DSP編程技巧之：編譯流程與處理器選項(xiàng)

　　在我們有關(guān)DSP的論壇、博客和一些互動活動中，網(wǎng)友經(jīng)常會問一些有關(guān)“編程技巧”的問題。

　　關(guān)于編程技巧的定義，也沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，例如實(shí)現(xiàn)一個很復(fù)雜的多層嵌套的指針設(shè)計算是一種編程熟練的體現(xiàn)吧;又或者用C/C++的高級特性做了很復(fù)雜的功能，但是編譯器不能完全支持，例如某種內(nèi)存的動態(tài)重分配方法，這時對編譯器特性的熟悉就顯得很重要了。

　　接下來我們就聊一聊DSP編程技巧里面有關(guān)編譯技巧的一些問題，具體的分類包括編譯器的選項(xiàng)、代碼的優(yōu)化、庫文件的使用、代碼實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時運(yùn)行環(huán)境等等;了解了這些具體的問題，對于解決在編譯和鏈接程序的時候經(jīng)常遇到的讓人摸不著頭腦的警告和錯誤也是很有幫助的;因?yàn)槌绦虻恼Z法錯誤很容易被編譯器發(fā)現(xiàn)并定位到具體的代碼中，而鏈接器輸出的那些莫名其妙的警告是很難定位的，如果理解了編譯流程中各個環(huán)節(jié)的作用所在，就有了對癥下藥的入口。編譯器主要以TI的CCS編譯器為例，目標(biāo)器件為28系列，相比6000系列的，28系列的要稍微簡單一些。

　　首先要了解一下基于CCS開發(fā)的一個完整流程，以免“只見樹木，不見森林”：

　　因?yàn)楹苌儆形臋n把它們的具體漢語含義講清楚，所以在此我們要用通俗的語言描述一下各個部分：

　　1. 在這個流程中，與我們編程效率直接相關(guān)的就是C/C++編譯器了(如果沒有使用匯編直接編寫的話)，它的直接用途是將C/C++代碼編譯為針對DSP匯編指令集的匯編代碼。

　　目前的C和C++語言標(biāo)準(zhǔn)有好幾個版本，CCS的編譯器目前支持的版本包括：

　　C語言的C89和C99版本的ISO標(biāo)準(zhǔn)(C99部分支持，主要是與C89一樣的特性)：通俗的講就是我們學(xué)過的C語言里常用的功能都是支持的，除了一些多字節(jié)字符和一些極少數(shù)的特性等。不清楚的可以參考Kernighan和Ritchie編寫的C語言書籍《The C Programming Language》第二版。

　　C++語言的2003版本的的ISO標(biāo)準(zhǔn): 可以參考Ellis和Stroustrup編寫的經(jīng)典書籍《The Annotated C++ Reference Manual》。同時也支持一部分的嵌入式C++特性。因?yàn)镃++的特性眾多，而許多并不適用于這樣一種嵌入式的環(huán)境，所以不支持的特性相比C要多一些。

　　2. 匯編器的作用是將匯編語言代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言(目標(biāo)文件)，這里的匯編代碼包括前面由C/C++生成的匯編代碼和我們直接編寫的匯編代碼。

　　3. 鏈接器是作用是把所有的庫文件、目標(biāo)文件等鏈接成為一個可執(zhí)行的目標(biāo)文件，其中包含程序的機(jī)器代碼和數(shù)據(jù)，以及其他用來鏈接和加載該程序所需的信息(在TI DSP上是COFF格式，通俗地講就是.out二進(jìn)制文件)，同時根據(jù)內(nèi)存地址的分配對各目標(biāo)文件進(jìn)行重定位，并解析外部參考，例如在一個源程序里引用另一個源程序中定義的變量就可以理解為外部參考，假如一個目標(biāo)文件引用了一個未定義的符號symbol，則鏈接器搜索其他目標(biāo)文件中定義的全局符號，找到匹配的符號修補(bǔ)指令。否則報告一個錯誤;所以有時候編譯所有程序完成在鏈接的時候會提示xxx symbol為定義，說明對應(yīng)的文件沒有加到工程里面。　　4. 歸檔器archiver：也可以叫壓縮器，看一下我們常用的壓縮軟件winrar的全稱winrar archiver就不難理解了。

　　5. 實(shí)時支持庫：包括標(biāo)準(zhǔn)C和C++的運(yùn)行支持函數(shù)、編譯器公用程序函數(shù)、浮點(diǎn)運(yùn)算函數(shù)和C編譯器支持的I/O函數(shù)，

　　6. 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序：把編譯、鏈接等步驟生成的可執(zhí)行文件，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制文件，例如.HEX格式，然后可以燒寫到EEPROM、FLASH等外部存儲器之中。

　　7. 絕對列表器：讀取目標(biāo)文件并輸出.abs文件，通過匯編.abs文件可產(chǎn)生含有絕對地址的列表文件，從而使得我們不用手工費(fèi)時費(fèi)力地去創(chuàng)建列表文件。這本來不就是軟件該做的事情嗎:-D

　　8. 交叉引用列表：與3中外部參考解析相關(guān)的，它用目標(biāo)文件產(chǎn)生參照列表文件，可顯示符號及其定義，以及符號所在的源文件。

　　9. C/C++命名還原工具：C/C++編譯器會將程序中的變量名、函數(shù)名轉(zhuǎn)換成內(nèi)部名稱，這個過程被稱作Name Mangling，反過程被稱作Name Demangling，即命名還原工具。內(nèi)部名稱包含了變量或函數(shù)的更多信息，例如編譯器看到?g_var@@3HA，就知道這是：int g_var。具體的還原規(guī)則一般是不開放給我們用戶的，只要編譯器知道就行了。

　　10. 調(diào)試工具：例如我們電腦上裝的CCS軟件，讓我們可以用斷點(diǎn)、圖形窗口等進(jìn)行軟件的調(diào)試。

　　此外，并沒有明確列在前面的流程中，但是隱含在流程中，或者我們也有可能會用到的工具或者流程包括：

　　1. 優(yōu)化工具：在編譯時對代碼進(jìn)行優(yōu)化的工具，可以根據(jù)我們期望的優(yōu)化級別，進(jìn)行從不優(yōu)化到直至CPU寄存器級別的優(yōu)化。

　　2. 反編譯器：可以對目標(biāo)文件進(jìn)行解碼，顯示對應(yīng)的匯編語言。在CCS的調(diào)試模式下，我們可以打開disassembler窗口，然后單步運(yùn)行，就能看到一條條的匯編指令是如何執(zhí)行的了。

　　3. 加載器：把可執(zhí)行的二進(jìn)制文件復(fù)制到DSP的內(nèi)存中，并運(yùn)行啟動程序，使得程序從程序入口處開始運(yùn)行，這個入口地址可能是地址0，也可能是帶有一個偏移量的地址，這個具體的值我們可以以后再具體討論。

　　4. 其它：補(bǔ)充一下名詞的定義，包括：

　　符號：在整個編譯、鏈接的過程中都會使用到符號symbol的概念，簡單地理解，符號就是指一些變量、函數(shù)名字等。

　　庫文件：多個目標(biāo)文件的壓縮包，包含了所有目標(biāo)文件定義的全局符號的索引。在源程序中如果找不到某些符號的定義，鏈接器從嘗試從庫里面提取出對應(yīng)的目標(biāo)文件，然后鏈接到可執(zhí)行文件里。

　　也許你已經(jīng)熟練使用了CCS好多年，可是當(dāng)某一天出現(xiàn)一個與cl2000有關(guān)的錯誤的時候，突然間也摸不著頭腦了;例如使用老版本的還不支持C2000 FPU的CCS來編譯28335的程序，cl2000就會提示你各種不支持然后報錯不運(yùn)行了。Cl2000.exe是神馬?

　　Cl2000.exe就是和我們的程序編譯密切相關(guān)的編譯器了，使用的方法是：

　　cl2000 [編譯器選項(xiàng)] [需要編譯的文件] [--運(yùn)行鏈接器 [鏈接器選項(xiàng)] 目標(biāo)文件]]

　　使用方法看起來很復(fù)雜，還好CCS已經(jīng)幫我們調(diào)用它了(或者說CCS就是一個框架，它完成的編譯、調(diào)試、鏈接等功能幾乎都需要調(diào)用一些別的exe來執(zhí)行，所以你可能體會過升級了一些庫文件、編輯器版本等，界面文件等卻不需要進(jìn)行任何的更改)，這些句子會顯示在工程的屬性里面。當(dāng)然如果你想親自體驗(yàn)一把，也可以在ccs安裝目錄下面的toolscompilerc2000_6.1.5bin下面找到它，即cl2000.exe，然后用命令行的方式運(yùn)行起來)。舉個簡單例子：

　　cl2000 -v28 symtab.c file.c seek.asm --run_linker --library=lnk.cmd

　　--output_file=myprogram.out　　在上面的例子中，如果需要編譯的文件，例如幾個.c或者.asm找不到，CCS就會提示xxx.c或者xxx.asm找不到或者未定義了;或者你改了目標(biāo)文件的名字，例如改成了a.out，但是加載程序到DSP中的時候卻仍然使用更改前的b.out，自然有可能出現(xiàn)預(yù)料之外的結(jié)果了：在以前幫助網(wǎng)友解決問題的時候，確實(shí)出現(xiàn)過這樣的狀況。

　　明白了編譯器的調(diào)用方法之后，我們就更進(jìn)一步，揭開編譯器中形形色色選項(xiàng)的神秘面紗，從此看到編譯器提示的形形色色的警告和錯誤不再用發(fā)怵。

　　具體說來，編譯器的選項(xiàng)有多大20個大類，超過一百個具體的選項(xiàng)。當(dāng)然這些選項(xiàng)是有輕重之分的，有的是必須用到的，例如支持一下FPU等功能;有的則是不常接觸的，例如MISRA這樣的汽車工業(yè)軟件可靠性檢查，只有在對軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化時才會用到。所以我們首先看一下最常用的選項(xiàng)，例如處理器的選項(xiàng)，它們的意義在于定義了在編譯程序時CPU的模式。補(bǔ)充一點(diǎn)是，cl2000的幫助里看到的選項(xiàng)都是很長的名字，在CCS里面為了書寫方便(因?yàn)檫x項(xiàng)框就那么點(diǎn)面積啊)，一般用別名來代替;沒有別名的則直接使用選項(xiàng)名字。