Nordic 52832 GCC编译环境搭建教程合集2022年版

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简介：本合集介绍了为Nordic 52832微控制器搭建基于GCC编译器的开发环境的具体步骤。Nordic 52832作为一款低功耗蓝牙SoC，在物联网和无线传感器网络领域应用广泛。文章内容包括配置GCC编译器、设置环境变量、获取Nordic SDK、以及编写和编译源代码的过程。这些资源对于希望学习和使用Nordic 52832进行开发的初学者来说，是一个宝贵的入门指南。

1. Nordic 52832介绍

1.1 Nordic 52832概述

Nordic 52832是一颗高性能的多协议蓝牙芯片，广泛应用于物联网设备。它基于ARM Cortex-M4处理器，支持蓝牙低功耗(BLE)和传统的蓝牙技术。Nordic 52832集成了丰富的外设接口，包括UART、SPI、I2C等，并具有强大的无线通信能力，特别适合用于智能穿戴、健康监测以及智能家电等领域。

1.2 Nordic 52832技术特性

该芯片具有较低的功耗性能，特别适合电池供电的便携设备。Nordic 52832拥有128位高级加密标准(AES)硬件加速器，保证了数据传输的安全性。此外，Nordic 52832支持多种开发平台，例如Nordic自家的nRF5 SDK，可以简化开发流程，加速产品上市时间。

1.3 应用场景示例

在智能家居场景中，Nordic 52832可用于创建智能灯泡、智能锁等设备的控制单元。在健康监测领域，它可以嵌入到智能手环、智能手表中，实时监测用户的生理数据，如心率、步数等。由于其功耗低、连接稳定，它还适用于环境监测、工业控制等多种场景。

2. GCC编译器使用基础

2.1 GCC编译器概述

2.1.1 GCC编译器的由来和作用

GCC（GNU Compiler Collection）是一个编译器集合，最初由理查德·斯托曼于1987年在GNU项目下开发，旨在实现对多种编程语言的支持，包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada及更多语言。GCC的一个核心特性是能够跨平台编译，即在一个平台上编写代码，使用GCC编译后能在不同架构的平台上运行。这种能力使得GCC成为开源社区及嵌入式系统开发者广泛采用的工具。

2.1.2 GCC编译器的特点和优势

GCC编译器有几个显著的特点，首先是其跨平台的能力，几乎可以在所有的操作系统和硬件平台上使用。其次是其开源性，用户可以自由地使用、修改和再分发GCC。再次是其优化能力，GCC提供了丰富的编译优化选项，能够根据不同的需求生成高效代码。最后是社区支持，GCC拥有庞大的用户和开发者社区，这使得其不断地获得新的特性和改进。

2.2 GCC基本命令使用

2.2.1 GCC命令格式和参数解析

GCC的基本命令格式为 gcc [options] [source_files] 。其中， [options] 可以是一个或多个编译选项，比如 -o 用于指定输出文件名， -c 表示只进行预处理、编译而不进行链接。 [source_files] 则是要编译的源文件，可以是 .c 、 .cpp 等格式。

让我们看一个典型的GCC编译命令示例：

gcc -o output_file source_file.c

这个命令告诉GCC将 source_file.c 源文件编译成名为 output_file 的可执行文件。如果源文件中包含多个C文件，可以将它们全部列出，如 gcc -o output_file main.c utils.c 。

2.2.2 GCC编译过程和中间文件

GCC编译过程大致可以分为四个阶段：预处理、编译、汇编和链接。预处理器处理源代码文件中的指令，如宏定义展开、文件包含等。编译器将预处理后的文件转换成汇编代码。汇编器将汇编代码转换成机器代码，生成目标文件（如 .o 文件）。最后，链接器将一个或多个目标文件链接成一个单独的可执行文件。

GCC会为每个阶段生成中间文件，如预处理后的文件（带有 .i 扩展名）、汇编代码（带有 .s 扩展名）和目标文件（带有 .o 扩展名）。这些中间文件在调试时非常有用，因为它们可以帮助开发者定位编译过程中的具体问题。

2.3 GCC编译器高级用法

2.3.1 优化编译选项和代码优化级别

GCC的优化选项主要用于提高最终生成代码的执行效率。 -O 选项后可以跟不同的数字（如 -O1 、 -O2 、 -O3 ）来设置不同的优化级别。每个级别都会应用不同的优化技术，以在编译时间和程序性能之间找到一个平衡点。

• -O1 ：启用基本的优化，提高执行速度的同时减少代码大小。
• -O2 ：启用更高级的优化，会消耗更多编译时间和资源，但目标代码效率更高。
• -O3 ：进一步提高 -O2 的优化级别，包括循环展开等更激进的优化手段。

2.3.2 跨平台编译和目标平台指定

跨平台编译是指在一台机器上编译出能在另一台不同架构的机器上运行的代码。GCC支持通过 -march 和 -mcpu 选项来指定目标机器的架构和CPU类型。例如：

gcc -march=armv7-a -mtune=cortex-a9 -o output_file source_file.c

这将告诉GCC生成适用于 armv7-a 架构的代码，并且针对 cortex-a9 进行优化。

graph LR
A[源文件 source_file.c] --> B[预处理 Preprocessing]
B --> C[编译 Compilation]
C --> D[汇编 Assembly]
D --> E[链接 Linking]
E --> F[可执行文件 output_file]

在上述流程图中，GCC的编译过程被细分为几个阶段，每一步都在生成下一个阶段所需的中间文件，最终形成最终的可执行文件。

通过GCC的高级用法，开发者可以针对不同的应用场景和需求，生成更加优化和合适的可执行代码。在不同的项目和编译环境之间灵活切换，只需调整编译选项即可完成。

| 选项  | 描述                               |
|-------|------------------------------------|
| -o    | 指定输出文件的名称                 |
| -c    | 仅编译和汇编，不链接               |
| -O1   | 基本优化级别                       |
| -O2   | 高级优化级别，优化代码的性能       |
| -O3   | 高级优化级别，包括循环展开等技术   |
| -march| 指定目标机器的架构                 |
| -mcpu | 指定目标机器的CPU类型              |

在接下来的章节中，我们将深入探讨交叉编译工具链的安装和配置，这与GCC编译器的高级用法密切相关，并将为嵌入式开发奠定基础。

3. 交叉编译工具链安装

3.1 交叉编译工具链概览

3.1.1 交叉编译工具链的定义和必要性

交叉编译工具链是一组软件开发工具的集合，用于在一个平台上编译出能够在另一个平台（通常是嵌入式设备）上运行的二进制代码。在嵌入式开发中，由于嵌入式设备的硬件资源有限，通常不具备编译复杂程序所需的计算能力。因此，开发者一般在一个资源更加丰富的宿主机上使用交叉编译工具链进行开发。

交叉编译对于提升开发效率和确保软件与硬件平台的兼容性至关重要。它允许开发者在具备完整开发环境的PC或服务器上编写和编译代码，然后将编译好的程序通过下载器等工具传输到目标设备上。这种方式不仅可以充分利用宿主机的计算能力，而且可以避免对目标硬件进行频繁的操作，降低了开发和测试的成本。

3.1.2 选择合适的交叉编译工具链

选择合适的交叉编译工具链依赖于多个因素，包括目标硬件的架构、所需支持的编程语言、以及开发项目对性能和资源的特定要求。通常，工具链的选择应该基于目标硬件平台的具体要求。

• 架构支持 ：目标平台的处理器架构，如ARM、MIPS、x86等。
• 编程语言支持 ：例如是否需要C/C++的完全支持，是否需要对Python、Java等解释型语言的支持。
• 开发环境兼容性 ：选择与开发者习惯的开发环境（如Eclipse、Visual Studio Code等）兼容的交叉编译工具链。
• 文档和社区支持 ：良好的文档和活跃的社区可以帮助解决开发过程中遇到的问题。
• 许可协议 ：了解工具链的许可协议，确保其符合开发项目的商业使用要求。

3.2 安装步骤详解

3.2.1 下载交叉编译工具链

下载交叉编译工具链通常涉及以下几个步骤：

1. 选择工具链提供商 ：一些流行的操作系统，如Linux，提供了官方或社区维护的交叉编译工具链。例如，对于ARM平台，可以使用如Linaro提供的工具链。
2. 下载工具链安装包 ：根据目标硬件架构下载对应的工具链版本。在Linux环境下，工具链通常以.tar.xz或.tar.bz2格式提供。
3. 验证下载的文件 ：使用MD5或SHA256等哈希算法验证下载的文件是否完整无误。

以下载Linaro提供的ARM交叉编译工具链为例，可以使用以下命令：

wget ***

3.2.2 安装交叉编译工具链

安装交叉编译工具链的步骤通常包括：

1. 解压缩下载的文件 ：使用适当的命令来解压工具链压缩包到指定的目录。

bash tar -xvJf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz

1. 配置环境变量 ：将工具链的路径添加到PATH环境变量中，以便在任何位置调用工具链。

bash export PATH=$PATH:/path/to/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin

可以将此命令加入到 ~/.bashrc 或 ~/.profile 文件中以持久化设置。

1. 验证安装 ：使用工具链中的编译器版本命令来验证安装是否成功。

bash aarch64-linux-gnu-gcc --version

此步骤将显示编译器的版本信息，确认工具链已正确安装。

3.3 验证安装结果

3.3.1 环境变量配置检查

环境变量的正确配置是交叉编译工具链能否正常工作的关键。在Linux系统中，可以通过 echo $PATH 命令来检查环境变量是否已经正确设置。输出中应当包含交叉编译工具链的路径。

echo $PATH

3.3.2 测试编译简单程序验证安装

为了确保交叉编译工具链安装正确，并且能够正常工作，可以编写一个简单的测试程序并进行编译。以下是一个简单的C语言程序示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

将上述代码保存为 hello.c ，然后使用交叉编译器编译它：

aarch64-linux-gnu-gcc -o hello hello.c

如果编译成功，将会生成一个名为 hello 的可执行文件。通过运行这个文件，如果输出为“Hello, World!”，则表示交叉编译工具链已经成功安装并能够正常工作。

4. 环境变量配置

4.1 环境变量的作用和重要性

环境变量对编译的影响

环境变量在软件开发中扮演着重要角色，特别是在编译过程中。它们为编译器和链接器提供了有关编译环境的重要信息，如编译器的路径、库文件的位置以及需要包含的头文件目录等。正确配置环境变量可以确保编译过程顺利进行，且不会因为路径或依赖问题而失败。

环境变量也可以影响编译器的行为，通过设置特定的环境变量，开发者可以指定编译器优化的级别，是否启用调试信息，甚至定义特定的预处理器宏。这些设置对于不同项目的需求有着直接的影响。

环境变量配置指南

环境变量的配置通常分为以下几个步骤：

1. 确定需要配置的环境变量 ：这通常包括 PATH 、 CC （C编译器）、 CXX （C++编译器）、 CFLAGS （C编译选项）、 CXXFLAGS （C++编译选项）等。
2. 设置环境变量的值 ：这涉及到具体的路径和选项，例如添加交叉编译器的路径到 PATH 变量中。
3. 将环境变量的设置永久化 ：可以通过修改用户目录下的 .bashrc 或 .bash_profile 文件来实现。
4. 验证环境变量设置 ：使用 echo $VARIABLE_NAME 来检查环境变量是否正确设置，并尝试编译一个简单的程序来验证配置是否生效。

4.2 GCC编译环境变量配置

PATH环境变量的配置

PATH 环境变量是一个至关重要的环境变量，它告诉系统在哪些目录中查找可执行文件。当你运行如 gcc 或 make 这样的命令时，系统会在 PATH 变量指定的目录中查找这些程序。为了使用交叉编译器，你需要将交叉编译器的安装目录添加到 PATH 中。

配置 PATH 环境变量的方法如下：

export PATH=$PATH:/path/to/cross/compile/toolchain/bin

在这里， /path/to/cross/compile/toolchain/bin 是交叉编译工具链中包含可执行文件的目录。

其他相关环境变量的配置

除了 PATH 之外，还有一些其他的环境变量需要设置，以确保交叉编译器能够正确地找到所有必要的工具和资源。

• CFLAGS 和 CXXFLAGS ：这些变量用于设置编译选项，比如优化级别 -O2 ，或者定义特定的宏 -DDEBUG 等。
• LD_LIBRARY_PATH ：这个环境变量用于指定运行时库文件的搜索路径，这对于动态链接的程序是必须的。

配置这些变量的示例：

export CFLAGS="-O2 -Wall -Wextra"
export CXXFLAGS="-O2 -Wall -Wextra"
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/path/to/library

4.3 跨平台编译环境变量设置

设置目标平台相关环境变量

在进行跨平台编译时，环境变量需要指定目标平台的特定参数，例如架构类型、操作系统类型等。这些信息对于交叉编译器来说至关重要，因为它们指导编译器生成适合目标平台的二进制文件。

环境变量配置的示例：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-none-eabi-

这里 ARCH 指定了目标架构为ARM，而 CROSS_COMPILE 变量前缀用于指示编译器使用交叉编译工具链。

环境变量配置的验证和测试

在完成环境变量的设置后，需要验证这些设置是否正确。验证环境变量的正确性可以通过以下方式进行：

1. 使用 echo 命令检查变量值 ：

   bash echo $PATH echo $CFLAGS

   确保输出包含了正确的路径和选项。

2. 使用 which 命令检查可执行文件路径 ：

   bash which gcc which make

   这将显示系统中相应的可执行文件位置。

3. 编译一个简单的程序进行测试 ：

   创建一个简单的程序（如Hello World），然后尝试编译它。成功编译并运行该程序意味着环境变量配置正确。

   bash gcc -o hello hello.c ./hello

   如果程序能够成功编译并运行，说明 gcc 编译器能够正确找到，且环境变量配置是正确的。

以上步骤确保了环境变量被正确配置，以便于接下来进行的开发工作。配置好编译环境是编译和调试的第一步，对后续步骤有着非常重要的影响。

5. Nordic SDK获取与配置

5.1 Nordic SDK概述

5.1.1 Nordic SDK的组成和功能

Nordic SDK（软件开发工具包）是Nordic Semiconductor公司为其Nordic nRF系列蓝牙芯片推出的综合开发平台。该SDK提供了丰富的资源、库和示例，旨在帮助开发人员快速启动和运行基于Nordic SoCs的蓝牙低功耗（BLE）应用。Nordic SDK的核心组件包括：

• SoftDevice ：这是Nordic的蓝牙协议栈，它是一个预先编程好的固件，用于处理蓝牙协议的所有技术细节，开发者可以通过标准的蓝牙服务和应用编程接口（API）与之交互。

• 堆栈和外围设备库 ：这些库提供了硬件驱动程序和对Nordic芯片内部外设的访问，例如GPIO（通用输入输出）、SPI（串行外设接口）和I2C（两线串行总线）等。

• 蓝牙服务和应用示例 ：Nordic SDK包括大量预构建的蓝牙服务和应用程序示例，从而简化了蓝牙服务的实现和测试过程。

• 构建系统和工具 ：SDK提供了用于自动化构建过程的工具，包括构建脚本、配置文件和编译器。

5.1.2 获取Nordic SDK的途径

Nordic SDK可通过多种途径获取，包括Nordic Semiconductor的官方网站以及GitHub。在官方网站上，开发者可以直接下载最新版本的SDK，并获取相应的许可证信息和使用条款。而在GitHub上，Nordic SDK的开源版本提供了所有软件的源代码，开发者可以自行编译构建，并可参与到SDK的开发和贡献中去。

要获取Nordic SDK，可以遵循以下步骤：

1. 访问Nordic Semiconductor的官方网站或其在GitHub上的仓库。
2. 选择适合的SDK版本，了解版本之间的差异。
3. 确认并接受相应的使用条款。
4. 下载适用于您的开发环境的SDK压缩包或克隆仓库。

5.2 SDK安装与配置流程

5.2.1 下载和安装SDK

下载SDK后，通常需要进行一系列的配置步骤才能使其与您的开发环境协同工作。以下是一般步骤：

1. 解压SDK包 ：将下载的SDK压缩包解压到您选择的目录中。
2. 安装依赖项 ：根据Nordic SDK的说明文档，可能需要安装一些系统依赖项或开发工具，如Python、nrfjprog工具等。
3. 配置SDK环境 ：根据您的操作系统和开发环境，可能需要修改一些环境变量或执行特定的配置脚本。

5.2.2 配置SDK环境变量

配置SDK的环境变量是确保开发工具链正确识别SDK的关键步骤。环境变量可以指定到特定的路径、工具和资源。以下是在Linux环境下配置环境变量的示例：

# 添加Nordic SDK的路径到环境变量中
export PATH=$PATH:/path/to/nordic-sdk/bin

# 如果需要，也可以设置其他相关的环境变量，例如SDK版本
export NRF_SDK_VERSION=15.2.0

# 在某些情况下，您可能还需要指定交叉编译器的路径
export GCC_TOOLCHAIN_DIR=/path/to/gcc-toolchain

5.3 SDK组件和模块概览

5.3.1 主要组件的介绍和作用

Nordic SDK包含多个模块和组件，每个都有其独特的功能和用途。理解这些组件对于构建和维护BLE应用程序至关重要。

• nRF Connect SDK ：这是Nordic Semiconductor推出的最新的SDK，集成了多个模块，支持多种Nordic SoCs和无线技术。

• nRF Logger ：一个灵活的轻量级日志系统，用于记录和处理应用程序和协议栈的日志消息。

• nRF5 SDK for Mesh ：为Nordic SoCs提供了一个适用于蓝牙网格网络的完整解决方案。

5.3.2 配置SDK的高级选项

在某些场景中，您可能需要配置SDK的高级选项以满足特定项目需求。这通常通过修改配置文件或利用配置工具来实现，例如使用 menuconfig 或 nrfutil 这样的命令行工具。

以下是使用 menuconfig 修改Nordic SDK配置的示例代码块：

# 进入menuconfig配置界面
make menuconfig

# 在menuconfig界面中，可以通过图形界面的方式调整各种配置选项
# 如蓝牙广播间隔、网络配置、外设配置等

在 menuconfig 界面中，所有的配置选项都有详细的描述，您可以通过上下键浏览并使用空格键进行选择或修改。当您完成配置后，使用 Save 和 Exit 选项保存您的设置并退出。

通过上述步骤，您可以确保SDK已经正确安装并配置，为接下来的开发工作做好了准备。

6. 开发IDE或文本编辑器设置

在进行嵌入式系统开发，尤其是针对Nordic 52832这类蓝牙微控制器的项目时，选择一个合适的开发环境至关重要。本章将详细介绍开发集成开发环境（IDE）或文本编辑器的设置过程，并讨论如何选择最合适的工具来提高开发效率。

6.1 开发环境选择依据

6.1.1 IDE与文本编辑器的区别和适用场景

在选择开发环境时，首先需要区分IDE和文本编辑器的不同，以及它们各自的应用场景。

• 集成开发环境（IDE） ：集成了代码编辑、编译、调试等功能的软件包。IDE通常提供了便捷的图形界面，易于配置和使用，尤其适合需要快速上手和频繁进行调试的项目。
• 文本编辑器 ：通常专注于代码的编写和基本语法高亮显示。虽然它们的功能较IDE简单，但在处理大型代码库时可能更加灵活和轻便。

6.1.2 选择适合Nordic 52832的开发环境

针对Nordic 52832的开发，多数开发者倾向于使用支持ARM Cortex-M系列微控制器开发的IDE，如Keil MDK、IAR Embedded Workbench等。然而，许多文本编辑器如Visual Studio Code配合适当的扩展也能够提供良好的开发体验。

6.2 IDE或文本编辑器配置方法

6.2.1 IDE的安装和初始化配置

对于IDE用户来说，安装过程通常涉及几个步骤：

1. 从官方渠道下载安装包。
2. 执行安装程序并遵循安装向导的指引。
3. 根据Nordic 52832项目需求进行初始化配置。

以Keil MDK为例，其初始化配置可能包括：

• 新建工程并选择正确的处理器型号。
• 配置编译器优化选项。
• 配置调试器和编程接口。

6.2.2 插件和扩展的安装与管理

除了IDE的基本安装，根据具体项目需求，还可能需要安装额外的插件或扩展来增强功能。

例如，在VS Code中：

- 安装C/C++扩展以支持C/C++语言智能提示。
- 安装Nordic nRF Connect SDK的扩展以获得针对Nordic设备的特定支持。

6.3 项目和编译设置

6.3.1 创建项目和工程

创建项目是开发流程的初始步骤，这涉及到确定项目结构、依赖关系和必要的配置文件。

• 在Keil MDK中，创建项目是一个向导引导的过程，你需要选择特定的处理器，定义项目名称和位置。
• 在VS Code中，可以通过安装的扩展快速生成项目模板或脚手架。

6.3.2 编译配置和编译目标的设置

编译配置是确保源代码正确编译成固件的关键步骤。配置内容包括编译器选项、链接器脚本以及包含路径等。

例如，在Keil中，可以创建并编辑 .uvprojx 文件来设置编译目标，而在VS Code中，可以在工作区的根目录创建 c_cpp_properties.json 文件来定义编译配置。

{
    "configurations": [
        {
            "name": "ARM",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/**",
                "${workspaceFolder}/components/libraries/nrfx",
                "${workspaceFolder}/components/softdevice/s140/headers"
            ],
            "defines": [
                "_DEBUG",
                "USEcrets
            ],
            "compilerPath": "C:/Keil_v5/ARM/ARMCC/bin/armcc.exe",
            "cStandard": "gnu11",
            "cppStandard": "gnu++14",
            "intelliSenseMode": "windows-gcc-arm"
        }
    ],
    "version": 4
}

在本章中，我们讨论了如何选择和配置开发环境，包括IDE和文本编辑器。我们探讨了不同环境之间的差异，以及如何针对Nordic 52832项目的需求选择合适的工具，并在其中一些流行的IDE和编辑器上进行了基础的配置。这些设置将为后续的源代码编写和编译打下坚实的基础。

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简介：本合集介绍了为Nordic 52832微控制器搭建基于GCC编译器的开发环境的具体步骤。Nordic 52832作为一款低功耗蓝牙SoC，在物联网和无线传感器网络领域应用广泛。文章内容包括配置GCC编译器、设置环境变量、获取Nordic SDK、以及编写和编译源代码的过程。这些资源对于希望学习和使用Nordic 52832进行开发的初学者来说，是一个宝贵的入门指南。

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