豹哥嵌入式讲堂:ARM Cortex-M开发之文件详解(1)- 源文件(.c/.h/.s)美学原理


  大家好,我是豹哥,猎豹的豹,犀利哥的哥。前天豹哥给我们讲的是嵌入式开发里的source文件

第一类:Provided by Committee

  第一类公事由C标准委员会提供,该类文件伴随着专业的发表而逐级扩张。该类文件重大就是一种,即C标准库。
1. C standard Library
  大家都了解C语言是有专业的,常见的C标准有ANSI
C(C89)、C99、C11,而C标准函数库(C Standard
library)就是拥有符合C标准的头文件的汇聚,以及常用的函数库落成程序。C标准库由Committee制订发表,平常会被含有在IDE里。列举部分大规模文件和函数如下,是不是认为似曾相识?

/* 常用文件 */ assert.h,stdio.h,stddef.h,stdint.h,string.h ...
/* 常用定义 */ bool,NULL,uint8_t,uint16_t,uint32_t...
/* 常用函数 */ assert(),printf(),memset(),memcpy()...

第四类:Provided by Chip Producer

  第四类公事是由ARM芯片生产商提供,大家在选型一个ARM芯片时,除了看ARM内核类型外,还得看芯片内部外设资源,是那个外设导致了ARM芯片差别,于是便有了各大ARM厂商争奇斗艳,比如NXP(Freescale),
ST,
Microchip(Atmel),ARM厂商赋予了ARM芯片各类外设资源,同时也会提供那个外设资源的接口。
  该品种下文件有四种:
4.
device.h
:芯片头文件,首要含有中断号定义(xx_IRQn)、外设模块类型定义(xx_Type)
、外设基地址定义(xx_BASE)。

/////////////////////////////////////////////////////
// 中断号定义
typedef enum IRQn {
  NotAvail_IRQn                = -128,
  /* Core interrupts */
  NonMaskableInt_IRQn          = -14,
  HardFault_IRQn               = -13,
  ...
  SysTick_IRQn                 = -1,
  /* Device specific interrupts */
  WDT0_IRQn                = 0,
  ...
} IRQn_Type;
////////////////////////////////////////////////////
// 外设寄存器定义
typedef struct {
  __IO uint32_t MOD;
  ...
  __IO uint32_t WINDOW;
} WWDT_Type;
#define WWDT_WINDOW_WINDOW_MASK       (0xFFFFFFU)
#define WWDT_WINDOW_WINDOW_SHIFT      (0U)
#define WWDT_WINDOW_WINDOW(x)         (((uint32_t)(((uint32_t)(x)) << WWDT_WINDOW_WINDOW_SHIFT)) & WWDT_WINDOW_WINDOW_MASK)
////////////////////////////////////////////////////
// 外设基地址定义
#define WWDT0_BASE                    (0x5000E000u)

5.
startup_device.s
:芯片中断向量表文件,主要涵盖中断向量表定义(DCD
xx_Handler) ,以及各中断服务程序的弱定义(PUBWEAK)。
Note:该文件因编译器而异。

;;基于IAR的startup_device.s文件
        MODULE  ?cstartup
        ;; Forward declaration of sections.
        SECTION CSTACK:DATA:NOROOT(3)
        SECTION .intvec:CODE:NOROOT(2)
        PUBLIC  __vector_table
        PUBLIC  __Vectors_End
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
; 中断向量表定义
        DATA
__vector_table
        DCD     sfe(CSTACK)
        DCD     Reset_Handler
        DCD     NMI_Handler
        DCD     HardFault_Handler
        ...
        DCD     SysTick_Handler
        ; External Interrupts
        DCD     WDT0_IRQHandler
        ...
__Vectors_End
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
; 中断服务程序弱定义
        THUMB
        PUBWEAK WDT0_IRQHandler
        PUBWEAK WDT0_DriverIRQHandler
        SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
WDT0_IRQHandler
        LDR     R0, =WDT0_DriverIRQHandler
        BX      R0
WDT0_DriverIRQHandler
        B .
        END

6.
system_device.c/h
:芯片系统发轫化文件,首要含有全局变量SystemCoreClock定义(提供芯片内核默认工作频率)、SystemInit()函数定义(完毕最中央的种类起首化,比如WDOG早先化,RAM使能等,那有的因芯片设计而异)。
7. device SDK Library:官方提供的芯片外设SDK
driver包文件,有了这些SDK包可以直接使用片内外设设计自己的应用,而不要求查阅芯片手册里的外设模块寄存器去重写外设驱动。当然并不是每个厂商都有完善的SDK包,那取决各厂商对软件服务的讲究程度。

// 来自于NXP SDK的WWDT driver API
void WWDT_GetDefaultConfig(wwdt_config_t *config);
void WWDT_Init(WWDT_Type *base, const wwdt_config_t *config);
void WWDT_Deinit(WWDT_Type *base);
void WWDT_ClearStatusFlags(WWDT_Type *base, uint32_t mask);
void WWDT_Refresh(WWDT_Type *base);

第三类:Provided by ARM

  第三类公事由ARM提供,嵌入式程序的施行靠的是控制器内核(此处指的根本便是ARM内核),ARM公司在规划基本时,提供了一部分内核模块的接口,开发者能够透过这一个接口访问基本资源,CMSIS
header里就是这么些内核模块资源的接口。
3. CMSIS header
  完整的CMSIS
header目录应该是上边那么些样子,而必要求关心的只有\CMSIS\Include下面的core_cmx.h文件

\CMSIS
     \Core      
     \DAP            /* ARM debugger实现 */
     \Driver         /* ARM统一的常用外设driver API */
     \DSP_Lib        /* ARM优化实现的DSP Lib */
     \Include        /* ARM内核资源接口 */
            \arm_xx.h
            \cmsis_xx.h
            \core_cmx.h
     \Lib            /* ARM优化实现的标准Lib */
     \Pack
     \RTOS           /* ARM推出的RTOS- RTX */
     \RTOS2
     \SVD
     \Utilities

  core_cmx.h文件里定义了根本资源接口,里面最常用的三大模块是SCB,SysTick,NVIC,一个嵌入式开发的行家看到那些模块应该要向豹哥挥手示意,来,让豹哥看见你们的双手~~~

  众所周知,嵌入式开发属于偏底层的支出,首要编程语言是C和汇编。所以本文要讲的source文件尊崇指的就是c文件和汇编文件。
  尽管在平凡开发中,我们都只会关切自己成立的.c/.h/.s源文件,但实则大家不知不觉中也跟很多不是大家创设的源文件在社交,那么问题来了,一个完好的嵌入式工程(以基于ARM
Cortex-M控制器的工程为例)到底会含有怎么着source文件呢?
  现在就到了豹哥的show
time了,豹哥将这么些文件按来源分为五类十种,上面豹哥按项目逐一分析这一个文件:

第五类:Created by Developer

  第五类公事是开发者自己创办,用于得以已毕开发者自己的嵌入式应用,分为应用系统启动文件,应用系统开端化文件,应用文本。其中使用系统启动和伊始化文件属于main函数之前的文本,一般可以通用,大多数开发者并不关注其具体内容,可是通晓其进程可以变本加厉对嵌入式系统结构的精晓。
8. reset.s
应用系统复位启动文件,精通ARM原理的都知晓,image前8个字节数据分别是芯片上电的初步SP,
PC,其中PC指向的便是本文件里的Reset_Handler,那是芯片执行的第二个函数入口,该函数根本用于达成应用系统初叶化工作,包含应用中断向量表重定向、调用芯片系统伊始化、ARM系统寄存器rx清零、早先化应用程序各数据段、开头化ARM系统中断、跳转main函数。

// 一段经典的startup code
        SECTION .noinit : CODE
        THUMB
        import SystemInit
        import init_data_bss
        import main
        import CSTACK$$Limit
        import init_interrupts
        EXTERN __vector_table
        REQUIRE __vector_table
#define SCB_BASE            (0xE000ED00)
#define SCB_VTOR_OFFSET     (0x00000008)
        PUBLIC  Reset_Handler
        EXPORT  Reset_Handler
Reset_Handler
        // Mask interrupts
        cpsid   i
        // Set VTOR register in SCB first thing we do.
        ldr     r0,=__vector_table
        ldr     r1,=SCB_BASE
        str     r0,[r1, #SCB_VTOR_OFFSET]
        // Init the rest of the registers
        ldr     r2,=0
        ldr     r3,=0
        ldr     r4,=0
        ldr     r5,=0
        ldr     r6,=0
        ldr     r7,=0
        mov     r8,r7
        mov     r9,r7
        mov     r10,r7
        mov     r11,r7
        mov     r12,r7
        // Initialize the stack pointer
        ldr     r0,=CSTACK$$Limit
        mov     r13,r0
        // Call the CMSIS system init routine
        ldr     r0,=SystemInit
        blx     r0
        // Init .data and .bss sections
        ldr     r0,=init_data_bss
        blx     r0
        // Init interrupts
        ldr     r0,=init_interrupts
        blx     r0
        // Unmask interrupts
        cpsie   i
        // Set argc and argv to NULL before calling main().
        ldr     r0,=0
        ldr     r1,=0
        ldr     r2,=main
        blx     r2
__done
        B       __done
        END

9.
startup.c
:应用种类开端化文件,该文件里重点含有两个开端化函数,init_data_bss()、
init_interrupts(),data,
bss段数据的起始化是为着有限支撑嵌入式系统中具有全局变量能有一个开发者指定的初值。由于data,bss段的岗位是在链接阶段确定的,所以那边要求般配linker文件才能找到正确的data,bss地点,linker文件是因IDE而异的,所有本文件要想做到通用,必须扩展各IDE条件编译,此处仅以IAR下的落到实处为例:

//基于IAR的startup.c文件
#if (defined(__ICCARM__))
#pragma section = ".intvec"
#pragma section = ".data"
#pragma section = ".data_init"
#pragma section = ".bss"
#pragma section = "CodeRelocate"
#pragma section = "CodeRelocateRam"
#endif

void init_data_bss(void)
{
#if defined(__ICCARM__)
    uint8_t *data_ram, *data_rom, *data_rom_end;
    uint8_t *bss_start, *bss_end;
    uint8_t *code_relocate_ram, *code_relocate, *code_relocate_end;
    uint32_t n;
// 初始化data段 .data section (initialized data section)
    data_ram = __section_begin(".data");
    data_rom = __section_begin(".data_init");
    data_rom_end = __section_end(".data_init");
    n = data_rom_end - data_rom;
    if (data_ram != data_rom)
    {
        while (n--)
        {
            *data_ram++ = *data_rom++;
        }
    }
// 初始化bss段 .bss section (zero-initialized data)
    bss_start = __section_begin(".bss");
    bss_end = __section_end(".bss");
    n = bss_end - bss_start;
    while (n--)
    {
        *bss_start++ = 0;
    }
// 初始化CodeRelocate段 (执行在RAM中的函数(由IAR指定的__ramfunc修饰的函数)).
    code_relocate_ram = __section_begin("CodeRelocateRam");
    code_relocate = __section_begin("CodeRelocate");
    code_relocate_end = __section_end("CodeRelocate");
    n = code_relocate_end - code_relocate;
    while (n--)
    {
        *code_relocate_ram++ = *code_relocate++;
    }
#endif
}

void init_interrupts(void)
{
    NVIC_ClearEnabledIRQs();
    NVIC_ClearAllPendingIRQs();
}

10. application.c/h
应用文本,此处便是主函数以及各职能函数的聚众了,嵌入式老车手们,请起始你的表演~~~

void taskn(void)
{
    ...
}
int main(void)
{
    printf("hello world\r\n");
    taskn();
    ...
    return 0;
}

  至此,嵌入式开发里的种种来源的source文件豹哥便介绍已毕了,掌声在哪儿~~~

第二类:Provided by IDE(Compiler)

  第二类公事由IDE提供,C语言是编译型语言,需求编译器将C程序汇编成机器码,所有便有了一些跟编译器特性相关的函数库。
2. Compiler Library
  咱们在付出嵌入式应用时必要着重集成开发条件(IDE),常见的IDE有GCC(GNUC),Keil
MDK(ARMCC),IAR
EWARM(ICCARM),那么些IDE都有配套的C编译器,那几个编译器是各有特色的,为了尽量呈现各编译器特色,配套的函数库便出现。
  编译器函数库是因IDE而异的,此处仅讲一个例证以供参考,要求了然更加多需查看各IDE手册。
  以IAR
EWARM里的DLib_Product_string.h文件为例,该文件中重定义了memcpy的得以完结:

  #define _DLIB_STRING_SKIP_INLINE_MEMCPY
  #pragma inline=forced_no_body
  __EFF_NENR1NW2R1 __ATTRIBUTES void * memcpy(void * _D, const void * _S, size_t _N)
  {
    __aeabi_memcpy(_D, _S, _N);
    return _D;
  }