ADS和RealView MDK

ADS和RealView MDK
2010年12月02日
　　一个懒散的午后，程序员躺在椅子上，静静地泡上一杯茶，瞅着屏幕上那一行一行如行云流水般的代码，赏心悦目，渐觉困意，便慢慢闭上了俩眼，养神。。。。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　1  ARM微控制器开发的新工具
　　Keil是颇受业界欢迎的51单片机开发工具，它拥有流畅的用户界面与强大的仿真功能。ARM将Keil公司收购之后，正式推出了针对ARM微控制器的开发工具RealView Microcontroller Development Kit （简称RealView MDK 或者 MDK），它将ARM开发工具RealView Development Suite（简称RVDS）的编译器RVCT与Keil的工程管理、调试仿真工具集成在一起，是一款非常强大的ARM微控制器开发工具。
　　很多嵌入式系统开发工程师对ARM的老版本开发工具ADS非常熟悉，而RealView MDK与ADS相比较，从外观、仿真流程以及内部二进制编译、链接工具上都有了不少改进，用法稍有不同。本文的主旨是介绍通用的流程以及一些注意事项，帮助ADS用户将老的、遗留的ADS工程转化成在RealView MDK中进行开发调试的工程。
　　为了给国内嵌入式ARM开发工程师提供高性价比的开发工具，2007年5月22日，ARM公司和英蓓特公司正式联合推出"RealView MDK中国版"。 该新产品是特别为满足中国软件和系统开发厂商需求而推出的，起价低于2 500元人民币。专业人士认为，相比其他以欧美市场定价的开发工具，此款RealView MDK易于纳入设计工具的整体预算中。中国版RealView MDK即日起可通过ARM授权培训中心暨ARM在中国的工具分销商--深圳市英蓓特信息技术有限公司（简称"英蓓特"）获得。此外，有关中国版RealView MDK的特性和其他信息，ARM公司专门设立了新的网站http://www.realview.com.cn，开发工程师可以进一步了解RealView MDK及其相关资讯。
　　2  工具结构的改进
　　作为ARM的新一代微控制器开发工具，RealView MDK不但包含ARM的最新版本编译、链接工具（即RVDS3.0的编译、链接工具），而且根据微控制器调试开发的特点采用了与ADS、RVDS完全不同的调试、仿真环境uVision debugger 与simulator。因此，MDK与ADS在工具架构组成上有一些不同，这些区别包括：不同的工程管理器，不同版本的ARM编译器（compiler），不同的调试器（debugger），不同的仿真器（simulator），以及不同的硬件调试单元，详见表1。
　　表1  工具结构对比
　　2.1  编译工具例化形式
　　在ADS中，当用户要将高级语言代码编译成目标文件时，需要根据目标机器码的不同（16位的Thumb代码或者32位的ARM代码），以及高级语言的不同（C代码或者C++代码）选择不同的编译器可执行文件；RVCT3.0编译器则将它们全部统一为armcc，仅仅通过不同的编译选项进行区分。表2较为详细地列出了其中的差别。
　　表2  MDK与ADS编译器的例化形式对比
　　2.2  POSIX格式
　　MDK集成了RVDS的编译工具RVCT，与ADS相比，除去编译、链接工具的可执行二进制文件不同之外，两个不同版本编译器的很多编译、链接选项也有所不同。有关编译、链接选项的变化，用户可以参考ARM工具文档"RVCT Compiler and Libraries Guide"中的Table E 2 Mapping of compiler options。
　　RVCT采用了POSIX格式的编译、链接选项，所有的多字符选项前必须使用双中划线。例如：ADS的编译选项-cpu，在MDK中需要改写成--cpu，否则用户在MDK中直接使用ADS的makefile时，工具会产生一个如下警告：
　　Warning: L3910W: Old syntax, please use '--cpu'
　　2.3  ARM ABI的变化ARM
　　ABI是Application Binary Interface for the ARM Architecture的简称，是一系列ARM体系架构标准的集合，囊括了ARM二进制代码交互、开发工具以及操作系统等方面。
　　对目标文件进行链接之前，MDK工具的链接器会严格检查各个目标文件（objects），判断它们是否复合ARM体系结构的ABI标准。而MDK与ADS编译、链接工具所遵循的ARM ABI是不同版本的，所以将ADS的遗留工程直接移植到MDK并进行链接时，用户可能会遇到如下的错误或者警告：
　　Error: L6238E: foo.o(.text) contains invalid call from '~PRES8' function to 'REQ8' function
　　Warning: L6306W: '~PRES8' section foo.o(.text) should not use the address of 'REQ8' function foobar
　　这是因为新工具的ABI要求在函数调用时，系统必须保证堆栈指针8字节对齐，即每次进栈或者出栈的寄存器数目必须为偶数。这是为了能够更加高效地使用STM与LDR指令对"double"或者"long long"类型的数据进行访问。而老的ARM开发工具ADS并没有考虑到新的ARM内核架构，其ABI对于堆栈的操作仅仅要求4字节对齐。所以当用户将在ADS中编译、链接成功的工程代码移植到MDK上，或者将老的、ADS遗留的目标文件、库文件在新工具MDK中进行链接时，MDK的链接器就会报出以上的错误。
　　对于以上情况，用户可以通过简单修改代码并重新编译、链接，或者使用特殊的编译选项来解决。
　　2.3.1  重新编译所有代码
　　当用户拥有该ADS遗留工程的所有源代码时，使用MDK重新编译、链接全部代码是最好的解决方法。MDK中的新版本编译工具会重新生成满足堆栈8字节对齐要求的目标文件，避免由于堆栈不对齐引起的链接错误。
　　当工程中包含汇编代码时，用户可能还需要做少量的代码修改。这些修改包括：
　　①  检查汇编源码中的指令，确保堆栈操作指令是8字节对齐的。
　　例1中，ADS的遗留代码一次性将5个寄存器压栈，由于ARM的指令寄存器宽度为32位（即4字节），显然5个寄存器入栈之后，堆栈指针不能够满足64位、8字节对齐。为了解决这种问题，可以将另外一个并不需要压栈的寄存器（R12）同时压栈，这样当6个32位寄存器进栈之后，堆栈就能满足64位对齐了。
　　例1
　　STMFD sp!, {r0 r3, lr} ;将R0,R1,R2,R3,LR（奇数）寄存器入栈
　　↓
　　STMFD sp!, {r0 r3, r12, lr} ; 将偶数个寄存器入栈
　　②  在每个汇编文件的开头，添加"PRESERVE8"指令，见例2。
　　例2
　　AREA Init, CODE, READONLY
　　↓
　　PRESERVE8AREA Init, CODE, READONLY
　　2.3.2  使用--apcs /adsabi编译选项
　　当用户没有该ADS遗留工程的全部源码，只拥有库文件或者目标文件时，可以通过--apcs/adsabi编译选项强制MDK的编译器产生复合ADS ABI要求的目标文件，以达到与遗留的ADS库文件、目标文件兼容的目的。
　　注意： ARM新工具将不会继续支持--apcs/adsabi选项。建议用户及时更新工具到最新版本。
　　2.4  分散加载注意事项
　　MDK同样支持ADS的分散加载文件，但是当分散加载文件中涉及到必须被放置ROOT Region中的C库函数时，有时用户需要做少量修改。
　　ROOT Region的load address与execution address相同，所以这部分代码在系统初始化时无需进行搬移操作，很多库函数（如__scatter*.o或者__dc*.o）必须被放置在Root Region中。
　　例3分散加载文件的修改。
　　;ADS中的分散加载文件
　　ROM_LOAD 0x0 {
　　ROM_EXEC 0x0 {
　　vectors.o (Vect, +First)
　　_ _main.o (+RO)
　　* (Region＄＄Table)
　　* (ZISection＄＄Table)
　　}
　　RAM_EXEC 0x100000 {
　　*.o (+RO,+RW,+ZI)
　　}
　　}
　　;MDK中的分散加载文件1
　　ROM_LOAD 0x0 {
　　ROM_EXEC 0x0 {
　　vectors.o (Vect, +First)
　　* (InRoot＄＄Sections)  }  RAM_EXEC 0x100000 {  *.o (+RO,+RW,+ZI)  }  }  ;MDK中的分散加载文件2
　　ROM_LOAD 0x0 {
　　ROM_EXEC 0x0 {
　　vectors.o (Vect, +First)
　　__main.o(*)
　　* (Region＄＄Table)
　　__scatter*.o(*)
　　__dc*.o(*)
　　}
　　RAM_EXEC 0x100000 {
　　*.o (+RO,+RW,+ZI)
　　}
　　}
　　在ADS中，用户必须在分散加载文件中明确地将特定section代码放置在Root Region中。而MDK为了支持新RW压缩机制，采用了新的region table格式，这种新的格式并不包含ZISection＄＄Table，而且新的scatter loading (__scatter*.o) 与 decompressor (__dc*.o)必须被放置在root region中。所以例3中ADS的分散加载文件应该被修改成新的形式。例3中提供了两种修改分散加载文件的方法，分散加载文件1通过InRoot＄＄Sections自动将所有必需的库目标放置在root region中，而分散加载文件2则详细地注明了__scatter*.o与 __dc*.o的位置。
　　2.5  C库函数的差异
　　为了与新的ABI一致，MDK中的库函数名称与ADS可能会不同。ADS中的__rt_*库函数被替换为__aeabi_*。如果用户的ADS工程中曾经重定义（retarget）过这些库函数，那么在移植到MDK时，需要重新实现这些函数，以满足新ABI的要求。表3列出了部分库函数的对应关系。
　　表3  部分库函数对比
　　3  移植实例
　　结合以上对MDK与ADS差异的描述，本节将以实例的形式，叙述如何将ADS1.2上的遗留代码移植到MDK上。
　　以Philips公司的LPC2294（ARM7TDMI）为处理器，将一个在ADS1.2上开发的，由LPC2294控制LED闪烁的工程移植到MDK上来。从图1可以看出，该工程（Legacy_ADS.mcp）共有4个源文件（Startup.s、tartget.c、IRQ.s、main.c），以及1个分散加载文件（Scatterload）。
　　图1  ADS遗留工程
　　使用ADS1.2编译器：
　　编译选项为：-O1-g+
　　链接选项为：-info totals -entry 0x00000000 -scatter .srcScatterload.scf -info sizes
　　得到最终代码尺寸信息如下：
　　Total RO Size(Code + RO Data)1640 (1.60kB)
　　Total RW Size(RW Data + ZI Data)1128 (1.10kB)
　　Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data)1640 (1.60kB)
　　为了能够使用ARM新工具MDK的一系列特性，我们需要把ADS中的遗留工程移植到MDK上来(待续)。