放弃stm32专用集成开发平台进行项目开发，从零开始自己配置环境，也不失为一次了解底层硬件知识的好机会。本项目以简单的LED闪烁程序作为例子，本文章主要聚焦于如何在Ubuntu系统中，使用VSCode搭建基于libopencm3开源库的STM32开发环境，以及搭建项目的框架。
后面可能还会发几篇关于这个项目的文章，写好了就贴在这里。
工具选择
- 工具链：gcc-arm-none-eabi 、gdb-multiarch（调试用）
- 标准库：newlib、libstdc++
- 工具：git、make、cmake、ninja、matplotlib（可视化输出）
- 硬件抽象库：libopencm3
- 下载和调试工具：J-Link
- vsCode插件：CMke Tools、Cortex-Debug、以及基础的c++语法插件
开始之前，请确保除了硬件库之外的所有上述工具都已正确配置。
一、环境准备
1. 安装必要工具链和工具
# 安装ARM交叉编译工具链
sudo apt install gcc-arm-none-eabi gdb-multiarch
# 安装构建工具和依赖
sudo apt install git make cmake ninja-build python3-matplotlib
# 安装J-Link驱动 (需从官网下载)
# https://www.segger.com/downloads/jlink/
# 下载后执行: sudo dpkg -i JLink_Linux_*.deb
2. 安装VSCode插件
在VSCode扩展商店中安装：
- CMake Tools
- Cortex-Debug
二、基础项目架构
stm32-project/
├── cmake
│ └── arm-gcc-toolchain.cmake # 交叉编译配置
├── include
│ └── led.h # LED驱动接口
├── src
│ ├── main.cpp # 主程序，包含：
│ │ - 时钟系统配置
│ │ - Systick定时器初始化
│ │ - LED控制逻辑
│ ├── led.cpp # LED驱动实现
│ └── syscalls.c # 系统调用适配
├── scripts
│ ├── flash.sh # 一键烧录脚本
│ └── size_report.py # 固件内存分析
├── lib
│ └── libopencm3 # 硬件抽象层
├── build # 构建输出目录
├── CMakeLists.txt # 主构建配置
├── CMakePresets.json # CMake预设配置（可以不要）
└── stm32f103cbtx_flash.ld # 链接器脚本
三、项目搭建
第一步： 获取libopencm3硬件库
我们先理解“硬件抽象库”是做什么用的。硬件抽象库（如libopencm3）是一组针对特定微控制器（如STM32）的底层驱动代码，它封装了对芯片寄存器的直接操作。通过调用硬件库提供的接口，我们得以操作底层的硬件设备。
拿到硬件抽象库之后，我们还需要根据自己具体的芯片型号对硬件抽象库经行编译，得到专用的静态库。静态库（.a文件）本质上是预编译好的机器码集合。在业务代码中，我们主要通过调用静态库提供的接口来实现对硬件操作。
编译后会得到如下的库项目结构：
libopencm3/
├── include/ # 头文件目录
│ └── libopencm3/ # 核心头文件
│ ├── stm32/
│ │ └── f1/ # STM32F1专用头文件
│ └── gpio.h # GPIO操作API（GPIO：芯片的通用I/O管脚）
└── lib/
└── libopencm3_stm32f1.a # 编译好的静态库
接下来，让我们正式为项目接入硬件抽象库。
1. 克隆libopencm3仓库，部署到本地项目的lib目录下
cd ./lib
git clone https://github.com/libopencm3/libopencm3
2. 编译STM32F1硬件抽象库
在官方的README文件中，我们可以找到编译指南。我们需要根据芯片型号，选择对应的版本。注意109行。
我们在这里选择stm/f1型号进行库编译，在终端运行：
cd libopencm3
make TARGETS=stm32/f1
第二步：创建CMake相关文件
首先，我们先了解核心工具CMake。
在传统开发中，我们通常需要手动编写 Makefile 文件并使用 make 指令进行编译。这种方式存在几个显著问题：
- 平台依赖性： 不同操作系统（如 Linux, Windows, macOS）需要编写和维护完全不同的构建脚本。
- 维护复杂度： 开发者必须手动跟踪并维护所有源文件（
.c/.cpp）和头文件（.h/.hpp）之间的依赖关系，极易出错且繁琐。 - 扩展困难： 随着项目规模增大、文件增多、依赖关系复杂化，手动维护的
Makefile会变得异常臃肿且难以维护。
而CMake 通过其核心设计——构建系统生成器——完美解决了上述痛点。CMake 本身不直接编译代码，它的核心作用是：
- 读取配置： 你编写一个名为
CMakeLists.txt的配置文件，在其中声明：- 项目包含哪些源文件
- 需要链接哪些库
- 指定编译器（可选）
- 定义编译选项、目标（可执行文件或库）等
- 生成构建系统： 运行
cmake命令，它会根据CMakeLists.txt中的配置和当前平台环境（操作系统、编译器、工具链），自动生成适合该平台的底层构建脚本（如Makefile、Ninja文件、Visual Studio 解决方案等）。 - 执行编译： 使用生成的构建脚本（如运行
make或ninja或打开 VS 解决方案）进行实际的编译和链接操作。
CMake vs. 传统 Make 流程对比：
下面，让我们来具体编写项目文件，将libopencm3接入我们的项目。总的来说，我们需要创建如下两个文件：
CMakeLists.txt- CMake 的核心配置文件，定义项目构建规则（如源文件、目标可执行文件、依赖库等）。在嵌入式开发中会指定芯片架构、链接脚本等关键参数。
- 需要include
arm-gcc-toolchain.cmake，相当于我们把工具链配置拆除去单独放一样
arm-gcc-toolchain.cmake- 工具链配置文件，位于 cmake/ 目录。用于定义 ARM 交叉编译工具链的路径和参数（如编译器 arm-none-eabi-gcc、链接器等），使 CMake 能生成针对 ARM 芯片的 Makefile
- CMakeLists.txt (项目根目录)
# ====================== 项目全局配置 ======================
# 设置CMake最低版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
# 定义项目基本信息
# - stm32_led_blink: 项目名称
# - VERSION 1.0.0: 项目版本号
# - LANGUAGES C CXX ASM: 支持C/C++/汇编语言
# - DESCRIPTION: 项目描述
project(stm32_led_blink
VERSION 1.0.0
LANGUAGES C CXX ASM
DESCRIPTION "STM32F103CBT6 LED闪烁项目"
)
# ====================== 编译选项配置 ======================
# 全局配置选项
set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON) # 生成compile_commands.json供IDE索引
set(CMAKE_C_STANDARD 11) # 使用C11标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 20) # 使用C++20标准
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF) # 禁用编译器扩展
# 设置默认构建类型为Debug（可通过命令行覆盖）
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug CACHE STRING "构建类型 (Debug/Release)")
# 确保构建类型已设置
if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE)
set(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug")
endif()
# ====================== 工具链配置 ======================
# 包含ARM交叉编译工具链配置
include(cmake/arm-gcc-toolchain.cmake)
# 根据构建类型设置优化选项
if(CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Release")
add_compile_options(-O3) # 发布模式：最高优化级别
else()
add_compile_options(-O0 -g) # 调试模式：无优化，包含调试信息
endif()
# ====================== 可执行文件配置 ======================
# 创建可执行文件（ELF格式）
add_executable(${PROJECT_NAME}.elf
src/main.cpp # 主程序入口
src/led.cpp # LED驱动实现
src/syscalls.c # 标准库系统调用实现
)
# 设置头文件包含路径
target_include_directories(${PROJECT_NAME}.elf PRIVATE
include # 项目头文件目录
lib/libopencm3/include # libopencm3库头文件
)
# 添加全局宏定义（重要）
target_compile_definitions(${PROJECT_NAME}.elf PRIVATE
STM32F1 # 指定STM32F1系列
STM32F103xB # 指定具体芯片型号
)
# ====================== 链接配置 ======================
# 链接libopencm3静态库
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}.elf
${CMAKE_SOURCE_DIR}/lib/libopencm3/lib/libopencm3_stm32f1.a
)
# 设置链接脚本（指定内存布局）
set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS
"${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS} -T${CMAKE_SOURCE_DIR}/stm32f103cbtx_flash.ld"
)
# 添加编译选项（针对嵌入式系统优化）
target_compile_options(${PROJECT_NAME}.elf PRIVATE
# C++特有选项
$<$<COMPILE_LANGUAGE:CXX>:
-fno-exceptions # 禁用异常处理
-fno-unwind-tables # 禁用异常展开表
-fno-asynchronous-unwind-tables # 禁用异步异常表
-fno-use-cxa-atexit # 禁用C++全局析构函数
-fno-threadsafe-statics # 禁用线程安全静态变量
>
# 公共选项（C和C++共享）
-ffunction-sections # 函数分段（链接优化）
-fdata-sections # 数据分段（链接优化）
)
# 设置链接器选项
set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS
"${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS} -static -Wl,--gc-sections -Wl,--no-eh-frame-hdr -nostartfiles -lc -lm -lstdc++"
)
# ====================== 后构建步骤 ======================
# 定义构建完成后自动执行的命令
add_custom_command(TARGET ${PROJECT_NAME}.elf POST_BUILD
# 生成内存使用报告
COMMAND arm-none-eabi-size ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.elf
# 运行Python脚本生成详细内存报告
COMMAND python3 ${CMAKE_SOURCE_DIR}/scripts/size_report.py ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.elf
# 生成.bin格式固件
COMMAND arm-none-eabi-objcopy -O binary ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.elf ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.bin
# 生成.hex格式固件
COMMAND arm-none-eabi-objcopy -O ihex ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.elf ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.hex
COMMENT "后构建步骤：生成内存报告和固件文件"
)
- arm-gcc-toolchain.cmake (cmake目录下)
# ====================== ARM交叉编译工具链配置 ======================
# 本文件定义ARM嵌入式开发的交叉编译环境
# 适用于STM32F1系列Cortex-M3处理器
# 设置通用系统类型（嵌入式系统）
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Generic)
# 指定目标处理器架构
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)
# ====================== 编译测试配置 ======================
# 设置尝试编译的目标类型为静态库（跳过可执行文件链接测试）
# 嵌入式环境中链接需要特定启动文件和链接脚本，跳过可执行文件测试
set(CMAKE_TRY_COMPILE_TARGET_TYPE STATIC_LIBRARY)
# ====================== 工具链路径配置 ======================
# 定义可能的工具链安装路径（解决不同系统的路径问题）
set(TOOLCHAIN_PATH /usr/bin /opt/gcc-arm-none-eabi/bin)
# 查找ARM GCC编译器（确保工具链存在）
find_program(TOOLCHAIN_EXISTS arm-none-eabi-gcc
PATHS ${TOOLCHAIN_PATH}
REQUIRED) # 必须找到否则报错
# 获取工具链所在目录
get_filename_component(TOOLCHAIN_DIR ${TOOLCHAIN_EXISTS} DIRECTORY)
# ====================== 工具链命令前缀 ======================
# 设置工具链命令前缀（arm-none-eabi-）
set(TOOLCHAIN_PREFIX arm-none-eabi-)
# ====================== 编译器配置 ======================
# 设置C编译器
set(CMAKE_C_COMPILER ${TOOLCHAIN_DIR}/${TOOLCHAIN_PREFIX}gcc)
# 设置C++编译器
set(CMAKE_CXX_COMPILER ${TOOLCHAIN_DIR}/${TOOLCHAIN_PREFIX}g++)
# 设置汇编器（使用GCC处理汇编文件）
set(CMAKE_ASM_COMPILER ${TOOLCHAIN_DIR}/${TOOLCHAIN_PREFIX}gcc)
# 设置二进制工具
set(CMAKE_OBJCOPY ${TOOLCHAIN_DIR}/${TOOLCHAIN_PREFIX}objcopy) # 用于生成bin/hex文件
set(CMAKE_OBJDUMP ${TOOLCHAIN_DIR}/${TOOLCHAIN_PREFIX}objdump) # 用于反汇编
set(CMAKE_SIZE ${TOOLCHAIN_DIR}/${TOOLCHAIN_PREFIX}size) # 用于查看内存占用
# ====================== 编译器标志 ======================
# 公共编译器标志（C/C++/ASM共享）
# 注意：必须作为单个字符串传递，不能是列表
set(COMMON_FLAGS "-mcpu=cortex-m3 -mthumb -fdata-sections -ffunction-sections")
# C编译器标志（内部缓存）
set(CMAKE_C_FLAGS "${COMMON_FLAGS}" CACHE INTERNAL "C编译器标志")
# C++编译器标志（额外禁用异常和RTTI）
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${COMMON_FLAGS} -fno-exceptions -fno-rtti" CACHE INTERNAL "C++编译器标志")
# 汇编器标志（额外指定语言类型）
set(CMAKE_ASM_FLAGS "${COMMON_FLAGS} -x assembler-with-cpp" CACHE INTERNAL "汇编器标志")
# 注意：链接器选项在CMakeLists.txt中设置，避免此处冲突
# ====================== 搜索路径策略 ======================
# 设置各种查找策略（针对交叉编译环境）
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER) # 不在目标系统中查找程序
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY) # 只在目标系统中查找库
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY) # 只在目标系统中查找头文件
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PACKAGE ONLY) # 只在目标系统中查找包
四、连接器脚本文件（stm32f103cbtx_flash.ld）
比较重要，后面会单开一篇文章讲解。写好了会把连接贴到这里
五、VSCode开发环境配置
隐藏文件夹.vscode下就放置了我们vsCode的四个配置文件。有了它们，再加上插件，我们就可以在vsCode中进行可视化调试了。这里先介绍比较重要的部分。
1. .vscode/settings.json (CMake配置)
{
"cmake.configureOnOpen": true,
"cmake.buildDirectory": "${workspaceFolder}/build",
"cmake.generator": "Ninja",
"cmake.parallelJobs": 4,
"cortex-debug.armToolchainPath": "/opt/gcc-arm-none-eabi/bin"
}
2. .vscode/launch.json (调试配置)
{
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"name": "Cortex Debug",
"cwd": "${workspaceRoot}",
"executable": "${workspaceRoot}/build/stm32_led_blink.elf",
"request": "launch",
"type": "cortex-debug",
"servertype": "jlink",
"device": "STM32F103CB",
"interface": "swd",
"svdFile": "${env:HOME}/.vscode/extensions/marus25.cortex-debug-1.10.0/svd/STMicro/STM32F103.svd"
}
]
}
六、程序代码实现
也是后面单独开一片文章讲解，这里先占位。
七、编译烧录流程
- 编译项目：
# 创建构建目录
mkdir -p build && cd build
# 配置项目（使用预设工具链）
cmake --preset=debug ..
# 编译固件
cmake --build .
- 烧录固件 (使用J-Link)：
./scripts/flash.sh
烧录脚本内容：
#!/bin/bash
openocd -f /usr/share/openocd/scripts/interface/jlink.cfg \
-c "transport select swd" \
-f /usr/share/openocd/scripts/target/stm32f1x.cfg \
-c "program build/stm32_led_blink.elf verify" \
-c "reset run" \
-c "exit"
调试与验证
- 在VSCode中按F5启动调试会话
- 使用Cortex-Debug插件查看外设寄存器
- 添加断点观察LED状态变化
- 查看内存使用报告（build/stm32_led_blink_memory_report.png）
总结
通过以上步骤，我们成功在Ubuntu系统中使用VSCode搭建了基于libopencm3的STM32开发环境。这套环境具有以下优势：
- 开源免费：全部使用开源工具链和库
- 高效开发：CMake+Ninja构建系统提供快速编译
- 强大调试：VSCode+Cortex-Debug提供可视化调试体验
- 跨平台：可在Linux、Windows和macOS上使用
此环境框架也可轻松扩展到其他STM32系列芯片，只需修改相应的MCU型号和链接脚本即可。
提示：实际开发中请根据具体硬件修改LED引脚定义和时钟配置。完整项目示例可在GitHub仓库获取。
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