ARM GCC

Der GCC kann auch für ARM konfiguriert werden. Es gibt diverse fertige Binärdistributionen die für verschiedene Controller mit ARM-Kern verwendet werden können.

GCC Binärdistributionen

• Mentor Graphics Sourcery Tools (vormals CodeSourcery CodeBench Lite) Windows, Linux
• GCC-ARM-Embedded für Cortex-R4/R5/M0/M3/M4(F)/M0+. Windows, Linux, Mac, bereitgestellt von ARM selbst, vollständiger Support für FPU's, C++11, kein Code-Size-Limit
• devkitPro
• ARM GCC toolchain for Linux and Mac OS X
• Yagarto (Windows, mit Eclipse-Integration),
• WinARM (wird derzeit nicht gepflegt)
• GNUARM (Linux, Windows, wird derzeit nicht gepflegt)

Bei der Auswahl der Toolchain sollte beachtet werden, dass es größere Unterschiede bei den bereitgestellten C-Bibliotheken gibt. Die Sourcery Codebench Lite-Edition stellt z.B. keine Bibliotheken mit FPU-Unterstützung bereit, so dass trotz vorhandener FPU beim Cortex-M4 nur suboptimaler Code erzegt werden kann. Siehe [1] für ein kleines Beispiel und eine Erklärung.

Die im Netz häufig anzutreffende summon-arm Toolchain hat einen der seltenen Compiler-Bugs [2] und sollte daher nicht verwendet werden, wenn man floatingpoint-Typen einsetzen möchte. Egal ob mit oder ohne FPU.

Beim Einsatz des gcc in Verbindung mit in C geschriebenem startup-Code bei den Optimierungslevels "-O2" und "-O3" muss zusätzlich "-fno-gcse" gesetzt werden, da ansonsten die von der CPU benötigte NVIC-Tabelle(n) und zugehörige Funktionen u.U. nicht so aussehen wie sie sollten.

Siehe auch ARM-GCC development resources im Forum.

Nutzung mit eigener Umgebung/Kommandozeile

Hier einige Hinweise wie man den GCC direkt verwenden kann (zB. mit selbstgebautem makefile), falls man das nicht von einer Entwicklungsumgebung machen lässt.

Compiler & Linker Flags

Für Eilige, zum Copy&Pasten. Detailinformationen gibt es in der GCC Dokumentation, auch speziell für ARM.

• Mit Optimierungen:

Tool/Sprache	Cortex-M3	Cortex-M4F
C-Compiler (gcc)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto
C++ Compiler (g++)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions
Assembler (as)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb
Linken von C Code (mit gcc-Befehl)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -Wl,--gc-sections -static	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -Wl,--gc-sections -static
Linken von C++ (und C) Code (mit g++-Befehl)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -Os -flto -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static

• Ohne Optimierungen, mit Debug-Informationen:

Tool/Sprache	Cortex-M3	Cortex-M4F
C-Compiler (gcc)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g
C++ Compiler (g++)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions
Assembler (as)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb
Linken von C Code (mit gcc-Befehl)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -Wl,--gc-sections -static	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -Wl,--gc-sections -static
Linken von C++ (und C) Code (mit g++-Befehl)	-mcpu=cortex-m3 -mfloat-abi=soft -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static	-mcpu=cortex-m4 -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -ffunction-sections -fdata-sections -g -fno-rtti -fno-exceptions -Wl,--gc-sections -static

• Siehe auch das Readme vom GCC-ARM-Embedded
• Um das -flto -Flag verwenden zu können, muss der GCC LTO unterstützen. Beim GCC-ARM-Embedded ist dies ab Version 4.7-2013-q2-update der Fall.
• Die LTO erkennt die ISR's und den Interrupt Vector möglicherweise als "unbenutzt" und optimiert sie daher weg. Dies kann durch Markierung der Funktionen & Variablen mit "__attribute__ ((used))" verhindert werden.
• Alle Compileroptionen müssen auch beim Linken mit angegeben werden (ist in obiger Tabelle berücksichtigt), da auch dann u.U. Code generiert werden kann.

Startupcode & Linkerscript

• Damit der compilierte Code an den richtigen Stellen im Controller landet (d.h. dem Flash) muss man dem Linker ein Linkerscript mitgeben. Dies geht per "-T pfad_zum_linkerscript.ld" an den Linker-Befehl. Das Script ist praktisch Controller-spezifisch, es gibt Beispiel-Scripte der Controller-Hersteller.
• Damit beim Starten die richtigen Initialisierungen vorgenommen werden (wie globale Variablen und bei C++ Konstruktoren globaler Objekt-Instanzen) muss als erstes ein Startupcode laufen, der dann die main()-Funktion aufruft. Der Startupcode ist meistens in Assembler geschrieben, C/C++-Code ist aber auch möglich. Assemblercode kann per arm-none-eabi-as (Flags s.o.) assemblisiert werden, die resultierende .o -Datei normal mitgelinkt. Auch für den Startupcode gibt es Beispiele der Controller-Hersteller.

Zusammen bieten die beiden Dateien der Anwendung ein Standard-C-Interface, d.h. man kann wie gewohnt globale Variablen verwenden und seinen Code in die main()-Funktion schreiben.

FPU der Cortex-M4F nutzen

Um die FPU zu nutzen, muss dem Compiler per Flag dazu gebracht werden, FPU-Instruktionen zu generieren.

Außerdem muss vor Benutzung der FPU-Befehle die FPU aktiviert werden, dies geschieht typischerweise im Startupcode, bevor die main() -Funktion aufgerufen wird. Hier die entsprechenden Befehle, falls sie im verwendeten Startupcode nicht onehin schon enthalten sind:

/*FPU settings*/
 ldr     r0, =0xE000ED88           /* Enable CP10,CP11 */
 ldr     r1,[r0]
 orr     r1,r1,#(0xF << 20)
 str     r1,[r0]

In C/C++ unter Verwendung der CMSIS geht es so:

SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2)); /* set CP10 and CP11 Full Access */

Weiterhin sollte die GCC-Distribution auch Laufzeitbibliotheken mit FPU-Unterstützung mitbringen (CodeBench lite und Yagarto werden ohne ausgeleifert, GCC-ARM-Embedded mit).

Am Beispiel der STM32F4 mehr dazu in diesem Thread: Floating Pointing Unit STM32F4

Disassemblieren mit GCC

arm-none-eabi-objdump -d -t -C pfad_zum_binary.elf

Konvertieren zwischen Binary-Formaten beim GCC

arm-none-eabi-objcopy -O ausgabeformat eingabe_binary.elf ausgabe_binary

Nützlich als Ausgabeformat sind z.B. "ihex" oder "binary".

Code-Größe optimieren

Obige Flags (insbesondere -flto und -Os) verwenden. Hier finden sich noch ein par Tips, für den 1. kann aber mittlerweile der GCC-ARM-Embedded direkt verwendet werden, da er jetzt LTO unterstützt (s.o.).