".\objects\main.o"
  • 使用dos命令行执行命令的话
    不需要加双引号

• 在某个Keil工程所在目录下，打开Git Bash：
  E:\ARM\doc_and_source_for_mcu_mpu\STM32MF103\daima\led_c

• 编译main.c
  执行命令：

  "E:\keil5\ARM\ARMCC\Bin\ArmCC" --c99 --gnu -c --cpu Cortex-M3 -D__EVAL -g -O0 --apcs=interwork --split_sections -I.\RTE\_led_c -I"C:\Users\thisway_diy\AppData\Local\Arm\Packs\Keil\STM32F1xx_DFP\2.3.0\Device\Include" -I"C:\Keil_v5\ARM\CMSIS\Include" -D__UVISION_VERSION="527" -DSTM32F10X_HD -o ".\objects\main.o" --omf_browse ".\objects\main.crf" --depend ".\objects\main.d" "main.c"
  

• 编译start.S
  执行命令：

  "E:\keil5\ARM\ARMCC\Bin\ArmAsm" --cpu Cortex-M3 --pd "__EVAL SETA 1" -g --apcs=interwork -I.\RTE\_led_c -I"C:\Users\thisway_diy\AppData\Local\Arm\Packs\Keil\STM32F1xx_DFP\2.3.0\Device\Include" -I"C:\Keil_v5\ARM\CMSIS\Include" --pd "__UVISION_VERSION SETA 527" --pd "STM32F10X_HD SETA 1" --list ".\listings\start.lst" --xref -o ".\objects\start.o" --depend ".\objects\start.d" "start.s"
  

• 链接
  执行命令：

  "E:\keil5\ARM\ARMCC\Bin\ArmLink" --cpu Cortex-M3 ".\objects\main.o" ".\objects\start.o" --ro-base 0x08000000 --entry 0x08000000 --rw-base 0x20000000 --entry Reset_Handler --first __Vectors --strict --summary_stderr --info summarysizes --map --load_addr_map_info --xref --callgraph --symbols --info sizes --info totals --info unused --info veneers --list ".\Listings\led_c.map" -o ".\Objects\led_c.axf"
  

1.3 有两套主要的编译器

• armcc

  • ARM公司的编译器
  • keil使用的就是armcc

• gcc

  • GNU工具链
  • Linux等开源软件经常使用gcc

后面以GNU工具链为例讲解，所涉及的知识可以平移到armcc上。

二、准备工作

2.1 arm-linux-gcc和gcc是类似的

• arm-linux-gcc
  • 给ARM芯片编译程序
• gcc
  • 在x86编译程序
• 用法基本一样
• 为方便演示，我们使用gcc
• 为了方便在windows下演示，我们使用Code::Blocks
  • 它的安装程序自带gcc

2.2 Code::Blocks

它是一款基于GCC的windows IDE，可以用来开发C/C++/Fortran。
官网地址：http://www.codeblocks.org/

可以使用百问网韦东山老师提供的Git仓库下载：git clone https://e.coding.net/weidongshan/noos/cortexA7_windows_tools.git
下载GIT后，在apps目录下。

2.2.1 设置windows环境变量

在Path环境变量中添加：C:\Program Files\CodeBlocks\MinGW\bin

2.2.2 命令行示例

事先写好一个hello.c放在E盘，启动Git Bash，编译程序hello.c:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	printf("hello, world!\n");
	return 0;
}

编译、运行命令如下：

gcc -o hello  hello.c
./hello.exe

三、gcc编译过程详解

3.1 程序编译4步骤

我们经常使用“编译”泛指上面的4个步骤之一，甚至有时候会囊括这四个步骤。

3.2 gcc的使用方法

gcc  [选项]   文件名

3.2.1 gcc使用示例

gcc hello.c                   // 输出一个名为a.out的可执行程序，然后可以执行./a.out
gcc -o hello hello.c          // 输出名为hello的可执行程序，然后可以执行./hello
gcc -o hello hello.c -static  // 静态链接

gcc -c -o hello.o hello.c  // 先编译(不链接)
gcc -o hello hello.o       // 再链接

3.2.2 gcc常用选项

1.手工控制编译过程

一个c/c++文件要经过预处理、编译、汇编和链接才能变成可执行文件。
（1）预处理
C/C++源文件中，以“#”开头的命令被称为预处理命令，如包含命令“#include”、宏定义命令“#define”、条件编译命令“#if”、“#ifdef”等。预处理就是将要包含(include)的文件插入原文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择要使用的代码，最后将这些东西输出到一个“.i”文件中等待进一步处理。
（2）编译
编译就是把C/C++代码(比如上述的“.i”文件)“翻译”成汇编代码。
（3）汇编
汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux系统上一般表现为ELF目标文件(OBJ文件)。“反汇编”是指将机器代码转换为汇编代码，这在调试程序时常常用到。
（4）链接
链接就是将上步生成的OBJ文件和系统库的OBJ文件、库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件。

hello.c(预处理)->hello.i(编译)->hello.s(汇编)->hello.o(链接)->hello
详细的每一步命令如下：

gcc -E -o hello.i hello.c
gcc -S -o hello.s hello.i
gcc -c -o hello.o hello.s
gcc -o hello hello.o

上面一连串命令比较麻烦，gcc会对.c文件默认进行预处理操作，使用-c再来指明了编译、汇编，从而得到.o文件,
再将.o文件进行链接，得到可执行应用程序。简化如下：

gcc -c -o hello.o hello.c
gcc -o hello hello.o

我们事先写了一个hello.c，通过调用gcc指令查看编译细节：

#include <stdio.h>

#define   MAX  20 
#define   MIN  10 

#define  _DEBUG
#define   SetBit(x)  (1<<x) 

int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("Hello World \n");
    printf("MAX = %d,MIN = %d,MAX + MIN = %d\n",MAX,MIN,MAX + MIN); 

#ifdef _DEBUG
    printf("SetBit(5) = %d,SetBit(6) = %d\n",SetBit(5),SetBit(6));
    printf("SetBit( SetBit(2) ) = %d\n",SetBit( SetBit(2) ));		
#endif    
	return 0;
}

直接编译运行如下：

但此时我们输入以下命令会发现有所不同：

gcc -o hello hello.c -v

会发现出现了很多信息，但其中主要的是以下几条：

执行预处理命令：

gcc -E -o hello.i hello.c//预处理

可见对应的宏会被包含进来，同时define中的代码也会直接使用：

观察去掉define后的输出结果：

若在mian.c中输入其他错误代码，观察是否有报错现象：

执行编译命令：

gcc -S -o hello.s hello.i//编译

可见编译时会报错：

去除掉报错字符，观察结果：
可见删除之后编译通过，不会有报错。

执行汇编命令：

gcc -c -o hello.o hello.s

执行链接指令：

gcc -o hello hello.o

2.使用后缀名决定编译过程

参考《嵌入式Linux应用开发完全手册》：

• 总结
  • 输入文件的后缀名和选项共同决定gcc到底执行那些操作
  • 在编译过程中，最后的步骤都是链接
    • 除非使用了-E、-S、-c选项
    • 或者编译出错阻止了完整的编译过程

3.2.3 指定头文件目录

头文件在哪里？

• 系统目录

  • 系统目录在哪？工具链里的某个include目录

  • 怎么确定？

    echo 'main(){}'| gcc -E -v -  // 它会列出头文件目录、库目录(LIBRARY_PATH)
    

  • 可以不使用系统include目录吗？可以，编译时指定参数-nostdinc

• 可以自己指定头文件目录

-I <头文件目录>

3.2.4 指定库文件

库文件在哪里？

• 系统目录

  • 系统目录在哪？工具链里的某个lib目录

  • 怎么确定？

    echo 'main(){}'| gcc -E -v -  // 它会列出头文件目录、库目录(LIBRARY_PATH)
    

  • 可以不使用系统lib目录吗？可以，编译时指定参数-nostdlib

• 可以自己指定库文件目录

-L <库文件目录>

• 指定库文件

-l  <abc>   // 链接 libabc.so 或 lib.a