ARM代码编译与链接调试的工作流程详解

[导读]基于ARM内核的芯片在我们的世界中无处不在，从简单的MCU到高端的应用处理器，各行各业中都有它们的身影。如今ARM生态系统非常繁荣，在这繁荣的背后编译器的作用功不可没。

梳理下ARM代码编译链接的工作流程，以及过程中需要的相关概念信息，不具体关注编译链接的具体命令。

基于ARM内核的芯片在我们的世界中无处不在，从简单的MCU到高端的应用处理器，各行各业中都有它们的身影。如今ARM生态系统非常繁荣，在这繁荣的背后编译器的作用功不可没。

ARM编译器按照内核类型可分为两大类，其一是适用于Cortex-M/R内核的编译器，其二是适用于Cortex-A内核的编译器。编译器(套件)通常也称作(编译)工具链，下文可能会混用，但是是一个意思，请知悉。

一、编译过程

编译过程就是把源代码编译生成目标代码的过程。而采用ARM编译命令，可以将源代码编译成带有ELF格式的目标文件。除了编译命令可以选择相应的编译选项之外，源代码中的pragmas以及特别的关键字也会对编译过程/结果产生一定影响。

1.makefile文件

Makefiile类似一个脚本文件，这个文件用来定义编译过程，其中包含了需要编译的文件、文件顺序，编译的宏定义等等，可以看做完整编译需要的信息及过程的集合。

2.ELF格式文件

ELF文件：(Executable and Linkable Format) ELF文件出了包含编译出的二进制代码，还包含其他链接需要信息，ELF格式提供了相应代码/数据对应编译出的地址信息、文件信息等内容。

二、链接过程

链接就是把编译生成的目标文件和链接库处理成为相应ELF格式的映像文件(image)，最终的文件可以写入嵌入式系统的ROM/FLASH中。映像文件中包含：分组信息和定位信息，亦即输出段/域及地址定位信息。链接器同时可以生成相应与域有关的符号来指示关于加载时地址、运行时地址、加载时长度限制、运行时长度限制等信息。同时链接器也具有优化的功能，删除不必要的代码、段域等。

1.映像文件的组成

一个映像文件包含一个或多个域;一个域包含一个或多个输出段;一个输出段包含一个或多个输入段;输入段中包含了目标文件的代码和数据。

输入段的内容：代码、已初始化的数据、未初始化的数据、初始化0的存储区域。

输出段和域中包含：RO、RW、ZI域。

2.映像文件的地址映射

加载时地址和运行时地址的区别：加载时地址是运行前的地址，简单理解在FLASH中固定存储即为加载时地址，而若代码载入RAM运行时，新的地址为运行时地址;而程序在FLASH中运行，加载时地址和运行时地址就一致了。当地址映射复杂时，可以通过scatter配置文件进行设置。

3.初始入口点和普通入口点

初始入口点：运行时的入口点，初始入口点必须位于映像文件运行时入口点，而它的加载时地址和运行时地址一致(称为固定域)。可以通过-entry指定映像文件的初始入口点。

普通入口点：用ENTRY伪操作定义在程序中，一般为中断服务程序的入口点。

4.scatter文件中包含的信息

加载时域描述、运行时域描述、输入段描述、输入段选择符;加载时域包括：名称、起始地址、属性、最大尺寸和一个运行时域;运行时域包括：名称、起始地址、属性、最大尺寸和一个输入段集合;输入段选择符描述了输入段名称或属性的匹配方式。

输入段属性：RO-CODE/CODE、RO_DATA/CONST、RO/TEXT包括前两项、RW_DATARW/DATA(RW_CODE+RW_DATA)、BSS、ZI;FIRSTLAST来指定运行时域的开头结尾，.ANY可以根据实际情况安排到合适的运行时域。