1.GCC工具链
1.GCC默认处理的文件类型
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文件类型 |
扩展名 |
文件说明 |
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文本文件 |
*.c |
C语言源文件 |
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*.C、*.cxx、*.cc |
C++源文件 |
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*.i |
预处理后的C语言源文件 |
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*.ii |
预处理后的C++源文件 |
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*.s、*.S |
汇编语言 |
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*.h |
头文件 |
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二进制文件 |
.o |
目标文件 |
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.so |
动态库 |
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.a |
静态库 |
表1.gcc默认处理的文件类型
GCC是一组工具的集合，包含了预处理器、编译器、汇编器、连接器等部分。
2.编译工具和Binutils
GCC的核心是编译工具gcc，用于编译c程序，另外还有一些二进制工具。
Binutils是一个二进制工具的集合，包含了汇编、连接以及一系列的辅助工具。
l as: GNU汇编器，用以将处理器的汇编代码转换成可执行代码并存储到目标文件.o中
l ld: GNU连接器，用于将一个或多个目标文件.o、库组合成一个可执行文件，或者生成静态库和动态库
l ar: 归档工具，可以将多个文件组合成一个大文件，并且可以读取原始文件的内容
l strip: 去除文件中的符号
l nm: 用以显示目标文件中的符号
l objcopy: 转换二进制代码的工具
l objdump: 显示目标文件的反汇编工具
l readelf: 显示ELF文件中的各种信息
l string : 显示文件中的可打印字符
l ranlib : 产生归档文件的索引，并将其保存到归档文件中，索引同时列出归档文件各成员所定义的可重配目标文件
l addr2line : 可以将一个可执行程序的地址映射到源文件的对应行
l gprof: 显示程序调用段的各种数据
图1.使用gcc的程序生成过程
3.GCC工具的使用
- 对于只有一个源文件的程序，可以用gcc一步生成可执行程序
gcc main.c -o main
- 对于有多个源文件的程序，也可以一步生成可执行程序
gcc main.c hello.c init.c -o test
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选项 |
含义 |
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-c |
只编译不连接，生成目标文件.o |
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-S |
只编译不汇编，生成汇编代码 |
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-E |
只进行预处理 |
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-g |
在可执行程序中包含标准调试信息 |
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-o file |
把输出文件输出到file里 |
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-v |
打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本 |
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-I dir |
在头文件搜索路径列表中添加dir目录 |
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-Ldir |
在库文件搜索路径列表中添加dir目录 |
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-static |
静态编译，不使用动态库，编译出来的程序较大 |
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-l library |
连接名为library的库文件 |
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-w |
关闭所有警告 |
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-wall |
允许发出gcc提供的所有有用的警告信息 |
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-werror |
把所有的警告信息转化为错误信息，并在警告发生时终止编译过程 |
表2.gcc常用的编译选项
4.归档工具（ar）和静态库
在gcc中可以使用ar生成静态库（static lib）静态库的生成需要目标文件，静态库可以被应用程序连接
l 将init.o和hello.o归档为一个静态库
ar -rv libtest_s.a init.o hello.o
选项r表示在库中插入模块（替换）当插入的模块名已经在库中存在，则替换同名模块选项v用来显示执行操作选项的附加信息
l 查看静态库中的内容
ar -t libtest_s.a
l 删除静态库中的目标文件
ar -d libtest_s.a
l 在生成可执行程序的时候连接静态库
gcc -Wall main.o -L. –ltest_s –o testbylib
-L.表示包含当前路径为搜索路径，-ltest的含义为连接名为libtest_s.a的静态库或名为libtest_s.so的动态库
5.动态库
可使用gcc工具生成动态库（dynamic lib），与静态库相比，动态库不需要被连接到可执行程序中，不会增加可执行程序的大小，但是运行的时候需要动态库存在
l 动态库的生成命令
gcc -shared -Wall -g hello.o init.o libtest_d.so
6.目标文件复制（objcopy）
objcopy用于复制一个目标文件的内容到另一个目标文件中，实际上objcopy经常作为格式转换工具使用，即将目标文件转换为另一种格式的目标文件
l 将test转换为纯二进制文件
- objcopy test -o binary test.bin
7.目标文件信息（objdump）
目标文件信息工具objdump可以显示文件的信息，对于各种目标文件、库文件、可执行程序均可以使用，对二进制的文件进行解析后，可以获取头信息和对机器代码的反汇编
objdump常用的参数为-R和-D 。-D表示显示文件中所有的汇编信息，-R表示显示文件的动态重定位入口。
l 将二进制文件反汇编
- objdump -D hello.o
2.Makefile工程管理工具
1.Makefile的构成
- 规则
Makefile中最重要的成分是规则，它用于说明如何生成目标文件，格式如下
target: prerequisites
command (command 前面是【Ｔａｂ】键)
目标 依赖 命令
led.bin: led.o
arm-linux-ld -Tled.lds -o led.elf
- 伪目标：
Makefile中把那些只包含命令，没有任何依赖的目标成为为目标(phony targets)
.PHONY: clean
clean:
rm –rf hello main.o func.o
.PHONY把clean目标声明为伪目标
- 变量：
在Makefile中用户除了可以自己定义变量外，还可以用系统中已经定义好了的默认变量
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变量 |
描述 |
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$@ |
代表目标 |
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$< |
代表第一个依赖文件 |
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$^ |
代表所有的依赖文件 |
- 去回显
Makefile中#字后面的内容分视为注释
@用来取消回显
hello: hello.c
@gcc hello.c -o hello
- 示例1：
CC := gcc
HEAD := hello.h init.h
SRC := hello.c init.c main.c
OBJS := hello.o init.o main.o
TT := test
INC =.
CFLAGS = -pipe -g -Wall -I$(INC)
LDFLAGS = -Wall -g
all:$(TT)
$(TT):$(OBJS)
@echo “===== Build Standalone application: $@ =====”
$(CC) $(LDFLAGS) $(OBJS) -o $@
main.o:main.c hello.h init.h
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
hello.o:hello.c hello.h
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
init.o:init.c init.h
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
.PHONY:clean
clean:
@echo “=== clean ===”
rm -f *.o
rm =f $(TT)
- 示例2:
all: start.o mem.o
arm-linux-ld -Tgboot.lds -o gboot.elf $^
arm-linux-objcopy -O binary gboot.elf gboot.bin
%.o : %.S
arm-linux-gcc -g -c $^
%.o : %.c
arm-linux-gcc -g -c $^
.PHONY: clean
clean:
rm *.o *.elf *.bin
3.连接器脚本
1、概论
ld:
GNU的链接器.
用来把一定量的目标文件跟档案文件链接在一起,并重新定位它们的数据,链接符号引用.
一般编译一个程序时,最后一步就是运行ld进行链接
每一个链接都被一个链接脚本所控制,这个脚本是用链接命令语言书写的.
2、链接脚本
链接脚本的一个主要目的是描述输入文件中的各个段(数据段,代码段,堆,栈,bss)如何被映射到输出文件中,并控制输出文件的内存排布.
链接器总是使用链接脚本的,如果你不提供,则链接器会使用一个缺省的脚本,这个脚本是被编译进链接器可执行文件的.
可以使用--verbose命令行显示缺省的链接器脚本的内容.
你可以使用-T命令行来提供你自己的链接脚本来替换缺省的链接脚本.
3、简单的链接脚本示例.
许多脚本是相当简单的.
可能最简单的脚本只含有一个命令:’SECTIONS’.
你可以使用’SECTIONS’来描述输出文件的内存布局.
‘SECTIONS’是一个功能很强大的命令.
假设你的程序只有代码段,初始化过的数据段,和未初始化过的数据段.这些会存在于’.text’,’data’,’bss’段中.
对于这个例子,假设代码应该被载入到地址0x1000处,而数据应该从0x8000000开始,如下是实现这个功能的脚本:
SECTIONS
{
.=0x1000;
.text:{*(.text)}
.=0x8000000;
.data:{*(.data)}
.bss:{*(.bss)}
}
具体分析:
关键字’SECTIONS’开始于这个配置.后面跟有一串放在花括号中的符号赋值和输出端描述的内容.
第一行是对一个特殊的符号’.’赋值,这是一个定位标识器.如果你没有以其他的方式制定输出段的地址,那地址值就会被设为定位标识器的现有值,即0x1000.
第二行定义一个输出段,’.text’.冒号’:’是语法需要,现在可以被忽略.段后面的花括号中,应该列出所有应该放入这个输出段中的输入端的名字.’*’是通配符,匹配所有文件名.即将所有输入文件中的.text段都保存在此段中.
余下的是.data和.bss段,同理,链接器会把所有.data段从地址0x8000000开始处放置.
最后,定位标识器的值变为0x8000000加上所有.data段的地址.此时链接器把所有.bss放在此处开始的地址.
4、简单的链接脚本命令
设置入口点
在运行一个程序时,第一个被执行到的指令成为”入口点”.你可以使用”ENTRY”链接脚本命令来设置入口点.参数是一个符号名,如下:
ENTRY(SYMBOL)
有很多不同的方法来设置入口点.链接器会通过按顺序尝试一下方法来设置入口点,如果成功了,就会停止.
1,’-e’ 入口命令行选项
2,链接脚本中的ENTRY(SYMBOL)命令
3,如果定义了start,就使用start的值
4,如果存在就使用’.text’段的首地址
5,地址’0’
5、命令行设置链接地址
ld用于将多个obj或者so(库)文件链接成可执行文件.
使用-T选项可以指定数据段,代码段,bss段起始位置.(-T只用于链接bootloader、内核等没有底层软件支持的软件.链接运行于操作系统之上的应用程序时,一般使用默认方式链接).
1,直接指定代码段、数据段、bss段起始地址
如下:
-Ttext startaddr
-Tdata startaddr
-Tbss startaddr
例如:
ld –Ttext 0x00000000 –g led_on.o –o led_on_elf
2,直接使用链接脚本来设置起始地址
ld –Ttimer.lds –o timer_elf a.o b.o
链接脚本timer.lds内容如下:
SECTIONS{
.=0x30000000;
.text : {*(.text)}
.rodata ALIGN(4) : {*(.rodata)}
.data ALIGN(4) : {*(.data)}
.bss ALIGN(4) : {*.(.bss) *(COMMON)}
}
一个SECTIONS命令内部包含一个或多个段,段(section)是连接脚本的基本单元,它表示输入文件中的某部分怎么放置.
完整的链接脚本
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS {
. = 0x50008000;
. = ALIGN(4);
.text :
{
start.o (.text)
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.data :
{
*(.data)
}
. = ALIGN(4);
bss_start = .;
.bss :
{
*(.bss)
}
bss_end = .;
}