嵌入式程序的編譯與調(diào)試

嵌入式程序的編譯與調(diào)試第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.1C語(yǔ)言編譯器C語(yǔ)言是在70年代初問世的。一九七八年由美國(guó)電話電報(bào)公司(AT&T)貝爾實(shí)驗(yàn)室正式發(fā)表了C語(yǔ)言。早期的C語(yǔ)言主要是用于UNIX系統(tǒng)目前最流行的C語(yǔ)言編譯器有以下幾種：GNUCompilerCollection或稱GCCMicrosoftC或稱MSCBorlandTurboC或稱TurboC第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2C語(yǔ)言編譯過程編譯：編譯程序讀取源程序（字符流），對(duì)之進(jìn)行詞法和語(yǔ)法的分析，將高級(jí)語(yǔ)言指令轉(zhuǎn)換為功能等效的匯編代碼，再由匯編程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言，并且按照操作系統(tǒng)對(duì)可執(zhí)行文件格式的要求鏈接生成可執(zhí)行程序。C源程序頭文件－－>預(yù)編譯處理(cpp)－－>編譯程序本身－－>優(yōu)化程序－－>匯編程序－－>鏈接程序-->可執(zhí)行文件預(yù)處理編譯階段優(yōu)化階段匯編過程連接程序第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2.1編譯預(yù)處理預(yù)處理：讀取c源程序，對(duì)其中的偽指令（以#開頭的指令）和特殊符號(hào)進(jìn)行處理。偽指令主要包括以下四個(gè)方面：宏定義指令如#defineName#undef條件編譯指令如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,頭文件包含指令如#include"FileName"或者#include<FileName>等特殊符號(hào)如LINEFILE預(yù)編譯程序所完成的基本上是對(duì)源程序的“替代”工作。經(jīng)過此種替代，生成一個(gè)沒有宏定義、沒有條件編譯指令、沒有特殊符號(hào)的輸出文件。這個(gè)文件的含義同沒有經(jīng)過預(yù)處理的源文件是相同的，但內(nèi)容有所不同。第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2.2編譯階段預(yù)編譯程序所要作得工作:詞法分析語(yǔ)法分析，翻譯成等價(jià)的中間代碼表示或匯編代碼。第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2.3優(yōu)化階段優(yōu)化處理是編譯系統(tǒng)中一項(xiàng)比較艱深的技術(shù)。它涉及到的問題不僅同編譯技術(shù)本身有關(guān)，而且同機(jī)器的硬件環(huán)境也有很大的關(guān)系中間代碼的優(yōu)化不依賴于具體的計(jì)算機(jī)主要的工作是刪除公共表達(dá)式、循環(huán)優(yōu)化（代碼外提、強(qiáng)度削弱、變換循環(huán)控制條件、已知量的合并等）、復(fù)寫傳播，以及無用賦值的刪除，

目標(biāo)代碼的生成優(yōu)化依賴于具體的計(jì)算機(jī)充分利用機(jī)器的各個(gè)硬件寄存器存放的有關(guān)變量的值，以減少對(duì)于內(nèi)存的訪問次數(shù)對(duì)指令進(jìn)行一些調(diào)整使目標(biāo)代碼比較短，執(zhí)行的效率比較高經(jīng)過優(yōu)化得到的匯編代碼必須經(jīng)過匯編程序的匯編轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)器指令，方可能被機(jī)器執(zhí)行第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2.4匯編階段匯編過程實(shí)際上指把匯編語(yǔ)言代碼翻譯成目標(biāo)機(jī)器指令的過程目標(biāo)文件中所存放的也就是與源程序等效的目標(biāo)的機(jī)器語(yǔ)言代碼。目標(biāo)文件由段組成代碼段該段中所包含的主要是程序的指令。該段一般是可讀和可執(zhí)行的，但一般卻不可寫。數(shù)據(jù)段主要存放程序中要用到的各種全局變量或靜態(tài)的數(shù)據(jù)。一般數(shù)據(jù)段都是可讀，可寫，可執(zhí)行的。第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2.4匯編階段UNIX環(huán)境下主要有三種類型的目標(biāo)文件：可重定位文件其中包含有適合于其它目標(biāo)文件鏈接來創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行的或者共享的目標(biāo)文件的代碼和數(shù)據(jù)。共享的目標(biāo)文件這種文件存放了適合于在兩種上下文里鏈接的代碼和數(shù)據(jù)。第一種事鏈接程序可把它與其它可重定位文件及共享的目標(biāo)文件一起處理來創(chuàng)建另一個(gè)目標(biāo)文件；第二種是動(dòng)態(tài)鏈接程序?qū)⑺c另一個(gè)可執(zhí)行文件及其它的共享目標(biāo)文件結(jié)合到一起，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程映象?？蓤?zhí)行文件它包含了一個(gè)可以被操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程來執(zhí)行之的文件。匯編程序生成的實(shí)際上是第一種類型的目標(biāo)文件。對(duì)于后兩種還需要其他的一些處理方能得到，這個(gè)就是鏈接程序的工作了。第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2.5鏈接階段鏈接程序是將有關(guān)的目標(biāo)文件彼此相連接，使得所有的這些目標(biāo)文件成為一個(gè)能夠被操作系統(tǒng)裝入執(zhí)行的統(tǒng)一整體。目標(biāo)文件由段組成鏈接處理可分為兩種：靜態(tài)鏈接動(dòng)態(tài)鏈接第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.1.3Makefilemakefile是用于自動(dòng)編譯和鏈接的makefile能夠紀(jì)錄文件的信息，決定在鏈接的時(shí)候需要重新編譯哪些文件第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.2嵌入式C程序的編譯過程創(chuàng)建過程編譯鏈接定址第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.2.1創(chuàng)建過程源代碼轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的二進(jìn)制映像的過程源文件都被編譯或匯編到一個(gè)目標(biāo)文件（objectfile）可重定位程序（relocatableprogram）重定址（relocation）的過程第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.2.2編譯編譯器的工作主要是把用人可讀的語(yǔ)言所書寫的程序，翻譯為特定的處理器上等效的一系列操作碼。第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.2.3鏈接創(chuàng)建過程編譯鏈接定址第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.2.4定址創(chuàng)建過程編譯鏈接定址第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3程序運(yùn)行A.out及其傳說段操作系統(tǒng)在a.out里干了什么C語(yǔ)言運(yùn)行在a.out里干了什么函數(shù)調(diào)用時(shí)發(fā)生了什么Auto和static關(guān)鍵字Unix/Linux的堆棧段MS-DOS的堆棧段第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.1A.out及其傳說A.out-----“assembleroutput(匯編程序輸出)”的縮寫形式a.out文件格式分析a.out文件包含7個(gè)section，格式如下：execheader（執(zhí)行頭部，也可理解為文件頭部）textsegment（文本段）datasegment(數(shù)據(jù)段)textrelocations(文本重定位段)datarelocations（數(shù)據(jù)重定位段）symboltable（符號(hào)表）stringtable（字符串表）a.out是早期UNIX系統(tǒng)使用的可執(zhí)行文件格式，由AT&T設(shè)計(jì)，現(xiàn)在基本上已被ELF文件格式代替第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.2段段(segments):是二進(jìn)制文件中簡(jiǎn)單的區(qū)域，里面保存了和某種特定類型(如符號(hào)表?xiàng)l目)相關(guān)的所有信息段可以方便地映射到鏈接器在運(yùn)行時(shí)可以直接載入的對(duì)象中段在正在執(zhí)行的程序中是一塊內(nèi)存區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有特定的目的

第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.3操作系統(tǒng)在a.out里干了什么為什么a.out要以段的形式組織段可以方便地映射到鏈接器在運(yùn)行時(shí)可以直接載入的對(duì)象中!段在正在執(zhí)行的程序中是一塊內(nèi)存區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有特定的目的段特點(diǎn)文本段包含序的指令數(shù)據(jù)段包含經(jīng)過初始化的全局和靜態(tài)變量以及它們的值堆棧段用于保存局部變量、臨時(shí)數(shù)據(jù)、傳遞到函數(shù)中的參數(shù)第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.4C語(yǔ)言運(yùn)行在a.out里干了什么運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)種類堆?；顒?dòng)記錄(activationrecord)數(shù)據(jù)堆第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.4C語(yǔ)言運(yùn)行在a.out里干了什么堆棧段堆棧段包含一種單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——堆棧一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了一種“后進(jìn)先出”的結(jié)構(gòu)sp，用于提示堆棧當(dāng)前的頂部位置堆棧段作用堆棧為函數(shù)內(nèi)部聲明的局部變量提供存儲(chǔ)空間進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)，堆棧存儲(chǔ)與此有關(guān)的一些維護(hù)性信息堆棧也可以被用作暫時(shí)存儲(chǔ)區(qū)第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.4C語(yǔ)言運(yùn)行在a.out里干了什么如何找到段的地址聲明位于這些段的變量，并打印它們的地址在不同的計(jì)算機(jī)架構(gòu)和不同的操作系統(tǒng)中，堆棧的位置可能各不相同例:#include<stdio.h>main(){inti；

printf(”Thestacktopisnear%p\n”，＆i)；

return0；}第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.5函數(shù)調(diào)用時(shí)發(fā)生了什么跟蹤調(diào)用鏈C語(yǔ)言自動(dòng)提供的服務(wù)哪些函數(shù)調(diào)用了哪些函數(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制:堆棧中的過程活動(dòng)記錄過程活動(dòng)記錄是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持過程調(diào)用記錄調(diào)用結(jié)束以后返回調(diào)用點(diǎn)所需要的全部信息第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.6Auto和static關(guān)鍵字A.out及其傳說段操作系統(tǒng)在a.out里干了什么C語(yǔ)言運(yùn)行在a.out里干了什么函數(shù)調(diào)用時(shí)發(fā)生了什么Auto和static關(guān)鍵字Unix/Linux的堆棧段MS-DOS的堆棧段第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.7Unix/Linux的堆棧段堆棧會(huì)自動(dòng)生長(zhǎng)堆棧段（stacksegment）包括兩部分：堆（heap）：供動(dòng)態(tài)內(nèi)存（通過malloc申請(qǐng)的）。堆在BSS區(qū)域的上方，隨著程序不斷申請(qǐng)內(nèi)存，堆會(huì)向上增長(zhǎng)，ps命令顯示的進(jìn)程占用內(nèi)存的大小也會(huì)隨之變化。棧（stack）：就是維護(hù)函數(shù)調(diào)用的系統(tǒng)棧，函數(shù)的參數(shù)和本地變量（除去靜態(tài)變量）儲(chǔ)存在這里。棧位于進(jìn)程內(nèi)存空間的最高段，并隨著函數(shù)的調(diào)用向下增長(zhǎng)。函數(shù)回調(diào)時(shí)，棧向上收回，其中的參數(shù)和變量數(shù)據(jù)作廢。第二十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.3.8MS-DOS的堆棧段在DOS中，在建立可執(zhí)行文件時(shí)，堆棧的大小必須同時(shí)確定，而且它不能在運(yùn)行時(shí)增長(zhǎng)。確定堆棧大小的方法根據(jù)所使用的不同編譯器而不同在Microsoft編譯器中，程序員可以把堆棧的大小作為一個(gè)鏈接器參數(shù)來確定。

STACK：nnn這個(gè)參數(shù)告訴Microsoft鏈接器為堆棧