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1、编译

1、编译过程简介

(1）编译，MDK 软件使用的编译器是 armcc 和 armasm，它们根据每个 c/c++ 和汇编源文件编译
成对应的以“.o”为后缀名的对象文件 (Object Code，也称目标文件)，其内容主要是从源文
件编译得到的机器码，包含了代码、数据以及调试使用的信息；

将C/C++和汇编等文件编译成为,o文件 ,o文件是对象文件（目标文件）
（2）链接，链接器 armlink 把各个.o 文件及库文件链接成一个映像文件“.axf”或“.elf”；

(3) 格式转换，一般来说 Windows 或 Linux 系统使用链接器直接生成可执行映像文件 elf 后，内
核根据该文件的信息加载后，就可以运行程序了，但在单片机平台上，需要把该文件的内
容加载到芯片上，所以还需要对链接器生成的 elf 映像文件利用格式转换器 fromelf 转换成
“.bin”或“.hex”文件，交给下载器下载到芯片的 FLASH 或 ROM 中。

编译c到o 链接o生成.axf .elf文件 通过转换器转换成.bin文件或.hex文件。

2、编译具体过程分析

(1) 提示信息的第一部分说明构建过程调用的编译器。图中的编译器名字是“V5.06(build 20)”，
后面附带了该编译器所在的文件夹。在电脑上打开该路径，可看到该编译器包含图 40_3 中
的各个编译工具，如 armar、armasm、armcc、armlink 及 fromelf，后面四个工具已在图 40_1
中已讲解，而 armar 是用于把.o 文件打包成 lib 文件的。

(2) 使用 armasm 编译汇编文件。图中列出了编译 startup 启动文件时的提示，编译后每个汇编
源文件都对应有一个独立的.o 文件。

(3) 使用 armcc 编译 c/c++ 文件。图中列出了工程中所有的 c/c++ 文件的提示，同样地，编译后
每个 c/c++ 源文件都对应有一个独立的.o 文件。

(4) 使用 armlink 链接对象文件，根据程序的调用把各个.o 文件的内容链接起来，最后生成程序
的 axf 映像文件，并附带程序各个域大小的说明，包括 Code、RO-data、RW-data 及 ZI-data
的大小。

(5) 使用 fromelf 生成下载格式文件，它根据 axf 映像文件转化成 hex 文件，并列出编译过程出
现的错误 (Error) 和警告 (Warning) 数量。
(6) 最后一段提示给出了整个构建过程消耗的时间。
构建完成后，可在工程的“Output”及“Listing”目录下找到由以上过程生成的各种文件，见图
40_4。

3、程序的组成、存储与运行

3、1CODE、RO、RW、ZI Data 域及堆栈空间

Code：即代码域，它指的是编译器生成的机器指令，这些内容被存储到 ROM 区。

RO-data：Read Only data，即只读数据域，它指程序中用到的只读数据，这些数据被存储在ROM 区，因而程序不能修改其内容。例如 C 语言中 const 关键字定义的变量就是典型的RO-data。

RW-data：Read Write data，即可读写数据域，它指初始化为“非 0 值”的可读写数据，程序
刚运行时，这些数据具有非 0 的初始值，且运行的时候它们会常驻在 RAM 区，因而应用
程序可以修改其内容。例如 C 语言中使用定义的全局变量，且定义时赋予“非 0 值”给该
变量进行初始化 全局非零变量

ZI-data：Zero Initialie data，即 0 初始化数据，它指初始化为“0 值”的可读写数据域，它与
RW-data 的区别是程序刚运行时这些数据初始值全都为 0，而后续运行过程与 RW-data 的
性质一样，它们也常驻在 RAM 区，因而应用程序可以更改其内容。例如 C 语言中使用定
义的全局变量，且定义时赋予“0 值”给该变量进行初始化 (若定义该变量时没有赋予初始
值，编译器会把它当 ZI-data 来对待，初始化为 0)；未初始化的全局变量，初始化为0的全局变量

ZI-data 的栈空间 (Stack) 及堆空间 (Heap)：在 C 语言中，函数内部定义的局部变量属于栈
空间，进入函数的时候从向栈空间申请内存给局部变量，退出时释放局部变量，归还内存
空间。而使用 malloc 动态分配的变量属于堆空间。在程序中的栈空间和堆空间都是属于
ZI-data 区域的，这些空间都会被初始值化为 0 值。编译器给出的 ZI-data 占用的空间值中包
含了堆栈的大小 (经实际测试，若程序中完全没有使用 malloc 动态申请堆空间，编译器会
优化，不把堆空间计算在内)。临时变量（局部变量） malloc分布区

3、2程序的存储与运行

静止态的程序被存储在非易失存储器中，如 STM32 的内部 FLASH，因而系统掉电后也能正常保存。但是当程序在运行状态的时候，程序常常需要修改一些暂存数据，由于运行速度的要求，这些数据往往存放在内存中 (RAM)，掉
电后这些数据会丢失。静止状态程序存在ROM中比如fllash 运行状态这些数据被放在RAM中

图中的左侧是应用程序的存储状态，右侧是运行状态，而上方是 RAM 存储器区域，下方是 ROM
存储器区域。

程序在存储状态时，RO 节 (RO section) 及 RW 节都被保存在 ROM 区。当程序开始运行时，内核直接从 ROM 中读取代码，并且在执行主体代码前，会先执行一段加载代码，它把 RW 节数据从ROM 复制到 RAM，并且在 RAM 加入 ZI 节，ZI 节的数据都被初始化为 0。加载完后 RAM 区准备完毕，正式开始执行主体程序。**程序开始运行前执行加载代码将RW中的值复制到RAM中，并在RAM中加入zi节且其中初始化数据为0 **

STM32 的 RO 区域不需要加载到 SRAM，内核直接从 FLASH 读取指令运行。计算机系统的应用
程序运行过程很类似，不过计算机系统的程序在存储状态时位于硬盘，执行的时候甚至会把上
述的 RO 区域 (代码、只读数据) 加载到内存，加快运行速度，还有虚拟内存管理单元 (MMU) 辅
助加载数据，使得可以运行比物理内存还大的应用程序。而 STM32 没有 MMU，所以无法支持
Linux 和 Windows 系统

当程序存储到 STM32 芯片的内部 FLASH 时 (即 ROM 区)，它占用的空间是 Code、RO-data 及
RW-data 的总和，所以如果这些内容比 STM32 芯片的 FLASH 空间大，程序就无法被正常保存
了。当程序在执行的时候，需要占用内部 SRAM 空间 (即 RAM 区)，占用的空间包括 RW-data 和
ZI-data。应用程序在各个状态时各区域的组成见表 40‑2。。

静态code+ROdata+RWdata=flash占用控价大小
动态RWdata+ZIdata=SRAM（RAM）占用大小