gcc学习笔记
1. 由c源码到可执行文件的过程，宏观上叫 编译，这个宏观的编译又可以分解为四个子过程，分别是 预处理 汇编 编译 链接，子过程的编译和宏观的编译不是一个概念。
宏观的编译工具就叫 gcc 或 arm-none-eabi-gcc，子过程分别对应不同的参数。
参数：
-o 输出文件，后跟输出文件的名字，等同于 >
-I 指定自定义的头文件路径
-L 指定自定义的库问价路径
-D 预定义一个宏， -D XXX 等同于在源文件中 #define XXX
-v 打印出编译器内部编译各过程的信息以及编译器版本
-Wl 指定链接器参数
-x 指定文件格式，其后可跟c, objective-c, c-header, c++, cpp-output, assembler, and assembler-with-cpp； 预处理 .S 的文件时用 -x assembler-with-cpp
gcc -x c hello.pig -x none hello2.c 表示 hello.pig 按 c 文件处理，之后的文件按默认后缀处理
子过程：
-E 预处理：把 .h 和 .c 展开成一个文件，宏定义、头文件、库文件直接替换，生成 .i的中间文件
gcc -E hello.c -o hello.i # gcc这个工具使用 -E的参数处理hello.c文件，输出(-o)的文件为hello.i (.c -> .i)
-s 汇编：把 .i 文件生成一个汇编文件 .s
gcc -s hello.i -o hello.s # gcc这个工具使用 -s的参数处理hello.i文件，输出(-o)的文件为hello.s (.i -> .s)
-c 编译：把 .s 文件生成一个目标文件 .o / .obj
gcc -c hello.s -o hello.o # gcc这个工具使用 -c的参数处理hello.s文件，输出(-o)的文件为hello.o (.s -> .o)
链接：把 .o 文件生成一个可执行文件 .elf / .exe
gcc hello.o -o hello
上述四步可以合并为一句话，即：
gcc -c hello.c -o hello (.c -> .o)
2. Makefile 语法
TARGET := $(targ) 可以实现make命令中带入参数，即make targ=fs 就会编译fs路径下的文件
# 是注释， 同时规定 第一个目标文件是最终总目标
1. 显示规则的书写格式如下
目标文件 : 依赖文件
[TAB]依赖文件生成目标文件的指令
hello : hello.o #目标文件 hello 依赖于文件 hello.o
gcc hello.o -o hello #由此指令实现依赖文件到目标文件的生成； -o 后是目标文件，前是依赖文件
hello.o : hello.s
gcc -c hello.s -o hello.o
hello.s : hello.i
gcc -s hello.i -o hello.s
hello.i : hello.c
gcc -E hello.c -o hello.i
上述四步可以合并为一步，即：
hello : hello.c
gcc -c hello.c -o hello
扩展到多个文件，则：
all : obj1.o obj2.o obj3.o
gcc obj1.o obj2.o obj3.o -o all
obj1.o : obj1.c
gcc -c obj1.c -o obj1.o
obj2.o : obj2.c
gcc -c obj2.c -o obj2.o
obj3.o : obj3.c
gcc -c obj3.c -o obj3.o
2. 变量 （类似宏，是个替换的过程）
变量的使用 $(变量名)
变量的赋值 =（赋值） +=（追加赋值） ：=（恒等于，类似常量，一次赋值终身不变，所以：=的变量其后不可再有+=或=的操作）
使用 $(warning $(变量名)) 实现通过打印调试makefile
TAR = all
OBJ = obj1.o obj2.o obj3.o
CC := gcc
RM := rm -rf
3. 隐含规则 %.c %.o 指任意的 .c/.o 文件； *.o *.c 指所有的 .o/.c 文件;
% 和 * 都是所有、任意的通配符，只是 % 是make的语法词，* 是shell的语法词
$(TAR) : $(OBJ)
$(CC) $(OBJ) -o $(TAR)
%.o : %.c
$(CC) -c %.c -o %.o
.PHONY
cleanall:
$(RM) $(OBJ) $(TAR)
clean:
$(RM) $(OBJ)
4. 通配符 注：这里的所有不是总和集合的意思，而是任意，任一的意思。即只要是个依赖文件就可以用 $^ 表示，只要是个目标文件就可以用 $@ 表示
$^ 所有的依赖文件
$@ 所有的目标文件
$< 所有依赖文件中的第一个文件
$(TAR) : $(OBJ)
$(CC) $^ -o $@
%.o : %.c
$(CC) -c $^ -o $@
.PHONY
cleanall:
$(RM) $(OBJ) $(TAR)
clean:
$(RM) $(OBJ)
5. 函数
3. 其他
JLink 和 StLink 其实就是 JTAG 的 adapter， 即 JTAG/SWD 协议的适配器
JLinkGDBServer 和 openocd 是同等的2选一的gdb服务端工具，他两创建成功后会建立一路tcp，然后你根据被调试文件是运行在单片机平台还是pc平台，对应使用arm-none-eabi-gdb或gdb建立一个客户端即可。
用 gcc/gdb 还是 arm-none-eabi-gcc/gdb 取决于文件要在哪个平台运行, 运行于单片机上的无论是编译还是调试都用arm-none-eabi-开头的工具。
使用openocd：
openocd -f project/JLinkOB.cfg 建立openocd的服务端，会创建2个服务端，一个telnet服务端，一个gdb服务端
从属于openocd服务端的两个客户端的区别是gdb的客户端在使用时，各命令需要加上前缀monitor;
例如 monitor halt，而telnet客户端则不需要；同时由JLinkGDBServer创建的客户端也不需要。
(1) 新建窗口输入 telnet localhost 4444 建立连接到openocd-telnet客户端的服务端，固定端口4444 或者
(2) 新建窗口输入 arm-none-eabi-gdb -> xxx.elf -> target remote localhost:3333 -> monitor reset halt -> s
(3) 新建窗口输入 arm-none-eabi-gdb 后再输入 target remote localhost:3333 建立连接到openocd-gdb客户端的服务端，固定端口3333 (--用此法--)
之后输入 (gdb)pwd -> monitor reset halt -> file xxx.elf -> load -> -/focus -> b main -> c 开始gbd调试，b startup_stm32f401xc.s:62 -> continue 实现从头调试
输入info register 或 disassemble 可以看到第一句代码的寄存器值或汇编源码
使用gdb：
JLinkGDBServer -if SWD -device Cortex-M4 -speed 2000 建立JLinkGDB的服务端, 2000KHz
arm-none-eabi-gdb xxx.elf -ex "target remote localhost:2331" 建立gdb的客户端，固定端口2331
4. gdb 命令
help 查看gdb命令类别
r/run 开始/重新开始执行应用程序，应用程序重头开始，直到遇到断点
list 列出源码，持续键入回车，代码向后展开
n/next 单步执行，单步调试
回车 重复执行上条命令
finish/fin 结束当前函数
s 跳入函数
b func 用于在函数名为func的入口设置断点
b /src/codefile.c:81 用于在指定文件指定行号处设置断点
b *0x08000000 用于在指定汇编代码地址处设置断点
del 1 删除1号断点
dis 1 关闭1号断点
en 1 打开1号断点
info b 查看所有断点(i b)
info register 查看寄存器
p var 打印变量，可以打印当前所有变量，打印类型需要匹配
x /10wx 0x08000000 从flash地址0x08000000开始往后打印10个字(w)的内容
set var 设置变量值
bt 查看调用栈
watch 观察点(地址)，当地址中的内容发生变化，程序会停下来
condition 当 0x565d046c 的内容被修改成 0 时停下来
frame 3 跳到栈的第三层，方便查看当前栈信息
c 继续执行，直到下一个断点
disassemble main 显示main函数对应的汇编代码
disassemble /m ptr 反汇编出指针附近的代码
q 退出GDB
-/focus 显示源码
winheight src +/-5 调整串口大小
ctrl+x 是命令前缀
ctrl+x a 退出focus
ctrl+x 2 切换focus窗口
ctrl+l 刷新显示窗口
ctrl+p 上一条命令
ctrl+n 下一条命令
ctrl+b 命令行光标前移
ctrl+f 命令行光标后移
B 表示该断点已到达，代码未执行
b 表示该断点未到达
+ 表示断点使能
- 表示断点失能
> 表示将要执行的代码
5. map 符号表注解：
readelf -a/-t/-s xxx.o/elf 能够看到段的信息
objdump -t xxx.o/elf 能够显示符号表
arm-none-eabi-nm --size-sort -C -r xxx.elf 按占用空间从大到小排序符号表
arm-none-eabi-nm -n --defined-only -C xxx.out/elf > xxx.sym 可以输出执行文件函数地址和函数名称的对照表
arm-none-eabi-size *.o 各文件3个段(.text .data .bss)的大小
局部变量在map中无符号映射，故找不到; map中只有全局的符号可以找到，比如data，bss，rodata，text和func
6. ld 文件解读
源文件中定义但未被引用的变量链接时会被删除，但是加上KEEP后，则会被保留。
data段数据有LOADADDR(data段数据在ROM中的地址)，ADDR(data段数据在RAM中的地址)和SIZE(data段数据的长度)三个参数；
bss段数据有ADDR(bss段数据在RAM中的地址)和SIZE(bss段数据的长度)两个参数
*(.text) 前面的 * 指 所有的 意思； 表示所有输入文件的 .text段
*(.text*) 前面的 * 指 所有的 意思； 后面的 * 是 通配符 的意思，表示 .text 后可跟任意(其后必须有字符)长度的字符;
.text和其后的任意字符构成一个段名，一个段名下可以放 多 个.o文件中的同类段
a.o(.data) 表示 a.o文件中的 .data段
a.o 表示 a.o文件中的 所有段
(*(EXCLUDE_FILE (*a.o *b.o) .text)) 表示除了 a.o和 b.o文件外的所有输入文件的 .text段
*fill* 指填充的意思，即在某两个段之间的0值填充，以达到地址值对齐的目的
eg: *fill* 0x0800575a 0x2 指从地址0x0800575a往后补0x2个0值，即地址0x0800575a和0x0800575b中的内容为0
*(.text .data) 表示所有文件的 .text段和 .data段
顺序是第一个文件的 .text段, 第一个文件的 .data段; 第二个文件的 .text段, 第二个文件的 .data段, …
*(.text) *(.data) 表示所有文件的 .text段和 .data段
顺序是第一个文件的 .text段, 第二个文件的 .text段, …, 最后一个文件的 .text段; 第一个文件的 .data段, 第二个文件的
.data段, …, 最后一个文件的 .data段
> 任何一个文件的任何一个段，在ld文件中都只能至多使用一次(可以不用，但不能重复用); 先写特殊的，再写通配的
SECTIONS { .data1 : { *(.data) } .data2 : { a.o(.data) } } /* 错误 */
SECTIONS { .data2 : { a.o(.data) } .data1 : { *(.data) } } /* 正确 */
/* 先把a.o中的.data段放入.data2段中; 再将除a.o文件外其余文件中的.data段放入.data1段中 */
7. asm 解读
__asm__ volatile( "dsb" ::: "memory" ); 强制将预取指指令放入cpu中registers和cache内的数据作废
1. dsb : data synchronization barrier 数据同步屏障
2. __asm__ : 编译器关键字, 用于指示编译器在此插入汇编语句，语法为 (汇编语句:输出部分:输入部分:破坏描述部分)，不用的部分可以不写，
其中 i 表示立即数 参考 https://www.796t.com/content/1543309144.html
3. __volatile__ : 相当于C语言的volatile(易变的，从内存中取值，而不是在cpu的寄存器内取值).
4. memory : 强制gcc编译器假设RAM所有内存单元均被汇编指令修改，这样cpu中的registers和cache中已缓存的内存单元中的数据将作废;
cpu将不得不在需要的时候重新读取内存中的数据。这就阻止了cpu又将registers，cache中的数据用于去优化指令，而不去访问内存
5. [12] 从地址12处取值，而12必然是个指针(地址)变量的值，汇编的[]内是变量的地址
參考資料
https://zhuanlan.zhihu.com/p/347611674 //gcc
https://blog.csdn.net/shenjin_s/article/details/88712249 //.ld
https://blog.csdn.net/Cui_Hongwei/article/details/104108044 //.ld .s
https://stackoverflow.com/questions/40532180/understanding-the-linkerscript-for-an-arm-cortex-m-microcontroller //.ld
https://www.cnblogs.com/zongzi10010/p/9784797.html //openocd
https://www.sourceware.org/gdb/documentation/ //gdb
https://stackoverflow.com/questions/38033130/how-to-use-the-gdb-gnu-debugger-and-openocd-for-microcontroller-debugging-fr
https://blog.csdn.net/Mculover666/article/details/84900665
https://blog.csdn.net/weixin_41406493/article/details/98883557 //usage
http://wanghao.vip/books/newos/page/ubuntueclipsegdbopenocdstlink%E6%90%AD%E5%BB%BAstm32%E5%BC%80%E5%8F%91%E7%8E%AF%E5%A2%83 //openocd & gdb
https://www.gnu.org/software/make/manual/html_node/Implicit-Variables.html //gnu
https://blog.csdn.net/zhengyangliu123/article/details/54934719 //gdb
https://www.jianshu.com/p/e6af28e2566f //gdb
https://wiki.osdev.org/ELF
https://mcuoneclipse.com/2013/04/14/text-data-and-bss-code-and-data-size-explained/
https://www.nosuchfield.com/2018/11/23/Program-compilation-linking-loading-and-running/ //段
https://huhaipeng.top/2019/09/15/%E7%AC%A6%E5%8F%B7%E8%A1%A8%E7%9A%84%E4%B8%80%E4%BA%9B%E4%BA%8B%E4%B8%80%E4%BA%9B%E6%83%85/ //符号表
https://qianchenzhumeng.github.io/posts/memory_footprint_analysis_method_for_embedded_systems/ //map
https://www.cs-fundamentals.com/c-programming/memory-layout-of-c-program-code-data-segments
https://www.codeleading.com/article/28134715362/ //工具链
https://www.cnblogs.com/mynight2012/p/14085944.html //thumb
http://tianyu-code.top/GDB%E8%B0%83%E8%AF%95/GDB%E8%B0%83%E8%AF%95%E4%B9%8B%E5%9B%BE%E5%BD%A2%E5%8C%96%E7%95%8C%E9%9D%A2%EF%BC%88TUI%EF%BC%89/ //gdb ui
https://willalpha.github.io/2017/03/29/freertos-code-learning/ //FreeRTOS