ARM GCC

2013-12-07T18:58:24Z

Bjoerngust: Habe emIDE hinzugefügt zur Liste der GCC Distributionen

[[Category:ARM]][[Category:Compiler]]Der [[GCC]] kann auch für [[ARM]] konfiguriert werden. Es gibt diverse fertige Binärdistributionen die für verschiedene Controller mit ARM-Kern verwendet werden können.
== GCC Binärdistributionen ==
* [http://www.mentor.com/embedded-software/codesourcery Mentor Graphics Sourcery Tools (vormals CodeSourcery CodeBench Lite)] Windows, Linux
* [https://launchpad.net/gcc-arm-embedded GCC-ARM-Embedded] für Cortex-R4/R5/M0/M3/M4(F)/M0+. Windows, Linux, Mac, bereitgestellt von ARM selbst, vollständiger Support für FPU's, C++11, kein Code-Size-Limit
* [http://www.emide.org/ emIDE] (Windows, komplette Visual Studio artige Entwicklungsumgebung mit GCC und Debugger)
* [http://sourceforge.net/projects/devkitpro/ devkitPro]
* [[ARM GCC toolchain for Linux and Mac OS X]]
* [http://www.yagarto.de/ Yagarto] (Windows, mit Eclipse-Integration),
* [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/#winarm WinARM] (wird derzeit nicht gepflegt)
* [http://gnuarm.com/ GNUARM] (Linux, Windows, wird derzeit nicht gepflegt)

Bei der Auswahl der Toolchain sollte beachtet werden, dass es größere Unterschiede bei den bereitgestellten C-Bibliotheken gibt. Die Sourcery Codebench Lite-Edition stellt z.B. keine Bibliotheken mit FPU-Unterstützung bereit, so dass trotz vorhandener FPU beim Cortex-M4 nur suboptimaler Code erzegt werden kann. Siehe [http://wiki.debian.org/ArmHardFloatPort/VfpComparison] für ein kleines Beispiel und eine Erklärung.

Die im Netz häufig anzutreffende summon-arm Toolchain hat einen der seltenen Compiler-Bugs [http://www.mail-archive.com/gcc-bugs@gcc.gnu.org/msg353473.html] und sollte daher nicht verwendet werden, wenn man floatingpoint-Typen einsetzen möchte. Egal ob mit oder ohne FPU.

Beim Einsatz des gcc in Verbindung mit in C geschriebenem startup-Code bei den Optimierungslevels "-O2" und "-O3" muss zusätzlich "-fno-gcse" gesetzt werden, da ansonsten die von der CPU benötigte NVIC-Tabelle(n) und zugehörige Funktionen u.U. nicht so aussehen wie sie sollten.

Siehe auch [http://embdev.net/topic/129986#1175214 ARM-GCC development resources] im Forum.

== Nutzung mit eigener Umgebung/Kommandozeile ==
Hier einige Hinweise wie man den GCC direkt verwenden kann (zB. mit selbstgebautem makefile), falls man das nicht von einer Entwicklungsumgebung machen lässt.
=== Compiler & Linker Flags ===
Für Eilige, zum Copy&Pasten. Detailinformationen gibt es in der [http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Option-Summary.html#Option-Summary GCC Dokumentation], auch [http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/ARM-Options.html#ARM-Options speziell für ARM].
* Mit Optimierungen:
{| class="wikitable"
|-
! Tool/Sprache !! Cortex-M3 !! Cortex-M4F
|-
| C-Compiler (gcc) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto
|-
| C++ Compiler (g++) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions
|-
| Assembler (as) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb
|-
| Linken von C Code (mit gcc-Befehl) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -Wl,--gc-sections -static || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -Wl,--gc-sections -static
|-
| Linken von C++ (und C) Code (mit g++-Befehl) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static
|-
|}
* Ohne Optimierungen, mit Debug-Informationen:
{| class="wikitable"
|-
! Tool/Sprache !! Cortex-M3 !! Cortex-M4F
|-
| C-Compiler (gcc) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g
|-
| C++ Compiler (g++) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions
|-
| Assembler (as) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb
|-
| Linken von C Code (mit gcc-Befehl) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -Wl,--gc-sections -static || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -Wl,--gc-sections -static
|-
| Linken von C++ (und C) Code (mit g++-Befehl) || -mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static || -mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static
|-
|}

* Siehe auch das [https://launchpadlibrarian.net/135588846/readme.txt Readme vom GCC-ARM-Embedded]
* Um das -flto -Flag verwenden zu können, muss der GCC [http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gccint/LTO.html LTO] unterstützen. Beim GCC-ARM-Embedded ist dies ab Version 4.7-2013-q2-update der Fall.
* Die LTO erkennt die ISR's und den Interrupt Vector möglicherweise als "unbenutzt" und optimiert sie daher weg. Dies kann durch Markierung der Funktionen & Variablen mit "__attribute__ ((used))" verhindert werden.
* Alle Compileroptionen müssen auch beim Linken mit angegeben werden (ist in obiger Tabelle berücksichtigt), da auch dann u.U. Code generiert werden kann.
=== Startupcode & Linkerscript ===
* Damit der compilierte Code an den richtigen Stellen im Controller landet (d.h. dem Flash) muss man dem Linker ein Linkerscript mitgeben. Dies geht per "-T ''pfad_zum_linkerscript.ld''" an den Linker-Befehl. Das Script ist praktisch Controller-spezifisch, es gibt Beispiel-Scripte der Controller-Hersteller.
* Damit beim Starten die richtigen Initialisierungen vorgenommen werden (wie globale Variablen und bei C++ Konstruktoren globaler Objekt-Instanzen) muss als erstes ein Startupcode laufen, der dann die main()-Funktion aufruft. Der Startupcode ist meistens in Assembler geschrieben, C/C++-Code ist aber auch möglich. Assemblercode kann per arm-none-eabi-as (Flags s.o.) assemblisiert werden, die resultierende .o -Datei normal mitgelinkt. Auch für den Startupcode gibt es Beispiele der Controller-Hersteller.

Zusammen bieten die beiden Dateien der Anwendung ein Standard-C-Interface, d.h. man kann wie gewohnt globale Variablen verwenden und seinen Code in die main()-Funktion schreiben.
=== FPU der Cortex-M4F nutzen ===
Um die FPU zu nutzen, muss dem Compiler per [[#Compiler_.26_Linker_Flags|Flag]] dazu gebracht werden, FPU-Instruktionen zu generieren.

Außerdem muss vor Benutzung der FPU-Befehle die FPU aktiviert werden, dies geschieht typischerweise im Startupcode, bevor die main() -Funktion aufgerufen wird. Hier die entsprechenden Befehle, falls sie im verwendeten Startupcode nicht onehin schon enthalten sind:
<pre>/*FPU settings*/
ldr r0, =0xE000ED88 /* Enable CP10,CP11 */
ldr r1,[r0]
orr r1,r1,#(0xF << 20)
str r1,[r0]</pre>
In C/C++ unter Verwendung der CMSIS geht es so:
<syntaxhighlight lang="c">
SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2)); /* set CP10 and CP11 Full Access */
</syntaxhighlight>

Weiterhin sollte die GCC-Distribution auch Laufzeitbibliotheken mit FPU-Unterstützung mitbringen (CodeBench lite und Yagarto werden ohne ausgeleifert, GCC-ARM-Embedded mit).

Am Beispiel der STM32F4 mehr dazu in diesem Thread: [http://www.mikrocontroller.net/topic/261021 Floating Pointing Unit STM32F4]
=== Disassemblieren mit GCC ===
arm-none-eabi-objdump -d -t -C pfad_zum_binary.elf

=== Konvertieren zwischen Binary-Formaten beim GCC ===
arm-none-eabi-objcopy -O ''ausgabeformat'' ''eingabe_binary.elf'' ''ausgabe_binary''

Nützlich als Ausgabeformat sind z.B. "ihex" oder "binary".
=== Code-Größe optimieren ===
Obige Flags (insbesondere -flto -Os -ffunction-sections -fdata-sections -Wl,--gc-sections ) verwenden. [http://www.mikrocontroller.net/topic/298976#3197418 Hier] finden sich noch ein par Tips, für den 1. kann aber mittlerweile der GCC-ARM-Embedded direkt verwendet werden, da er jetzt LTO unterstützt (s.o.).

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