GNU的编译器和开发工具

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的所有开发工具都可以从www.gnu.org下载,基于ARM的工具可从www.uclinux.org获得。

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。

GNU工具都运行在Linux下，开发者需要1台运行Linux的PC作为上位机。

由于篇幅所限，不能完整地介绍整个嵌入式操作系统的开发过程，将以第二节中提到的通过自举模式下载的引导程序为例，说明开发的过程。对于像Linux这样的大系统，基本的开发流程是一样的。

引导程序将通过自举模式下载到MX1的片内RAM，从地址0x00300000开始并执行。

完成串口和SDRAM的初始化后，引导程序将等待接收应用程序或操作系统内核，将接收到的数据放在SDRAM中。

数据接收完毕后，引导程序将SDRAM中的数据写入Flash，下一次就可以从Flash中直接引导系统了。

由于操作系统的内核比较大，如Linux有1MB以上，下载过程必须考虑纠错。因此，接收部分采用Xmode协议，可以用Windows下超级终端的Xmode发送方式发送文件。

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（www.gnu.org）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）

   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-o init.o init.s

　　arm-linux-gcc-c-O2-o xmrecever.o xmrecever.c

　　arm-linux-gcc-c-O2-o flash.o flash.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。

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。

有关elf文件格式，读者可自行参考相关资料。

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。

例如笔者的引导程序连接文件link.lds为：

 ENTRY(begin)

 SECTION

 { .=0x00300000;

 .text : { *(.text) }

 .data: { *(.data) }

 .bss: { *(.bss) }

 }

　 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0x00300000，这一段地址为MX1的片内RAM；

   .text : { *(.text)}表示从0x00300000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-nostadlib -o bootstrap.elf -T link.lds init.o xmrecever.o flash.o

　　其中，nostadlib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；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-Obinary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。

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。

如果要通过自举模式下载，还需要转换为自举模式的文件格式，相关转换工具可以在摩托罗拉的网站上找到。

　　

掌握了GNU工具后，开发者就可以开发或移植C或C++代码的程序。

用户可以不需要操作系统，直接开发简单应用程序。但对于更复杂的应用来说,操作系统必不可少。

目前流行的源代码公开的操作系统如Linux、μC/OS都可以用GNU工具编译。

ARM的Linux已有很多成熟的版本，可以支持ARM720、ARM920、ARM1020等多种处理器，读者可从www.uclinux.org或www.armdevzone.com上获取最新信息。

Linux移植过程中和处理器相关的代码都放在arch/arm目录下。

对于内核，用户需要做的是设定自己系统的内存映像，RAM起始地址，I/O地址空间和虚拟I/O地址空间，参看arch/arm/mach-integrator/arch.c文件。

除了内核外，用户还需要为自己的系统编制各种各样的驱动程序