<2013 01 18> 从ADS到RealViewMDK —— ARM-MCU新一代集成开发环境

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）。 

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。例如：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。