今天痞子衡給大家講的是嵌入式開發里的 source 文件。

眾所周知，嵌入式開發屬于偏底層的開發，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。

盡管在平常開發中，我們都只會關注自己創建的 .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，以及常用的函數庫實現程序。C 標準庫由 Committee 制訂發布，通常會被包含在 IDE 里。列舉一些常見文件和函數如下，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 */ 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的函數庫。

2. Compiler Library
我們在開發嵌入式應用時需要借助集成開發環境（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，配套的函數庫便應運而生。

編譯器函數庫是因 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:

#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，嵌入式程序的執行靠的是控制器內核（此處指的內核便是 ARM 內核），ARM 公司在設計內核時，提供了一些內核模塊的接口，開發者可以通過這些接口訪問內核資源，CMSIS header 里就是這些內核模塊資源的接口。

3. CMSIS header
完整的 CMSIS header 目錄應該是下面這個樣子，而必須要關注的只有 /CMSIS/Include 下面的 core_cmx.h 文件

/CMSIS

/Core

/DAP /* ARM debugger 實現 */

/Driver /* ARM 統一的常用外設 driver API */

/DSP_Lib /* ARM 優化實現的 DSP Lib */

/Include /* ARM 內核資源接口 */

/arm_xx.h

/cmsis_xx.h

/core_cmx.h

/Lib /* ARM 優化實現的標準 Lib */

/Pack

/RTOS /* ARM 推出的 RTOS- RTX */

/RTOS2

/SVD

/Utilities

core_cmx.h 文件里定義了內核資源接口，里面最常用的三大模塊是 SCB，SysTick，NVIC，一個嵌入式開發的老手看到這些模塊應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 芯片生產商提供，我們在選型一個 ARM 芯片時，除了看 ARM 內核類型外，還得看芯片內部外設資源，是這些外設導致了 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 芯片各種外設資源，同時也會提供這些外設資源的接口。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）、外設模塊類型定義(xx_Type) 、外設基地址定義（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 .

END

6. system_device.c/h：芯片系統初始化文件，主要包含全局變量 SystemCoreClock 定義（提供芯片內核默認工作頻率）、SystemInit()函數定義（完成最基本的系統初始化，比如 WDOG 初始化，RAM 使能等，這部分因芯片設計而異）。

7. device SDK Library：官方提供的芯片外設 SDK driver 包文件，有了這個 SDK 包可以直接使用片內外設設計自己的應用，而不需要查看芯片手冊里的外設模塊寄存器去重寫外設驅動。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

第五類文件是開發者自己創建，用于實現開發者自己的嵌入式應用，分為應用系統啟動文件，應用系統初始化文件，應用文件。其中應用系統啟動和初始化文件屬于 main 函數之前的文件，一般可以通用，大部分開發者并不關心其具體內容，但是了解其過程可以加深對嵌入式系統結構的理解。

8. reset.s：應用系統復位啟動文件，了解 ARM 原理的都知道，image 前 8 個字節數據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，這是芯片執行的第一個函數入口，該函數主要用于完成應用系統初始化工作，包含應用中斷向量表重定向、調用芯片系統初始化、ARM 系統寄存器 rx 清零、初始化應用程序各數據段、初始化 ARM 系統中斷、跳轉 main 函數。

// 一段經典的 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：應用系統初始化文件，該文件里主要包含兩個初始化函數，init_data_bss()、 init_interrupts()，data, bss 段數據的初始化是為了保證嵌入式系統中所有全局變量能有一個開發者指定的初值。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 （執行在 RAM 中的函數（由 IAR 指定的 __ramfunc 修飾的函數））.

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：應用文件，此處便是主函數以及各功能函數的集合了，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，嵌入式開發里的各種來源的 source 文件痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

審核編輯 黃昊宇