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breeze微型四轴系列（三）：stm32嵌入式开发-makefile详解

admin 11月 13, 2020 0

前言

在上一篇文章中，我详细介绍了STM32嵌入式开发工具的相关内容，也通过具体的操作向大家展现了STM32嵌入式开发环境的整个搭建过程，但是如果你想看懂本篇文章或者想尝试自己在GNU/Linux下编写STM32嵌入式程序，那以上的知识是远远不够的，你还需要自学Make和Makefile，理解它的语法和用法，并亲手进行实践。

本篇文章因为篇幅有限，并不对Make和Makefile进行详细介绍，请大家先自行上网查找教程资料进行学习，这里我个人强烈推荐大神陈皓曾在CSDN上发表过的《跟我一起写Makefile》系列文章（当初我就是通过这份教程学会Makefile的），里面对Makefile的基本规则、命令、变量、条件判断、函数、运行和隐含规则等内容进行了详细的介绍，讲的非常棒，网上也有PDF版本的，可以下载到本地，方便阅读。

内容

系统架构

breeze_embedded_architecture

如上图所示，Breeze微型四轴飞行器的嵌入式系统架构自底向上共由五个部分组成，它们分别为硬件设备层、官方开发库层、底层驱动层、外设模块层和飞控算法层（其中官方开发库层比较特殊，因为它为底层驱动层和外设模块层代码的编写均提供STM32底层函数实现，因此当初我在构思嵌入式架构图的时候，为简化设计，并且能更好体现官方开发库层在整个架构图中的层级关系，就将其放置在了驱动层和模块层的右侧，只表示逻辑上的调用关系，不存在层级上的高低之分）。

目录结构

根据上一节所讲的嵌入式系统架构图，我设计了如下图所示的工程根目录结构，它共由八个子功能目录组成，分别为Algorithm（飞控算法源码）、Documents（工程开发文档）、Drivers（底层驱动源码）、Libraries（官方开发库）、Modules（外设模块源码）、Project（Makefile文件）、Tools（功能脚本）和User（工程核心源码）。

breeze_dir_make

Makefile详解

根据工程目录结构、ARM-GCC和OpenOCD等工具的使用手册以及HandsFree项目所提供的STM32学习资料，我编写了工程的Makefile文件。在开始详细讲解相关内容之前，还是先放上工程的Makefile文件，好让大家对其能有一个整体的印象。

因为我在把Makefile中的内容拷过来的时候，为了能够让其中的命令以Soft Wrap（Atom等现代编辑器所提供的功能，可以自动让一行文字在某个特定列换行显示）的形式进行显示，我把原本Makefile中的TAB全部替换成空格，并且在80列的边界处进行了换行处理，所以如果你想自己编写Makefile，请复制并编辑工程目录里的Makefile，而不要直接复制下面的内容到你自己的Makefile文件中，否则运行make肯定会报错！

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PROJECT := breeze_firmware_none

DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_Clock/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_Delay/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_EEPROM/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_Flash/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_IIC/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_IO/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_NVIC/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_SPI/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_Timer/
DIR_DRIVERS   += ../Drivers/Driver_USART/

DIR_MODULES   += ../Modules/Module_Battery/
DIR_MODULES   += ../Modules/Module_CommLink/
DIR_MODULES   += ../Modules/Module_LED/
DIR_MODULES   += ../Modules/Module_Motor/
DIR_MODULES   += ../Modules/Module_MPU6050/
DIR_MODULES   += ../Modules/Module_MS5611/
DIR_MODULES   += ../Modules/Module_NRF24L01/

DIR_ALGORITHM += ../Algorithm/Algorithm_Altitude/
DIR_ALGORITHM += ../Algorithm/Algorithm_Control/
DIR_ALGORITHM += ../Algorithm/Algorithm_Filter/
DIR_ALGORITHM += ../Algorithm/Algorithm_Flight/
DIR_ALGORITHM += ../Algorithm/Algorithm_IMU/

DIR_INCLUDE   += -I../Libraries/CMSIS/ 
                 -I../Libraries/FWLib/inc/ 
                 $(addprefix -I, $(DIR_DRIVERS)) 
                 $(addprefix -I, $(DIR_MODULES)) 
                 $(addprefix -I, $(DIR_ALGORITHM)) 
                 -I../User/ 

SRC_C   += $(wildcard ../Libraries/CMSIS/*.c)
SRC_C   += $(wildcard ../Libraries/FWLib/src/*.c)
SRC_C   += $(wildcard $(addsuffix *.c, $(DIR_DRIVERS)))
SRC_C   += $(wildcard $(addsuffix *.c, $(DIR_MODULES)))
SRC_C   += $(wildcard $(addsuffix *.c, $(DIR_ALGORITHM)))
SRC_C   += $(wildcard ../User/*.c)

SRC_ASM := ../Libraries/CMSIS/startup/gcc/startup_stm32f10x_md.s

OBJS    := $(filter %.o, $(SRC_ASM:.s=.o)) $(filter %.o, $(SRC_C:.c=.o))

LINK_SCRIPT := ../Libraries/LinkScript/stm32f10x_flash.lds

CC_PREFIX := arm-none-eabi-

CC        := $(CC_PREFIX)gcc
CXX       := $(CC_PREFIX)g++
CP        := $(CC_PREFIX)objcopy
GDB       := $(CC_PREFIX)gdb
SIZE      := $(CC_PREFIX)size
AS        := $(CC) -x assembler-with-cpp
HEX       := $(CP) -O ihex
BIN       := $(CP) -O binary -S

DDEFS += -DSTM32F10X_MD
DDEFS += -DHSE_VALUE=8000000 -DUSE_STDPERIPH_DRIVER

DEFS  := $(DDEFS) -DRUN_FROM_FLASH=1

MCU   := cortex-m3

OPT   += -Os
OPT   += -fsingle-precision-constant
OPT   += -fno-common
OPT   += -ffunction-sections
OPT   += -fdata-sections

SPECS := --specs=rdimon.specs -u _printf_float

FLAGS_MCU := -mcpu=$(MCU)
FLAGS_AS  := $(SPECS) $(FLAGS_MCU) $(OPT) -c -g -gdwarf-2 -mthumb
FLAGS_C   := $(SPECS) $(FLAGS_MCU) $(OPT) -c -g -gdwarf-2 -mthumb 
             -fomit-frame-pointer -Wall -fverbose-asm $(DEFS)
FLAGS_CXX := $(SPECS) $(FLAGS_MCU) $(OPT) -c -g -gdwarf-2 -mthumb 
             -fomit-frame-pointer -Wall -fverbose-asm -fno-exceptions 
             -fno-rtti -fno-threadsafe-statics -fvisibility=hidden -std=c++11 
             $(DEFS)
FLAGS_LD  := $(SPECS) $(FLAGS_MCU) $(OPT) -lm -g -gdwarf-2 -mthumb 
             -nostartfiles -Xlinker --gc-sections -T$(LINK_SCRIPT) 
             -Wl,-Map=$(PROJECT).map,--cref,--no-warn-mismatch

TYPE_BURN  := openocd_swd_flash
TYPE_DEBUG := openocd_swd_debug
TYPE_ERASE := openocd_swd_erase





all: $(OBJS) $(PROJECT).elf $(PROJECT).hex $(PROJECT).bin
    $(SIZE) $(PROJECT).elf

%.o: %.c
    $(CC) $(FLAGS_C) $(DIR_INCLUDE) $< -o [email protected]

%.o: %.s
    $(AS) $(FLAGS_AS) $< -o [email protected]

%.elf: $(OBJS)
    $(CC) $(OBJS) $(FLAGS_LD) -o [email protected]

%.hex: %.elf
    $(HEX) $< [email protected]

%.bin: %.elf
    $(BIN) $< [email protected]



burn:  $(TYPE_BURN)
debug: $(TYPE_DEBUG)
erase: $(TYPE_ERASE)

openocd_swd_flash: $(PROJECT).bin
    openocd -f interface/jlink.cfg -c "transport select swd" -f
    target/stm32f1x.cfg -c "init" -c "reset halt" -c "sleep 100" -c "wait_halt
    2" -c "flash write_image erase $(PROJECT).bin 0x08000000" -c "sleep 100" -c
    "verify_image $(PROJECT).bin 0x08000000" -c "sleep 100" -c "reset run" -c
    shutdown

openocd_swd_debug: $(PROJECT).bin
    xterm -e openocd -f interface/jlink.cfg -c "transport select swd" -f
    target/stm32f1x.cfg -c "init" -c "halt" -c "reset halt" &
    $(GDB) --eval-command="target extended-remote localhost:3333" $(PROJECT).elf

openocd_swd_erase:
    openocd -f interface/jlink.cfg -c "transport select swd" -f
    target/stm32f1x.cfg  -c "init" -c "reset halt" -c "sleep 100" -c "stm32f1x
    mass_erase 0" -c "sleep 100" -c shutdown



clean:
    -rm -rf $(OBJS)
    -rm -rf $(PROJECT).elf
    -rm -rf $(PROJECT).map
    -rm -rf $(PROJECT).hex
    -rm -rf $(PROJECT).bin

总结

读到这里，我相信大家对Breeze微型四轴飞行器的嵌入式架构以及工程本身的Makefile有了一个比较清楚的认识。这里，我想再强调一下项目整体架构以及目录组织结构的重要性，一个开源项目能否成功在很大程度上取决于系统架构设计的好坏，优秀的系统架构可以降低各模块之间的耦合性，提高底层代码的封装性，并向上提供较为丰富的API接口，除此之外，最重要的是它统一了接口标准，降低程序开发的复杂程度，从而提高系统整体的鲁棒性。当然，拥有设计出色的系统架构之后，我们还需要根据其来组织整个项目工程的目录结构，把不同功能的代码、Makefile以及开发文档等放到不同的目录当中去，这样有利于后期项目代码的编写和维护等工作。

在接下来的文章中，我将会为大家讲解STM32链接脚本的工作原理和相关配置，并分析其在程序链接和运行阶段的作用。由于下一篇的链接脚本部分涉及很多非常深奥的软件底层知识，所以我希望那些想深入理解STM32嵌入式程序是如何在硬件上运行的同学可以提前先看看《C专家编程》这本书中的“第6章 运动的诗章：运行时数据结构”，里面对程序的堆、栈和段进行了介绍，对你理解链接脚本中的相关内容有着很好的促进作用。最后，我还是希望能有更多的爱好者可以从本系列教程中受益匪浅。

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