【ARMv8M Cortex-M33 系列 3.1 -- RT-Thread renesas/ra4m2-eco 移植编译篇 nosys.specs 介绍】

请阅读【嵌入式开发学习必备专栏 之Cortex-M33 专栏】

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问题背景

在编译RT-Thread使用自己写的链接脚本时，使用 scons 进行编译时出现了下面问题：

scons: Reading SConscript files ...
scons: done reading SConscript files.
scons: Building targets ...
scons: building associated VariantDir targets: build
AS build/common/ra4m2_startup.o
CC ra/fsp/src/bsp/cmsis/Device/RENESAS/Source/startup.o
LINK rtthread.elf
/usr/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/../../../arm-none-eabi/bin/ld: /usr/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/../../../arm-none-eabi/lib/thumb/v8-m.main+fp/hard/libc.a(lib_a-abort.o): in function `abort':
/build/newlib-pB30de/newlib-3.3.0/build/arm-none-eabi/thumb/v8-m.main+fp/hard/newlib/libc/stdlib/../../../../../../../../newlib/libc/stdlib/abort.c:59: undefined reference to `_exit'
/usr/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/../../../arm-none-eabi/bin/ld: /usr/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/../../../arm-none-eabi/lib/thumb/v8-m.main+fp/hard/libc.a(lib_a-signalr.o): in function `_kill_r':
/build/newlib-pB30de/newlib-3.3.0/build/arm-none-eabi/thumb/v8-m.main+fp/hard/newlib/libc/reent/../../../../../../../../newlib/libc/reent/signalr.c:53: undefined reference to `_kill'
/usr/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/../../../arm-none-eabi/bin/ld: /usr/lib/gcc/arm-none-eabi/10.3.1/../../../arm-none-eabi/lib/thumb/v8-m.main+fp/hard/libc.a(lib_a-signalr.o): in function `_getpid_r':
/build/newlib-pB30de/newlib-3.3.0/build/arm-none-eabi/thumb/v8-m.main+fp/hard/newlib/libc/reent/../../../../../../../../newlib/libc/reent/signalr.c:83: undefined reference to `_getpid'
collect2: error: ld returned 1 exit status
scons: *** [rtthread.elf] Error 1
scons: building terminated because of errors.

经过调查发现，出现上面的问题主要是由于使用了系统库导致的，那么如何才不适用系统库文件？下文将详细介绍。

nosys.specs 介绍

在使用 GNU 编译器集合 (GCC) 编译嵌入式 C/C++ 程序时，-specs 是一个编译器选项，它指定了链接器应该使用的 specs 文件。Specs 文件是 GCC 的一个特性，它允许程序员和系统构建者控制编译器和链接器的默认设置。nosys.specs 是一个特殊的 specs 文件，它用于告诉链接器不链接任何系统库，这在裸机环境（没有操作系统的环境）中特别有用。

nosys.specs 的作用

nosys.specs 通常在编译裸机或者半主机的 ARM Cortex-M 应用程序时使用。当你的程序不需要或不能使用标准系统库（如 glibc 或 newlib 中的系统调用）时，nosys.specs 非常有用。这些情况通常发生在不依赖操作系统的嵌入式系统中，比如不需要文件 I/O、堆分配、环境变量或命令行参数等功能的系统。

使用 nosys.specs 可以避免链接器尝试链接对于嵌入式环境来说不必要或不可用的系统调用处理。这样可以减少最终固件的大小，并避免在不支持这些特性的环境中运行时可能出现的问题。

使用举例

假如你有一个名为 main.c 的 C 程序，你想为一个没有操作系统的 ARM Cortex-M33 微控制器编译它，你可以使用以下 GCC 命令：

arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m33 -mthumb -specs=nosys.specs -o main.elf main.c 

在这个例子中：

• arm-none-eabi-gcc 是用于 ARM 架构的 GCC 交叉编译器的名称。
• -mcpu=cortex-m3 指定了目标 CPU 类型。
• -mthumb 表示使用 Thumb 指令集。
• -specs=nosys.specs 告诉链接器不要使用任何操作系统级系统调用的实现。
• -o main.elf 指定输出文件名。
• main.c 是输入的 C 源文件。

执行这条命令将生成一个名为 main.elf 的 ELF 格式的可执行文件，它可以在没有操作系统支持的 Cortex-M3 微控制器上运行，而不会链接任何可能导致运行时错误的标准库系统调用。

通过添加该编译选项之后可以顺利编译过：

...
LINK rtthread.elf
arm-none-eabi-objcopy -O ihex rtthread.elf rtthread.hex
arm-none-eabi-size rtthread.elf
   text    data     bss     dec     hex filename
  89464    3252    4208   96924   17a9c rtthread.elf
arm-none-eabi-objcopy -O binary rtthread.elf rtthread.bin
arm-none-eabi-size rtthread.elf
   text    data     bss     dec     hex filename
  89464    3252    4208   96924   17a9c rtthread.elf
scons: done building targets.