arm編譯器學(xué)習(xí)

筆者來聊聊編譯器的用法

arm編譯器學(xué)習(xí)

首先來了解一下編譯器，其通常分為三個部分：前端+優(yōu)化器+后端。

前端：詞法、語法和語義分析，將源代碼轉(zhuǎn)化為抽象語法樹，生成中間代碼

優(yōu)化器：對得到的中間代碼進(jìn)行優(yōu)化，使得代碼更加高效，

后端：將優(yōu)化的代碼轉(zhuǎn)化為針對各自平臺的機(jī)器代碼。

再通俗地說編譯器的工作就是：源代碼->預(yù)處理->編譯->目標(biāo)代碼->鏈接->可執(zhí)行程序。

再來簡單看看一些編譯器的歷史，GCC、LLVM以及Clang等，以及文章介紹的armcc 以及armclang。

GCC （GNU Compiler Collection）是GNU開發(fā)的編譯器，許可證為GPL的自由軟件；

GCC 原來只能處理C，現(xiàn)在可以處理C++、Pascal、Object-C、Java等。

蘋果公司之前一直使用GCC作為編譯器，但是GCC對Objective-C支持一直不怎么好，好多新特性沒有增加，所以蘋果公司開始尋求編譯器的替代品。

這個時候LLVM就出現(xiàn)了，是Chris Lattner在碩士和博士時提出和形成的編譯器，不過其是采用GCC的前端進(jìn)行語義分析，然后LLVM做優(yōu)化和生成目標(biāo)代碼，可以叫做LLVM-GCC。

后來蘋果公司直接計劃繞開GCC，于是招募了Chris Lattner 博士開發(fā)編譯器，Clang就這樣誕生了，其基于LLVM開發(fā)的C/C++/Obj-C編譯器，實際上其是一個編譯器前端，來取代GCC或者超越GCC

armcc 是arm 公司開發(fā)的一款編譯器，集成在KEIL以及ARM DS IDE里面，于5.06版本后停滯（AC5），不繼續(xù)維護(hù)，其前端基于 Edison Design Group 。

armclang 集成于armcc，基于新的架構(gòu) clang 和LLVM，作為arm 的第六代編譯器，AC6，成為今后主推的編譯器。

armcc 編譯器

arm 公司 開發(fā)的一款編譯器，在2005年收購 KEIL 公司后，這塊編譯器就集成在KEIL IDE里面，以及自家開發(fā)的ARM DS5，編譯器以及IDE相關(guān)的文檔可以去ARM 公司的官網(wǎng)下載。

下載的文檔主要分幾個部分：armcc 編譯器、armasm 匯編器、armlink 鏈接器、armar 打包以及fromelf bin文件。

1、armcc

armcc 編譯器 主要是編譯.c/.cpp源文件文件，生成目標(biāo)文件，通過各種編譯選項 command-line來支持各種特性。接著來羅列幾個常見的編譯選項。

一般的arm cc的編譯器的編譯器的語法如下：

?

armcc?[options]?[source]?
舉例如下：
armcc?-I?../common/?-I?../driver??-g?--apcs=interwork?--cpu=Cortex-R5?-c?../common/led.c?-o?../out/led.o
123

?

-c/-C/-o/-D-c 代表 只是編譯，不進(jìn)入鏈接步驟，-C 保留預(yù)處理的輸出，然后-E 可以指定預(yù)處理輸出到某個指定文件。

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armcc?-c?-C?-E??-I?../common/?-I?../driver?-g?--apcs=interwork?--cpu=Cortex-R5?../common/led.c?-o?../out/led.i
這樣之后，可以看到預(yù)處理的結(jié)果，比如宏替換后的結(jié)果，方便分析問題。
12

?

-o 指定輸出的文件名稱
-D 定義宏名稱，例如：-DLOG -DUART=1 -U 移除已經(jīng)定義的宏名稱

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#define?LOG
#define?UART?1

在編譯器命令行指定上面的宏，相當(dāng)于在程序里面定義上述代碼的定義
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?

-I：指定include的目錄 ，如果路徑?jīng)]指定，編譯階段就會報錯，找不到相關(guān)的文件，相比大家都見過這個錯誤吧！

–c99 --c90 指的的是C語言的語法版本，

–cpu=name 比如 --cpu=Cortex-R5

-M/–md 這兩個是用來為每個源文件產(chǎn)生編譯依賴，–md 生成.d文件，表示這個目標(biāo)文件所依賴的頭文件。這個在增量編譯非常有用，再找到依賴關(guān)系后，更新依賴，則可以只編譯修改的文件以及依賴的文件。

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armcc??-c?-M??-I?..SYSTEMsys??-I?...??sys.c?--no_depend_single_line?--md??
1

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–diag_error/–diag_suppress/–diag_warning 對編譯的警告以及錯誤進(jìn)行處理，比如屏蔽某個編譯警告/錯誤

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--diag_error=warning??????????????????????將err的編譯消息視為warning,
--diag_suppress=3017,1256,1148????????????將編譯消息?編碼為?3017,1256,1148的診斷消息屏蔽
--diag_warning=1234,5678??????????????????屏蔽編碼為?1234,5678的warning的診斷消息??????
--diag_warning=error??????????????????????將warning視為error
1234

?

例如下面的20、223 這種編碼序號。

在這里插入圖片描述

–feedback=filename 編譯反饋，主要是用來去除沒有用到的代碼 （數(shù)據(jù)以及code），需要與鏈接的選項一起使用，通常需要編譯兩次。

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--feedback=unused_section.txt???編譯器階段把沒用到的代碼和code單獨放在一個section，方便鏈接階段去除，鏈接階段，生成不用的section區(qū)
--feedback=image_none???????????忽略鏈接階段的鏈接腳本，忽略代碼布局，則不會生成axf文件
--remove????????????????????????去除不用的section
--keep?memory_alyout.o(rw)????可以設(shè)置memory_out.o中的rw段不刪除?????????????????????????
通過feedback，空間從950k?->?800k?(雙core的bin?所需空間)
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?

–inline/–forceinline

前者會對函數(shù)是否內(nèi)斂進(jìn)行考慮，后者強(qiáng)制將所有函數(shù)進(jìn)行內(nèi)斂，要對單個函數(shù)進(jìn)行內(nèi)斂，可以考慮對函數(shù)進(jìn)行修飾，__forceinline。

需要注意的是，并不是所有的函數(shù)都可以內(nèi)聯(lián)，比如遞歸函數(shù)。

–littleend/–bigend 數(shù)據(jù)大小端設(shè)置，

-O0/O1/O2/O3/Otime/Ospace 編譯優(yōu)化選項

-O0最小優(yōu)化。關(guān)閉大多數(shù)優(yōu)化。啟用調(diào)試時，此選項提供最佳調(diào)試視圖，因為生成代碼的結(jié)構(gòu)直接對應(yīng)于源代碼。所有干擾調(diào)試視圖的優(yōu)化都被禁用。

可以在任何可到達(dá)的點設(shè)置斷點，包括死代碼（程序執(zhí)行不到的地方 或者沒有受調(diào)用的地方）。

變量的值在其范圍內(nèi)的任何地方都可用，但它所在的位置除外未初始化。

Backtrace 提供了讀取源代碼時預(yù)期的函數(shù)調(diào)用棧關(guān)系。

雖然 -O0 生成的調(diào)試視圖與源代碼最接近，但用戶可能更喜歡 -O1 生成的調(diào)試視圖，因為這提高了代碼的質(zhì)量在不改變基本結(jié)構(gòu)的情況下。

死代碼包括對程序結(jié)果沒有影響的可達(dá)代碼，例如對從未使用過的局部變量的賦值。無法訪問的代碼是專門的代碼無法通過任何控制流路徑訪問，例如緊跟在返回之后的代碼陳述。

-O1受限優(yōu)化。編譯器只執(zhí)行可以描述為調(diào)試信息的優(yōu)化。刪除未使用的內(nèi)聯(lián)函數(shù)和未使用的靜態(tài)函數(shù)。關(guān)掉嚴(yán)重降低調(diào)試視圖的優(yōu)化。如果與 –debug 一起使用，此選項會給出總體上令人滿意的調(diào)試視圖且具有良好的代碼密度。調(diào)試視圖與 –O0 的區(qū)別在于：

不能在死代碼上設(shè)置斷點。

變量的值在初始化后可能在其范圍內(nèi)不可用。例如，如果他們分配的位置已被重復(fù)使用。

沒有影響的函數(shù)可能會被亂序調(diào)用，或者如果結(jié)果是不需要的。

Backtrace 可能不準(zhǔn)確，因為在棧的方面處理有變化，存在調(diào)用優(yōu)化。

優(yōu)化級別 –O1 在源代碼和對象之間產(chǎn)生良好的對應(yīng)關(guān)系代碼，特別是當(dāng)源代碼不包含死代碼時。

生成的代碼可以是明顯小于 –O0 處的代碼，這可以簡化目標(biāo)代碼的分析。

-O2高度優(yōu)化。如果與 --debug 一起使用，調(diào)試視圖可能不太令人滿意，因為目標(biāo)代碼到源代碼的映射并不總是清晰的。編譯器可能會執(zhí)行調(diào)試信息無法描述的優(yōu)化。這是默認(rèn)的優(yōu)化級別。調(diào)試視圖與 –O1 的區(qū)別在于：

源代碼到目標(biāo)代碼的映射可能是多對一的，因為可能多個源代碼位置映射到目標(biāo)文件的一個點，更激進(jìn)的指令優(yōu)化。

允許指令調(diào)度跨越序列點。這可能導(dǎo)致變量在特定點的報告值與期望的值不匹配。

編譯器自動內(nèi)聯(lián)函數(shù)

-O3最大優(yōu)化。啟用調(diào)試后，此選項通常會提供較差的調(diào)試視圖。ARM 建議在較低的優(yōu)化級別進(jìn)行調(diào)試。如果同時使用 -O3 和 -Otime，編譯器會執(zhí)行更積極的額外優(yōu)化，例如：

高級標(biāo)量優(yōu)化，包括循環(huán)展開。這可以給顯著以較小的代碼大小成本獲得性能優(yōu)勢，但存在構(gòu)建時間較長的風(fēng)險。

更積極的內(nèi)聯(lián)和自動內(nèi)聯(lián)。

這些優(yōu)化有效地重寫了輸入源代碼，導(dǎo)致目標(biāo)代碼與源代碼的最低對應(yīng)和最差的調(diào)試視圖。--loop_optimization_level=option ，控制在 –O3 –Otime 執(zhí)行的循環(huán)優(yōu)化效果。循環(huán)優(yōu)化的數(shù)量越高，源代碼和目標(biāo)代碼之間的對應(yīng)關(guān)系就越差。

使用 --vectorize 選項還降低了源代碼和目標(biāo)代碼之間的對應(yīng)關(guān)系。有關(guān)在源代碼上執(zhí)行的高級轉(zhuǎn)換的更多信息，請訪問–O3 –Otime 使用 --remarks 命令行選項。

因為優(yōu)化會影響目標(biāo)代碼到源代碼的映射，所以使用 -Ospace 和 -Otime 選擇優(yōu)化級別通常會影響調(diào)試視圖。

如果需要簡單的調(diào)試視圖，選項 -O0 是最好的選擇。選擇 -O0 通常會將 ELF 映像的大小增加 7% 到 15%。要減小調(diào)試表的大小，請使用–remove_unneeded_entities 選項

–split_sections為每個源文件的函數(shù)創(chuàng)建一個section，方便在鏈接的時候去掉.o文件 中的不用的函數(shù)。–attribute((section(…))) 可以修飾data 和 function，將其放到指定的section，而不是放到默認(rèn)的section

–thumb將該.c文件編譯成 thumb指令，

?

#pragma??arm?????????編譯成arm指令
#pragma??thumb???????編譯成thumb指令
#pragam??push????????保存#pragma?狀態(tài)
#pragma??pop?????????彈出狀態(tài)?與上面的可以一起使用
#pragma? pack（n）???設(shè)置 n字節(jié)對齊，對于結(jié)構(gòu)體來說。
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?

–use_frame_pointer這個設(shè)置棧頂指針，每次進(jìn)入函數(shù)后，會首先將棧頂壓入棧，之后再做其他的寄存器壓棧，這樣的好處是backtrace的調(diào)用關(guān)系很容易找出來。詳見ARM開發(fā)中幾個常見的寄存器詳解

-apcs=interwork 支持內(nèi)部thumb與arm 指令相互切換，比如BLX，這個支持thumb指令的地方用處較多，

2、armasm

嵌入式匯編

函數(shù)形參列表可以使用變量，但是函數(shù)體必須要用寄存器，函數(shù)體都是匯編語言實現(xiàn)

需要匯編語言處理返回指令

?

__asm?return-type?function-name(parameter-list)
{
//?ARM/Thumb?assembly?code
instruction{;comment?is?optional}
...
instruction
}

/*示例1*/
__asm?int?f(int?i)
{
?ADD?r0,?r0,?#1?
}

/*示例2*/
#include?
__asm?void?my_strcpy(const?char?*src,?char?*dst)
{
loop
?LDRB?r2,?[r0],?#1
?STRB?r2,?[r1],?#1
?CMP?r2,?#0
?BNE?loop
?BX?lr
}
int?main(void)
{
?const?char?*a?=?"Hello?world!";
?char?b[20];
?my_strcpy?(a,?b);
?printf("Original?string:?'%s'
",?a);
?printf("Copied?string:?'%s'
",?b);
?return?0;
}

?

內(nèi)聯(lián)匯編

同一行如果有多行指令，必須要有封號（；）

如果一個指令超出一行，需要增加反斜杠（）

在多行格式中，允許在內(nèi)聯(lián)匯編語言塊中的任何位置使用C和C++注釋。但是注釋不能嵌入到多條指令的行中。

在匯編語言中，逗號（，）用作分隔符，所以C表達(dá)式的逗號運算符必須用括號括起來來和它們進(jìn)行區(qū)分

標(biāo)簽必須后跟冒號，：，如C和C++標(biāo)簽

asm語句必須位于C++函數(shù)內(nèi)部。asm語句可以在任何需要C++語句的地方使用

內(nèi)聯(lián)程序集代碼中的寄存器名被視為C或C++變量。它們不一定與同名的物理寄存器有關(guān)。如果寄存器未聲明為C或C++變量，編譯器將生成警告

不得在內(nèi)聯(lián)程序集代碼中保存和還原寄存器，編譯器會執(zhí)行此操作。此外，內(nèi)聯(lián)匯編程序不提供對物理寄存器的直接訪問。然而，可以通過變量間接訪問寄存器

pc/lr/sp:__current_pc,__current_sp, and __return_address 來read

內(nèi)聯(lián)匯編中不要修改處理器模式或者協(xié)處理器的狀態(tài)

?

int?f(int?x)
{
?__asm
?{
??STMFD?sp!,?{r0}?//?save?r0?-?illegal:?read?before?write
??ADD?r0,?x,?1
??EOR?x,?r0,?x
??LDMFD?sp!,?{r0}?//?restore?r0?-?not?needed.
?}
?return?x;
}
The?function?must?be?written?as:
int?f(int?x)
{
?int?r0;
?__asm
?{
??ADD?r0,?x,?1
??EOR?x,?r0,?x
?}
?return?x;
}

int?foo(int?x,?int?y)
{
__asm
{
?SUBS?x,x,y
?BEQ?end
}
return?1;
end:
?return?0;
}

?

由于篇幅原因，后續(xù)再補(bǔ)充armclang的知識。

　　審核編輯：湯梓紅