大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家講的是嵌入式開發(fā)里的source文件。
眾所周知，嵌入式開發(fā)屬于偏底層的開發(fā)，主要編程語言是C和匯編。所以本文要講的source文件主要指的就是c文件和匯編文件。
盡管在平常開發(fā)中，我們都只會關(guān)注自己創(chuàng)建的.c/.h/.s源文件，但實際上我們不知不覺中也跟很多不是我們創(chuàng)建的源文件在打交道，那么問題來了，一個完整的嵌入式工程（以基于ARM Cortex-M控制器的工程為例）到底會包含哪些source文件呢？
現(xiàn)在就到了痞子衡的show time了，痞子衡將這些文件按來源分為五類十種，下面痞子衡按類別逐一分析這些文件：
第一類：Provided by Committee
第一類文件由C標準委員會提供，該類文件伴隨著標準的發(fā)布而逐漸壯大。該類文件主要就是一種，即C標準庫。
1. C standard Library
大家都知道C語言是有標準的，常見的C標準有ANSI C（C89）、C99、C11，而C標準函數(shù)庫（C Standard library）就是所有符合C標準的頭文件的集合，以及常用的函數(shù)庫實現(xiàn)程序。C標準庫由Committee制訂發(fā)布，通常會被包含在IDE里。列舉一些常見文件和函數(shù)如下，是不是覺得似曾相識？
/* 常用文件 */ assert.h，stdio.h，stddef.h，stdint.h，string.h ...
/* 常用定義 */ bool，NULL，uint8_t，uint16_t，uint32_t...
/* 常用函數(shù) */ assert()，printf()，memset()，memcpy()...第二類：Provided by IDE(Compiler)
第二類文件由IDE提供，C語言是編譯型語言，需要編譯器將C程序匯編成機器碼，所有便有了一些跟編譯器特性相關(guān)的函數(shù)庫。
2. Compiler Library
我們在開發(fā)嵌入式應(yīng)用時需要借助集成開發(fā)環(huán)境（IDE），常見的IDE有GCC(GNUC)，Keil MDK(ARMCC)，IAR EWARM(ICCARM)，這些IDE都有配套的C編譯器，這些編譯器是各有特色的，為了充分展示各編譯器特色，配套的函數(shù)庫便應(yīng)運而生。
編譯器函數(shù)庫是因IDE而異的，此處僅講一個例子以供參考，需要了解更多需查看各IDE手冊。
以IAR EWARM里的DLib_Product_string.h文件為例，該文件中重定義了memcpy的實現(xiàn):
#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;
}第三類：Provided by ARM
第三類文件由ARM提供，嵌入式程序的執(zhí)行靠的是控制器內(nèi)核（此處指的內(nèi)核便是ARM內(nèi)核），ARM公司在設(shè)計內(nèi)核時，提供了一些內(nèi)核模塊的接口，開發(fā)者可以通過這些接口訪問內(nèi)核資源，CMSIS header里就是這些內(nèi)核模塊資源的接口。
3. CMSIS header
完整的CMSIS header目錄應(yīng)該是下面這個樣子，而必須要關(guān)注的只有\(zhòng)CMSIS\Include下面的core_cmx.h文件
\CMSIS
\Core
\DAP /* ARM debugger實現(xiàn) */
\Driver /* ARM統(tǒng)一的常用外設(shè)driver API */
\DSP_Lib /* ARM優(yōu)化實現(xiàn)的DSP Lib */
\Include /* ARM內(nèi)核資源接口 */
\arm_xx.h
\cmsis_xx.h
\core_cmx.h
\Lib /* ARM優(yōu)化實現(xiàn)的標準Lib */
\Pack
\RTOS /* ARM推出的RTOS- RTX */
\RTOS2
\SVD
\Utilitiescore_cmx.h文件里定義了內(nèi)核資源接口，里面最常用的三大模塊是SCB，SysTick，NVIC，一個嵌入式開發(fā)的老手看到這些模塊應(yīng)該要向痞子衡揮手示意，來，讓痞子衡看見你們的雙手~~~
第四類：Provided by Chip Producer
第四類文件是由ARM芯片生產(chǎn)商提供，我們在選型一個ARM芯片時，除了看ARM內(nèi)核類型外，還得看芯片內(nèi)部外設(shè)資源，是這些外設(shè)導(dǎo)致了ARM芯片差異，于是便有了各大ARM廠商爭奇斗艷，比如NXP(Freescale), ST, Microchip(Atmel)，ARM廠商賦予了ARM芯片各種外設(shè)資源，同時也會提供這些外設(shè)資源的接口。該類別下文件有四種：
4. device.h：芯片頭文件，主要包含中斷號定義（xx_IRQn）、外設(shè)模塊類型定義(xx_Type) 、外設(shè)基地址定義（xx_BASE）。
/////////////////////////////////////////////////////
// 中斷號定義
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;
////////////////////////////////////////////////////
// 外設(shè)寄存器定義
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)
////////////////////////////////////////////////////
// 外設(shè)基地址定義
#define WWDT0_BASE (0x5000E000u)5. startup_device.s：芯片中斷向量表文件，主要包含中斷向量表定義（DCD xx_Handler） ，以及各中斷服務(wù)程序的弱定義（PUBWEAK）。Note：該文件因編譯器而異。
;;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
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
; 中斷向量表定義
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
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
; 中斷服務(wù)程序弱定義
THUMB
PUBWEAK WDT0_IRQHandler
PUBWEAK WDT0_DriverIRQHandler
SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
WDT0_IRQHandler
LDR R0, =WDT0_DriverIRQHandler
BX R0
WDT0_DriverIRQHandler
B .
END6. system_device.c/h：芯片系統(tǒng)初始化文件，主要包含全局變量SystemCoreClock定義（提供芯片內(nèi)核默認工作頻率）、SystemInit()函數(shù)定義（完成最基本的系統(tǒng)初始化，比如WDOG初始化，RAM使能等，這部分因芯片設(shè)計而異）。
7. device SDK Library：官方提供的芯片外設(shè)SDK driver包文件，有了這個SDK包可以直接使用片內(nèi)外設(shè)設(shè)計自己的應(yīng)用，而不需要查看芯片手冊里的外設(shè)模塊寄存器去重寫外設(shè)驅(qū)動。當然并不是每個廠商都有完善的SDK包，這取決于各廠商對軟件服務(wù)的重視程度。
// 來自于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);第五類：Created by Developer
第五類文件是開發(fā)者自己創(chuàng)建，用于實現(xiàn)開發(fā)者自己的嵌入式應(yīng)用，分為應(yīng)用系統(tǒng)啟動文件，應(yīng)用系統(tǒng)初始化文件，應(yīng)用文件。其中應(yīng)用系統(tǒng)啟動和初始化文件屬于main函數(shù)之前的文件，一般可以通用，大部分開發(fā)者并不關(guān)心其具體內(nèi)容，但是了解其過程可以加深對嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理解。
8. reset.s：應(yīng)用系統(tǒng)復(fù)位啟動文件，了解ARM原理的都知道，image前8個字節(jié)數(shù)據(jù)分別是芯片上電的初始SP, PC，其中PC指向的便是本文件里的Reset_Handler，這是芯片執(zhí)行的第一個函數(shù)入口，該函數(shù)主要用于完成應(yīng)用系統(tǒng)初始化工作，包含應(yīng)用中斷向量表重定向、調(diào)用芯片系統(tǒng)初始化、ARM系統(tǒng)寄存器rx清零、初始化應(yīng)用程序各數(shù)據(jù)段、初始化ARM系統(tǒng)中斷、跳轉(zhuǎn)main函數(shù)。
// 一段經(jīng)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
END9. startup.c：應(yīng)用系統(tǒng)初始化文件，該文件里主要包含兩個初始化函數(shù)，init_data_bss()、 init_interrupts()，data, bss段數(shù)據(jù)的初始化是為了保證嵌入式系統(tǒng)中所有全局變量能有一個開發(fā)者指定的初值。由于data，bss段的位置是在鏈接階段確定的，所以此處需要配合linker文件才能找到正確的data,bss位置，linker文件是因IDE而異的，所有本文件要想做到通用，必須增加各IDE條件編譯，此處僅以IAR下的實現(xiàn)為例：
//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 （執(zhí)行在RAM中的函數(shù)（由IAR指定的__ramfunc修飾的函數(shù)））.
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：應(yīng)用文件，此處便是主函數(shù)以及各功能函數(shù)的集合了，嵌入式老司機們，請開始你的表演~~~
void taskn(void)
{
// Your task code
}
int main(void)
{
printf("hello world\r\n");
taskn();
...
return 0;
}至此，嵌入式開發(fā)里的各種來源的source文件痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~