一招教你單片機固件快速瘦身

• 1 前言

• 2 ELF格式

• 3 編譯器

• 3.1 ARMCC

• 3.2 GCC

• 4 IDE

• 4.1 MDK的設置

• 4.2 CubeIDE

• 5 結論

1 前言

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

或者在使用靜態(tài)庫的時候，這種現(xiàn)象更加明顯。比如，我們只需要使用靜態(tài)庫中的幾個功能，但是編譯器默認會把整個靜態(tài)庫全部鏈接到可執(zhí)行程序中，從而導致可執(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包括了鏈接過程中的目標文件（.o），共享庫（.so）和可執(zhí)行文件，同時還用于可加載的內核模塊，因此作為鏈接過程中的目標文件也是通過ELF格式的文件來表示的；

ELF的結構至少包含兩個頭：

• ELF頭
• 程序頭
• 通常還會有一個節(jié)標頭；

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 庫時會這樣使用，這些部分包含一些目標文件信息，例如：數(shù)據(jù)，指令，重定位信息，符號，調試信息等等；
• Exection：程序執(zhí)行期間使用按段劃分的執(zhí)行視圖。

下面是ELF格式文件的詳細布局圖；

3 編譯器

通常在做ARM開發(fā)的時候會使用ARMCC和GCC，可以參考相應編譯器的手冊，使用相應的編譯命令就可以實現(xiàn)對程序的優(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，并且將每一個類別規(guī)整到同一個section中，如果在鏈接的時候發(fā)現(xiàn)某個section沒有被使用，那么就會將這個section刪除，從而減少可執(zhí)行文件的大小。

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

3.2 GCC

GCC在編譯時可以使用 -ffunction-sections和 -fdata-sections 將每個函數(shù)或符號創(chuàng)建為一個section；鏈接階段的時候，使用 -Wl，–gc-sections 來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的過程中，它已經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寫到Makefile中，但是在IDE只需要勾選相應的選項即可；

4.1 MDK的設置

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)在編譯器命令自動追加了--splot_sections；

最終編譯的結果如下，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；

同樣在項目的屬性設置中，增加--ffunction-sections選項和-fdata-sections選項之后，構建項目；

最終結果如下所示，發(fā)現(xiàn)固件的大小減小很多；

5 結論

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