GNU的编译器和调试工具

GNU的编译器和调试工具

一. 编译工具

1．编辑工具介绍

GNU 提供的编译工具包括汇编器as、C编译器gcc、C++编译器g++、连接器ld和二进制转换工具objcopy。基于ARM平台的工具分别为arm- linux-as、arm-linux-gcc、arm-linux-g++、arm-linux-ld和arm-linux- objcopy。GNU的编译器功能非常强大，共有上百个操作选项，这也是这类工具让初学者头痛的原因。不过，实际开发中只需要用到有限的几个，大部分可以采用缺省选项。GNU工具的开发流程如下：编写C、C++语言或汇编源程序，用gcc或g++生成目标文件，编写连接脚本文件，用连接器生成最终目标文件（elf格式），用二进制转换工具生成可下载的二进制代码。

（1）编写C、C++语言或汇编源程序

通常汇编源程序用于系统最基本的初始化，如初始化堆栈指针、设置页表、操作ARM的协处理器等。初始化完成后就可以跳转到C代码执行。需要注意的是，GNU的汇编器遵循AT&T的汇编语法，读者可以从GNU的站点（ style="font-family:'Courier 10 Pitch';">）上下载有关规范。汇编程序的缺省入口是 start标号，用户也可以在连接脚本文件中用ENTRY标志指明其它入口点（见下文关于连接脚本的说明）。

（2）用gcc或g++生成目标文件

如果应用程序包括多个文件，就需要进行分别编译，最后用连接器连接起来。如笔者的引导程序包括3个文件：init.s（汇编代码、初始化硬件）xmrecever.c（通信模块，采用Xmode协议）和flash.c（Flash擦写模块）。

分别用如下命令生成目标文件： arm-linux-gcc-c-O2-oinit.oinit.s arm-linux-gcc-c-O2-oxmrecever.oxmrecever.c arm-linux-gcc-c-O2-oflash.oflash.c 其中-c命令表示只生成目标代码，不进行连接；-o命令指明目标文件的名称；-O2表示采用二级优化，采用优化后可使生成的代码更短，运行速度更快。如果项目包含很多文件，则需要编写makefile文件。关于makefile的内容，请感兴趣的读者参考相关资料。

（3）*编写连接脚本文件

gcc 等编译器内置有缺省的连接脚本。如果采用缺省脚本，则生成的目标代码需要操作系统才能加载运行。为了能在嵌入式系统上直接运行，需要编写自己的连接脚本文件。编写连接脚本，首先要对目标文件的格式有一定了解。GNU编译器生成的目标文件缺省为elf格式。elf文件由若干段（section）组成，如不特殊指明，由C源程序生成的目标代码中包含如下段：.text（正文段）包含程序的指令代码；.data(数据段)包含固定的数据，如常量、字符串；.bss（未初始化数据段）包含未初始化的变量、数组等。C++源程序生成的目标代码中还包括.fini（析构函数代码）和. init（构造函数代码）等。连接器的任务就是将多个目标文件的.text、.data和.bss等段连接在一起，而连接脚本文件是告诉连接器从什么地址开始放置这些段。例如连接文件link.lds为：

ENTRY(begin) ；指明程序的入口点为begin标号

SECTION ；段

{

.=0x30000000; ；指明目标代码的起始地址为0x30000000，这一段地址为片内RAM

.text:{*(.text)} ；表示从0x30000000开始放置所有的目标文件的代码段

.data:{*(.data)} ；数据段从代码段的末尾开始

.bss:{*(.bss)} ；bss段从数据段的末尾开始

}

其中，ENTRY(begin)指明程序的入口点为begin标号；.=0x00300000指明目标代码的起始地址为0x30000000，这一段地址为 MX1的片内RAM；.text:{*(.text)}表示从0x30000000开始放置所有目标文件的代码段，随后的.data:{* (.data)}表示数据段从代码段的末尾开始，再后是.bss段。

（4）用连接器生成最终目标文件

有了连接脚本文件，如下命令可生成最终的目标文件：

arm-linux-ld –no stadlib –o bootstrap.elf -Tlink.lds init.o xmrecever.o flash.o

其中，ostadlib表示不连接系统的运行库，而是直接从begin入口；-o指明目标文件的名称；-T指明采用的连接脚本文件（也可以使用-Ttext address，address表示执行区地址）；最后是需要连接的目标文件列表。

（5）生成二进制代码

连接生成的elf文件还不能直接下载执行，通过objcopy工具可生成最终的二进制文件：

arm-linux-objcopy –O binary bootstrap.elf bootstrap.bin

其中-O binary指定生成为二进制格式文件。Objcopy还可以生成S格式的文件，只需将参数换成-O srec。还可以使用-S选项，移除所有的符号信息及重定位信息。如果想将生成的目标代码反汇编，还可以用objdump工具：

arm-linux-objdump -D bootstrap.elf

至此，所生成的目标文件就可以直接写入Flash中运行了。

2．Makefile实例

example: head.s main.c

arm-linux-gcc -c -o head.o head.s

arm-linux-gcc -c -o main.o main.c

arm-linux-ld -Tlink.lds head.o ain.o -o example.elf

arm-linux-objcopy -O binary -S example_tmp.o example

arm-linux-objdump -D -b binary -m arm example >ttt.s

二. 调试工具

Linux 下的GNU调试工具主要是gdb、gdbserver和kgdb。其中gdb和gdbserver可完成对目标板上Linux下应用程序的远程调试。 gdbserver是一个很小的应用程序，运行于目标板上，可监控被调试进程的运行，并通过串口与上位机上的gdb通信。开发者可以通过上位机的gdb输入命令，控制目标板上进程的运行，查看内存和寄存器的内容。gdb5.1.1以后的版本加入了对ARM处理器的支持，在初始化时加入－ target==arm参数可直接生成基于ARM平台的gdbserver。gdb工具可以从ftp: //ftp.gnu.org/pub/gnu/gdb/上下载。

对于Linux内核的调试，可以采用kgdb工具，同样需要通过串口与上位机上的gdb通信，对目标板的Linux内核进行调试。可以从 style="font-family:"font-size:14px;">上了解具体的使用方法。

参考资料：

1. Richard Blum，Professional Assembly Language

2. GNU ARM 汇编快速入门，http://blog.chinaunix.net/u/31996/showart.php?id=326146

3. ARM GNU 汇编伪指令简介，http://www.cppblog.com/jb8164/archive/2008/01/22/41661.aspx

4. GNU汇编使用经验，http://blog.chinaunix.net/u1/37614/showart_390095.html

5. GNU的编译器和开发工具，http://blog.ccidnet.com/blog-htm-do-showone-uid-34335-itemid-81387-type-blog.html

6. 用GNU工具开发基于ARM的嵌入式系统，http://blog.163.com/liren0@126/blog/static/32897598200821211144696/

7. objcopy命令介绍，http://blog.csdn.net/junhua198310/archive/2007/06/27/1669545.aspx