使用vscode + gcc进行 STM32 单片机开发（一）编译及调试
简介
众所周知，单片机MCU的开发通常是使用keil来进行的，但是keil作为一款有几十年历史的IDE，bug层出不穷，界面也越来越丑，加上使用盗版jlink，导致keil各种崩溃卡死。
故越来越多的单片机IDE也如雨后春笋般冒出，例如 st官方出版的st studio、rt-thread出版的rt-studio，至于好不好用、能不能满足工作需要，则仁者见仁智者见智了。 反正我本人是不喜欢这些IDE的。
本文介绍的使用vscode （visual studio code）来进行单片机MCU的开发。 vscode是目前在互联网软件行业中，最火最流行的编辑器之一。 其特点有：
-
轻量、解耦：
· 本身只有编辑器的功能，安装包大小仅不到100MB。
· 其他大部分功能都是通过插件的形式安装，按需安装。
· 支持全面，c语言、c++、java、python、JavaScript。 几乎所有语言 -
编辑功能完善
· 界面好看，不会崩溃。
· 多行编辑、多行注释、多行选择、自动补全、自动跳转等功能支持到位。
整体架构
上文说道，vscode只是一个单纯的编辑器，并没有什么其他额外的功能，更不用说进行STM32这种嵌入式的开发了。
因此要理解如何使用vscode进行STM32开发，就必须要先理解STM32这种MCU软件的本质和开发流程。
MCU开发的原理
如下图所示，MCU的开发流程如下：
- 编写代码，通常是C语言的代码。 但是也可以是ASM汇编，甚至c++、python、rust等其他语言。
- 编译、链接，相信绝大部分人都亲身体验过这一步，其实就是keil中的build按钮。在keil中，点击build后，会默认生成hex格式的二进制文件。
- 烧录，这一步根据MCU的厂商制定的要求来操作。 有些厂商，例如国产的STC，只需要串口即可烧录。 但是大部分的MCU，都还是需要J-link、ST-link这一类烧录器。 烧录操作可以单独进行，比如你可以下载j-link的驱动，然后单独的点开j-link flash这个软件进行烧录；也可以直接在keil中点击download进行烧录。
- 最后复位MCU，会自动执行代码。
上述的步骤2：编译链接，也可以不用keil，而是使用cmd命令行的形式利用gcc编译器进行编译链接。
所以，上述的所有步骤，其实都可以单独的执行，而不需要依赖keil以及任何其他的IDE
举个例子：
- 使用STM32CubeMX，生成一个makefile工程。
- 下载arm-gcc编译器：https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm
- 编译： 在命令行中输入 make 命令
- 打印一大段编译和链接log后，自动生成：main.bin 文件
- 打开j-flash，加载main.bin，进行烧录
- 烧录完成，执行代码
MCU调试的原理
用过 keil 的同学都知道，keil虽然很多功能都不好用，但是唯独有一点除外：调试功能。 keil的调试功能既方便又强大，点击调试可以一键调试，又可以直接打断点、看变量、看寄存器等等。
下面我来介绍一下MCU调试的原理，从而理解怎么才能不用keil也能实现调试功能：
如上图所示，MCU的调试原理：
- 绝大部分的MCU自身都支持调试接口以及对应的调试协议。以STM32为例，最常用的就是 SWD接口和SWD协议，关于SWD这里就不详述了，简而言之，通过SWD，可以对STM32 MCU实现断点、暂停、单步、变量查看等功能。
- J-link：由于我们的PC机大部分没有SWD这种接口，因此中间需要通过J-link进行一次转接。 同时，为了方便PC机上的软件开发，J-link也支持GDB远程调试协议。
- 最后，通过一根USB线和一个标准的GDB调试器，我们就可以直
接调试MCU了。
示例
下面我通过一个示例来展示如何通过vscode来开发和调试STM32
准备工作：
硬件：
- 任意一个STM32开发板
- 一个jlink
软件：
- vscode
- gcc编译器（arm-none-gnueabi-）：arm官方下载地址：https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm
- STM32CubeMX：协助搭建工程
第一步：生成示例代码
打开STM32CubeMX，随便配置一下，点击生成工程，生成工程时选择Makefile工程，如下图所示：
第二步：使用vscode打开和编译工程
打开工程很简单，vscode本身只是一个编辑器，因此最简单的方法就是直接把工程文件夹拖到vscode里面，即可打开；当然你也可以在vscode里面，点击“文件 - 打开目录”。
打开后如下图所示：
可以看到，界面确实有“高级”程序员那味了。 我们底层程序员终于也迎来了今天。
下一步我们进行编译，编译这比较关键，请重点关注。
在上述准备过程中，下载的arm gcc编译器，解压出来，如下图所示：
把gcc编译器添加到系统路径（环境变量），从而可以从命令行调用。
windows中打开环境变量（根据win7、win10方法不同，这里不再累述），如下图所示：
比如我这里添加的路径就是：Z:\gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-win32\gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10\bin
最后重启一下vscode， 在下面的这里直接敲命令： make，就可以直接编译并生成 .elf文件了。如下图所示：
到这一步，你已经可以直接通过j-flash软件，直接把.bin文件烧录到MCU中了，这里就不再累述了。
注：针对高端玩家，这里多说两句，make命令直接解析当前目录下得makefile，进行编译和链接。 对于后续的添加源文件、头文件、修改链接脚本、增加堆栈大小、固定链接段等操作，都可以去自己修改makefile来实现
第三步：调试代码
请参考上述的架构图，我们需要先启动GDB Server：
安装j-link驱动时，会自动安装j-link GDB Server，如下图所示
GDB Server启动成功后，我们通过PC上的GDB调试器，连接到GDB Server。
GDB调试器已经包含在上述我们下载的 arm gcc编译器中了，具体就是 arm-none-eabi-gdb.exe这个文件。
接下来和第二步：编译链接 过程中类似，我们在vscode中的terminal中输入以下命令：
arm-none-eabi-gdb
结果如下图所示：
然后我们连接到GDB Server，输入命令：
target remote 127.0.0.1:2331 其中127.0.0.1代表本机，2331是上面有提到的端口号。
再输入命令，加载调试文件：
file xxx.elf
设置完毕！ 接下来我们调试一下试试：
先复位一下单片机：
monitor reset
在main.c文件的110行打个断点：
b Core/Src/main.c:110
CPU开始正常执行代码：
continue
输出如下：
手动查看此时的位置；
where
再看看此时的局部变量i的值：
print i
最后看看函数的调用栈：
backtrace
注：j-link gdb server支持的所有命令：https://wiki.segger.com/J-Link_GDB_Server
第四步：使用插件替代命令行的GDB
不难发现，上述的命令行操作，有点蛋疼。 而且理论上来说完全可以像keil那样，使用GUI界面的形式来做。
vscode中通过插件的方法，可以将命令行的操作转换成可视化界面操作，例如b Core/Src/main.c:110 这行命令，可以直接在编辑器上点一下，如下图所示：
有很多插件理论上都可以用，这里我只尝试了其中一个： Cortex-Debug。
安装完成后，需要先简单配置一下这个插件：
1.打开 .bin文件，点击调试选项卡，新建调试配置，选择 cortex-debug:
就会自动生成一个默认配置文件了：
修改默认配置文件，如下图所示：
以上配置完成后，就可以不再进行第三步操作，而是直接点击F5，这个插件就会自动的帮我们启动GDB Server、GDB调试器、处理断点、变量等。 当然你必须要知道，它的底层原理还是和第三步一样。
最后的效果如下图所示：
本文到这里就结束了，欢迎点击我的头像，并继续阅读本系列第二篇文章： 使用vscode + gcc进行 STM32 单片机开发（二）移植 rtthread
结语
最后，代码写的不怎么样，我就没有上传了。 如果有任何疑问，欢迎在下面留言，我看到了就会回复。