从ads到keil

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Keil是业界最受欢迎的51单片机开发工具之一,它拥有流畅的用户界面与强大的仿真功能。而ARM微控制器的开发工具RealView Microcontroller Development Kit (简称为RealView MDK 或者 MDK)将ARM开发工具RealView Development Suite(简称为 RVDS)的编译器RVCT与Keil的工程管理、调试仿真工具集成在一起。


很多嵌入式系统开发工程师对ARM的老版本开发工具ADS非常熟悉,而RealView MDK与ADS相比较,从外观、仿真流程以及内部二进制编译链接工具上都有了不少改进,用法稍有不同。本主的主旨是介绍通用的流程,以及一些注意事项,帮 助ADS用户将老的、遗留的ADS工程转化成在RealView MDK中进行开发调试的工程。
  
工具结构的改进


作为ARM的新一代微控制器开发工具,RealView MDK不但包含ARM的最新版本编译链接工具,即RVDS3.0的编译链接工具,而且根据微控制器调试开发的特点采用了与ADS、RVDS完全不同的调 试、仿真环境,μVision debugger与simulator。因此,MDK与ADS在工具架构组成上有一些不同,包括了不同的工程管理器,不同版本的ARM编译器 (compiler),不同的调试器(debugger),不同的仿真器(simulator),以及不同的硬件调试单元(见表1)。

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1编译工具例化形式


在ADS中,当用户需要将高级语言代码编译成目标文件时,需要根据目标机器码的不同(16位的Thumb代码或者32位的ARM代码),以 及高级语言的不同(C代码或者C++代码)选择不同的编译器可执行文件。RVCT3.0编译器则将它们全部统一为armcc,仅仅通过不同的编译选项进行 区分。表2较为详细的列出了其中的差别(表2中“默认的编译选项”是指在没有其他编译选项时编译器的缺省选项)。


2 POSIX格式


MDK集成了RVDS的编译工具RVCT,与ADS相比,除去编译、链接工具的可执行二进制文件不同之外,两个不同版本编译器的很多编译链 接选项也有所不同。有关编译链接选项的变化用户可以参考ARM工具文档“RVCT Compiler and Libraries Guide中Table E-2 Mapping of compiler options。


RVCT采用了POSIX格式的编译链接选项,所有的多字符选项前必须使用双下划线。示例:ADS的编译选项-cpu,在MDK中需要改写成--cpu,否则用户在MDK中直接使用ADS的makefile时,工具会产生一个如下警告:


Warning: L3910W: Old syntax, please use ‘--cpu’


3 ARM ABI的变化


ARM ABI是Application Binary Interface for the ARM Architecture的简称,是一系列ARM体系架构标准的集合,囊括了ARM二进制代码交互、开发工具以及操作系统等方面。


对目标文件进行链接之前,MDK工具的链接器会严格检查各个目标文件(objects),判断它们是否复合ARM体系结构的ABI标准。而 MDK与ADS编译链接工具所遵循的ARM ABI是不同版本的,所以将ADS的遗留工程直接移植到MDK并进行链接时,用户可能会遇到如下的错误或者警告:


Error: L6238E: foo.o(.text) contains invalid call from‘~PRES8’function to ‘REQ8’ function
Warning: L6306W: ‘~PRES8’section foo.o(.text) should not use the address of ‘REQ8’ function  foobar


这是因为新工具的ABI要求在函数调用时,系统必须保证堆栈指针8byte对齐,即每次进栈或者出栈的寄存器数目必须为偶数。这是为了能够 更加高效的使用STM与LDR指令对“double”或者“long long”类型的数据进行访问。而老的ARM开发工具ADS并没有考虑到新的ARM内核架构,其ABI对于堆栈的操作仅仅要求4byte对齐。所以当用户 将在ADS中编译链接成功的工程代码移植到MDK上,或者将老的、ADS遗留的目标文件、库文件在新工具MDK中进行链接时,MDK的链接器就会报出以上 的错误。


对于以上情况,用户可以通过简单修改代码并重新编译链接,或者使用特殊的编译选项来解决。


● 重新编译所有代码


当用户拥有该ADS遗留工程的所有源代码时,使用MDK重新编译链接全部代码是最好的解决方法。MDK中的新版本编译工具会重新生成满足堆栈8byte对齐要求的目标文件,避免由于堆栈不对齐引起的链接错误。


当工程中包含汇编代码时,用户可能还需要做少量的代码修改。这些修改包括:


①  检查汇编源码中的指令,确保堆栈操作指令是8byte对齐的。


如例1中,ADS的遗留代码一次性将5个寄存器压栈,由于ARM的指令寄存器宽度为32位,即4byte,显然5个寄存器入栈之后,堆栈指 针不能够满足64位,8byte对齐。为了解决这种情况,我们可以将另外一个并不需要压栈的寄存器、R12,同时压栈,这样当6个32位寄存器进栈之后, 堆栈就能满足64位对齐了。


例1


STMFD sp!,{r0-r3, lr} ; 将R0,R1,R2,R3,LR(奇数)寄存器入栈
……
STMFD sp!, {r0-r3, r12, lr}; 将偶数个寄存器入栈


② 在每个汇编文件的开头,添加“PRESERVE8”指令(见Ex2)。


例2


AREA Init, CODE, READONLY
……
PRESERVE8
AREA Init, CODE, READONLY


● 使用--apcs /adsabi编译选项


当用户没有该ADS遗留工程的全部源码,只拥有库文件或者目标文件时,可以通过--apcs/adsabi编译选项强制MDK的编译器产生 复合ADS ABI要求的目标文件,以达到与遗留的ADS库文件、目标文件兼容的目的(ARM新工具将不会继续支持--apcs/adsabi选项。建议用户及时更新 工具到最新版本)。


4 分散加载注意事项


MDK同样支持ADS的分散加载文件,但是当分散加载文件中涉及到必须被放置ROOT Region中的C库函数时,有时用户需要作少量修改。


ROOT Region的load address与execution address相同,所以这部分代码在系统初始化时无须进行搬移操作,很多库函数,如__scatter*.o或者__dc*.o,必须被放置在Root Region中。


例3 分散加载文件的修改;ADS 中的分散加载文件


ROM_LOAD 0x0
{
 ROM_EXEC 0x0
  { vectors.o (Vect, +First)
    __main.o (+RO)
    * (Region$$Table)
    * (ZISection$$Table)
  }
  RAM_EXEC 0x100000
  { *.o (+RO,+RW,+ZI)    }
  }……;

MDK中的分散加载文件1;          MDK中的分散加载文件2
ROM_LOAD 0x0                     ROM_LOAD 0x0
{                                {
ROM_EXEC 0x0                     ROM_EXEC 0x0
{                             {
     vectors.o (Vect, +First)       vectors.o (Vect, +First)
    * (InRoot$$Sections)            __main.o(*)
  }        * (Region$$Table)
  RAM_EXEC 0x100000              __scatter*.o(*)
  {          __dc*.o(*)
    *.o (+RO,+RW,+ZI)   }
      }                          RAM_EXEC 0x100000
}
{ *.o (+RO,+RW,+ZI)}
  }


在ADS中,用户必须在分散加载文件中明确的将特定section代码放置在Root Region中。而MDK为了支持新的RW压缩机制,采用了新的region table格式,这种新的格式并不包含ZISection$$Table,而且新的scatter-loading (__scatter*.o) 与 decompressor (__dc*.o)必须被放置在root region中。所以EX3中ADS的分散加载文件应该被修改成新的形式。例3中提供了两种修改分散加载文件的方法,分散加载文件1通过 InRoot$$Sections自动将所有必须的库目标放至在root
region中,而分散加载文件2则详细的注明了__scatter*.o与 __dc*.o的位置。


5 C库函数的差异


为了与新的ABI一致,MDK中的库函数名称与ADS可能会有不同。ADS中的__rt_*库函数被替换为__aeabi_*。如果用户的 ADS工程中曾经重定义(retarget)过这些库函数,那么在移植到MDK时,需要重新实现这些函数,以满足新ABI的要求。表3列出了部分函数的对 应关系。

移植实例


结合以上对MDK与ADS差异的描述,本节将以实例的形式叙述如何将ADS1.2上的遗留代码移植到MDK上。


以Philip的LPC2294(ARM7TDMI)为处理器,将一个在ADS1.2上开发的由LPC2294控制LED闪烁的工程移植到 MDK上来。该工程(Legacy_ADS.mcp)共有4个源文件(Startμp.s、tartget.c、IRQ.s、main.c),以及一个分 散加载文件(Scatterload)。


使用ADS1.2编译器,编译选项为:-O1 -g+;链接选项为:-info totals -entry 0x00000000 -scatter ./src/Scatterload.scf -info sizes,我们得到最终代码尺寸信息如下:


Total RO  Size(Code + RO Data)                 1640 (1.60kB)
Total RW  Size(RW Data + ZI Data)               1128 (1.10kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data)       1640 (1.60kB)


为了能够使用ARM新工具MDK的一系列特性,我们需要把ADS中的遗留工程移植到MDK上来。其具体步骤如下。


1 在MDK中新建工程


打开MDK,在主菜单中选择Project-->New…-->μVision Project,并给新工程命名为New_MDK.uv2并保存。


在MDK自动弹出的器件选择窗口(Select Device for Target)中选择该工程所对应的处理器型号,“LPC2294”。当MDK提示用户是否自动添加启动代码时,选择“否”。


2 添加源文件,并设置工程属性


将Legacy_ADS.mcp工程中所有的源文件都添加到新的New_MDK.uv2工程中来。单击工程属性快捷键,打开工程属性设置窗 口,并选择C/C++标签页,设置编译器属性。用户可以根据以前ADS工程的编译属性设置,也可以根据当前具体需求重新设置编译属性。在本例中,我们将 ADS遗留工程的编译属性,“-O1 -g+”修改为“-O1 -g -W”后,复制到“Misc Controls”栏中来。这是因为由于编译器版本的变化,其对应的编译选项也有所变化的缘故。注意:-W选项可以抑止所有的warning。


对ADS工程中的链接选项作适当修改如下,使其复合POSIX格式。


--info totals --entry 0x00000000 --scatter ./src/Scatterload.scf --info sizes


选择Linker标签,将修改过的链接选项复制至MDK工程属性的Linker属性中,并单击“确定”按钮。


3 Build工程并适当修改代码


当所有的工程属性都设置好之后,单击“Build all target file”快捷键,对整个工程进行编译链接。在MDK窗口的build输出一栏中,我们会发现系统出现了一个链接错误L6238E,这是由于MDK中新版 本编译链接工具与ADS的老版本build工具采用不同的ABI造成的。


4 重新编译链接该工程


代码修改完毕之后,单击“Build all target file”快捷键,对该工程进行二次编译链接。MDK将成功生成New_MDK.axf文件,并显示其代码尺寸信息为:
Program Size: Code="1576"  RO-data=64 RW-data=0 ZI-data=1128
这些信息同样可以从链接生成的New_MDK.map文件中得到。


5 代码调试与固化


与其他ARM开发工具相比较,MDK拥有非常出色的仿真功能,可以帮助用户在纯软件的平台上进行较为精确的调试。用户可以在工程属性设置窗口选择simulator调试或者通过硬件调试工具(uLink)进行调试。


当选择simμlator调试时,单击debμg快捷键,打开simulator调试窗口。为了验证该程序在LPC2294硬件平台上是否 能够正确执行,通过GPIO口驱动LED进行循环闪烁,用户可以单击Peripherals->GPIO->Port2,将GPIO端口2的 仿真界面打开。


单击运行快捷键,可以看到在GPIO端口2的仿真调试窗口中,IO口的输出在不停的循环变化。


当程序通过了仿真调试之后,用户就可以通过MDK的硬件调试工具,uLink,将最终代码固化在非易失性的存储器中了。