一招教你單片機(jī)固件快速瘦身

• 1 前言

• 2 ELF格式

• 3 編譯器

• 3.1 ARMCC

• 3.2 GCC

• 4 IDE

• 4.1 MDK的設(shè)置

• 4.2 CubeIDE

• 5 結(jié)論

1 前言

我們平時(shí)做項(xiàng)目的時(shí)候，隨著代碼量的增加，工程變得更加臃腫，但是實(shí)際上可能只使用到其中一部分函數(shù)，與此同時(shí)，還有一部分是已經(jīng)定義但是沒(méi)有被使用的函數(shù)，雖然我們不使用這些功能和函數(shù)，但它們往往會(huì)浪費(fèi)我們的ROM和RAM的空間。

或者在使用靜態(tài)庫(kù)的時(shí)候，這種現(xiàn)象更加明顯。比如，我們只需要使用靜態(tài)庫(kù)中的幾個(gè)功能，但是編譯器默認(rèn)會(huì)把整個(gè)靜態(tài)庫(kù)全部鏈接到可執(zhí)行程序中，從而導(dǎo)致可執(zhí)行程序的大小大大增加。

那該如何避免這種情況呢？大部分工作交給編譯器，我們只要告訴編譯器不要把這些程序編譯到可執(zhí)行文件中即可。下面會(huì)繼續(xù)解釋。

2 ELF格式

ELF（Executable and Linkable Format）是可執(zhí)行和可鏈接格式。在Linux上ELF包括了鏈接過(guò)程中的目標(biāo)文件（.o），共享庫(kù)（.so）和可執(zhí)行文件，同時(shí)還用于可加載的內(nèi)核模塊，因此作為鏈接過(guò)程中的目標(biāo)文件也是通過(guò)ELF格式的文件來(lái)表示的；

ELF的結(jié)構(gòu)至少包含兩個(gè)頭：

• ELF頭
• 程序頭
• 通常還會(huì)有一個(gè)節(jié)標(biāo)頭；

具體如下圖所示；從圖中我們可以看到，這里可以分為兩種情況；

• Linking：鏈接是按節(jié)劃分的，在 鏈接程序或 庫(kù)時(shí)會(huì)這樣使用，這些部分包含一些目標(biāo)文件信息，例如：數(shù)據(jù)，指令，重定位信息，符號(hào)，調(diào)試信息等等；
• Exection：程序執(zhí)行期間使用按段劃分的執(zhí)行視圖。

下面是ELF格式文件的詳細(xì)布局圖；

3 編譯器

通常在做ARM開(kāi)發(fā)的時(shí)候會(huì)使用ARMCC和GCC，可以參考相應(yīng)編譯器的手冊(cè)，使用相應(yīng)的編譯命令就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的優(yōu)化。

3.1 ARMCC

在ARMCC中，編譯器通常將函數(shù)和數(shù)據(jù)放在一起，并且將每一個(gè)類(lèi)別規(guī)整到同一個(gè)section中，如果在鏈接的時(shí)候發(fā)現(xiàn)某個(gè)section沒(méi)有被使用，那么就會(huì)將這個(gè)section刪除，從而減少可執(zhí)行文件的大小。

可以使用--split_sections編譯器命令行選項(xiàng)來(lái)指示編譯器為源文件中的每個(gè)函數(shù)生成一個(gè)ELF節(jié)，這樣在鏈接的時(shí)候可以通過(guò)--remove命令讓鏈接器刪除未使用的section。

3.2 GCC

GCC在編譯時(shí)可以使用 -ffunction-sections和 -fdata-sections 將每個(gè)函數(shù)或符號(hào)創(chuàng)建為一個(gè)section；鏈接階段的時(shí)候，使用 -Wl，–gc-sections 來(lái)告訴鏈接器刪除不需要的section（其中-Wl, 表示后面的參數(shù) -gc-sections 傳遞給鏈接器），這樣就能減少最終的可執(zhí)行程序的大小了。

4 IDE

通常我們使用IDE的過(guò)程中，它已經(jīng)幫我們做好了很多工作，比如上面提到的編譯器命令需要我們自己手動(dòng)寫(xiě)到Makefile中，但是在IDE只需要勾選相應(yīng)的選項(xiàng)即可；

4.1 MDK的設(shè)置

MDK中使用的是ARMCC編譯器，以STM32為例，純凈的HAL編譯之后的結(jié)果如下圖所示；

在工程的Opentios下勾選One ELF Section per Function，發(fā)現(xiàn)在編譯器命令自動(dòng)追加了--splot_sections；

最終編譯的結(jié)果如下，發(fā)現(xiàn)最終固件變小了很多；

4.2 CubeIDE

CubeIDE中使用的是arm-none-eabi-gcc，相同的代碼與上面的基本相同，創(chuàng)建CubeIDE的工程，編譯之后如下圖所示；

同樣在項(xiàng)目的屬性設(shè)置中，增加--ffunction-sections選項(xiàng)和-fdata-sections選項(xiàng)之后，構(gòu)建項(xiàng)目；

最終結(jié)果如下所示，發(fā)現(xiàn)固件的大小減小很多；

5 結(jié)論

本文對(duì)于如何刪除編譯過(guò)程中未使用的section做了簡(jiǎn)單的介紹，從ELF文件格式的角度出發(fā)，介紹了編譯器ARMCC和GCC相應(yīng)的命令以及MDK，CubeIDE中的相應(yīng)配置，最終實(shí)驗(yàn)表明可以減少程序大小，另外編譯器的優(yōu)化等級(jí)-O1，-O2，-O3也可以優(yōu)化程序的大小以及執(zhí)行時(shí)間，但是由于存在太多不可控性，不太建議開(kāi)編譯器的優(yōu)化等級(jí)。