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一招教你单片机固件快速瘦身

菜刀和小麦 小麦大叔 2022-05-20

  • 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

ELFExecutable and Linkable Format)是可执行和可链接格式。在LinuxELF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ARMCCGCC,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

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,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-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ARMCCGCC相应的命令以及MDKCubeIDE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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