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单片机存储不够?你一定没做好以下这件事!

2020-8-12 00:00:00  2797 单片机 存储器
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1前言

2 ELF 格式
3 编译器
  • 3.1 ARMCC
  • 3.2 GCC

4 IDE
  • 4.1 MDK 的设置
  • 4.2 CubeIDE

5 结论

1 前言
我们平时做项目的时候,随着代码量的增加,工程变得更加臃肿,但是实际上可能只使用到其中一部分函数,与此同时,还有一部分是已经定义但是没有被使用的函数,虽然我们不使用这些功能和函数,但它们往往会浪费我们的 ROM 和 RAM 的空间

或者在使用静态库的时候,这种现象更加明显。比如,我们只需要使用静态库中的几个功能,但是编译器默认会把整个静态库全部链接到可执行程序中,从而导致可执行程序的大小大大增加。

那该如何避免这种情况呢?大部分工作交给编译器,我们只要告诉编译器不要把这些程序编译到可执行文件中即可。下面会继续解释。

2 ELF 格式
ELF(Executable and Linkable Format)是可执行和可链接格式。在 Linux 上 ELF 包括了链接过程中的目标文件(.o),共享库(.so)和可执行文件,同时还用于可加载的内核模块,因此作为链接过程中的目标文件也是通过 ELF 格式的文件来表示的;

ELF 的结构至少包含两个头:
  • ELF 头
  • 程序头
  • 通常还会有一个节标头;

具体如下图所示;


从图中我们可以看到,这里可以分为两种情况;

  • Linking:链接是按节划分的,在链接程序时会这样使用,这些部分包含一些目标文件信息,例如:数据,指令,重定位信息,符号,调试信息等等;
  • Exection:程序执行期间使用按段划分的执行视图。

下面是 ELF 格式文件的详细布局图;


3 编译器
通常在做 ARM 开发的时候会使用 ARMCC 和 GCC,可以参考相应编译器的手册,使用相应的编译命令就可以实现对程序的优化。

3.1 ARMCC
在 ARMCC 中,编译器通常将函数和数据放在一起,并且将每一个类别规整到同一个 section 中,如果在链接的时候发现某个 section 没有被使用,那么就会将这个 section 删除,从而减少可执行文件的大小。

可以使用 --split_sections 编译器命令行选项来指示编译器为源文件中的每个函数生成一个 ELF 节,这样在链接的时候可以通过 --remove 命令让链接器删除未使用的 section。
3.2 GCC
GCC 在编译时可以使用 -ffunction-sections 和 -fdata-sections 将每个函数或符号创建为一个 section;链接阶段的时候,使用 -Wl,–gc-sections 来告诉链接器删除不需要的 section(其中 -Wl, 表示后面的参数 -gc-sections 传递给链接器),这样就能减少最终的可执行程序的大小了。

4 IDE
通常我们使用 IDE 的过程中,它已经帮我们做好了很多工作,比如上面提到的编译器命令需要我们自己手动写到 Makefile 中,但是在 IDE 只需要勾选相应的选项即可;
4.1 MDK 的设置
MDK 中使用的是 ARMCC 编译器,以 STM32 为例,纯净的 HAL 编译之后的结果如下图所示;


在工程的 Opentios 下勾选 One ELF Section per Function,发现在编译器命令自动追加了 --splot_sections;



最终编译的结果如下,发现最终固件变小了很多;



4.2 CubeIDE
CubeIDE中使用的是arm-none-eabi-gcc,相同的代码与上面的基本相同,创建CubeIDE的工程,编译之后如下图所示;



同样在项目的属性设置中,增加--ffunction-sections选项和-fdata-sections选项之后,构建项目;



最终结果如下所示,发现固件的大小减小很多;



5 结论
本文对于如何删除编译过程中未使用的 section 做了简单的介绍,从 ELF 文件格式的角度出发,介绍了编译器 ARMCC 和 GCC 相应的命令以及 MDK,CubeIDE 中的相应配置,最终实验表明可以减少程序大小,另外编译器的优化等级 -O1,-O2,-O3 也可以优化程序的大小以及执行时间,但是由于存在太多不可控性,不太建议开编译器的优化等级。






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