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


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

  众所周知,嵌入式开发属于偏底层的开发,紧要编程语言是C和汇编。所以本文要讲的source文件着重指的就是c文件和汇编文件。
  就算在通常开发中,我们都只会关切自己成立的.c/.h/.s源文件,但实质上我们不知不觉中也跟很多不是大家创立的源文件在社交,那么问题来了,一个整机的嵌入式工程(以基于ARM
Cortex-M控制器的工程为例)到底会含有怎样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,下边豹哥按项目逐一分析这些文件:

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昭示而逐级扩大。该类文件重大就是一种,即C标准库。
1. C standard Library
  大家都晓得C语言是有正规的,常见的C标准有ANSI
C(C89)、C99、C11,而C标准函数库(C Standard
library)就是装有符合C标准的头文件的汇集,以及常用的函数库实现程序。C标准库由Committee制订发布,通常会被含有在IDE里。列举部分广泛文件和函数如下,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,需要编译器将C程序汇编成机器码,所有便有了有些跟编译器特性相关的函数库。
2. Compiler Library
  我们在支付嵌入式应用时需要依靠集成开发条件(IDE),常见的IDE有GCC(GNUC),Keil
MDK(ARMCC),IAR
EWARM(ICCARM),那一个IDE都有配套的C编译器,那些编译器是各有特色的,为了尽量呈现各编译器特色,配套的函数库便应运而生。
  编译器函数库是因IDE而异的,此处仅讲一个例证以供参考,需要领悟更多需查看各IDE手册。
  以IAR
EWARM里的DLib_Product_string.h文件为例,该公文中重定义了memcpy的贯彻:

  #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;
  }

第三类:Provided by ARM

  第三类公事由ARM提供,嵌入式程序的执行靠的是控制器内核(此处指的基业便是ARM内核),ARM集团在统筹基本时,提供了一些内核模块的接口,开发者可以经过这个接口访问基本资源,CMSIS
header里就是这一个内核模块资源的接口。
3. CMSIS header
  完整的CMSIS
header目录应该是底下这么些样子,而必须要爱抚的只有\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文件里定义了基础资源接口,里面最常用的三大模块是SCB,SysTick,NVIC,一个嵌入式开发的行家里手看到这多少个模块应该要向豹哥挥手示意,来,让豹哥看见你们的双手~~~

第四类:Provided by Chip Producer

  第四类公事是由ARM芯片生产商提供,我们在选型一个ARM芯片时,除了看ARM内核类型外,还得看芯片内部外设资源,是这多少个外设导致了ARM芯片差距,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,同时也会提供那么些外设资源的接口。
  该类型下文件有四种:
4.
device.h
:芯片头文件,重要包含中断号定义(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,重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
:芯片系统开头化文件,重要包含全局变量SystemCoreClock定义(提供芯片内核默认工作频率)、SystemInit()函数定义(完成最基本的系统开始化,比如WDOG最先化,RAM使能等,这有些因芯片设计而异)。
7. device SDK Library:官方提供的芯片外设SDK
driver包文件,有了这多少个SDK包可以一向使用片内外设设计自己的使用,而不需要查阅芯片手册里的外设模块寄存器去重写外设驱动。当然并不是各类厂商都有完善的SDK包,这有赖于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);

第五类:Created by Developer

  第五类公事是开发者自己创建,用于落实开发者自己的嵌入式应用,分为应用系统启动文件,应用系统伊始化文件,应用文本。其中使用系统启动和初叶化文件属于main函数在此之前的文件,一般可以通用,大部分开发者并不体贴其具体内容,可是精晓其经过可以加深对嵌入式系统结构的明亮。
8. reset.s
应用系统复位启动文件,领悟ARM原理的都知晓,image前8个字节数据分别是芯片上电的开始SP,
PC,其中PC指向的便是本文件里的Reset_Handler,那是芯片执行的率先个函数入口,该函数根本用以完成应用系统起始化工作,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、开首化应用程序各数据段、起始化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
:应用系统起首化文件,该公文里紧要涵盖五个先导化函数,init_C语言,data_bss()、
init_interrupts(),data,
bss段数据的初叶化是为了确保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段的职务是在链接阶段确定的,所以这边需要异常linker文件才能找到正确的data,bss地方,linker文件是因IDE而异的,所有本文件要想做到通用,必须扩大各IDE条件编译,此处仅以IAR下的落实为例:

//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会合了,嵌入式老司机们,请开首你的演出~~~

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

  至此,嵌入式开发里的各样来源的source文件豹哥便介绍完毕了,掌声在何地~~~