【嵌入式常识篇】一个C项目工程在IDE中是怎么一步步编译成一个固件包的 ...

媒介：初学C语言的时候是在Linux环境下，那时候只知道需要通过GCC工具编译成可执行文件才可以在运行，厥后进入到了嵌入式行业发现需要IDE将一个C项目工程编译成一个固件包，那时候经常会产生一个疑问：一个C项目工程在IDE中是怎么一步步编译成一个固件包的呢？下面就解答一下这个疑问。时光荏苒，也算是给当年刚入行的本身一个答案。

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1️⃣，流程简述

将一个 C 项目工程 从 源代码 编译成 固件包（hex、bin、elf 等） 的过程，涉及 编译工具链 和 IDE 的工作原理。一样寻常来说，固件编译流程分为以下关键步骤：
   这个过程通常由 编译工具链（如 GCC、IAR、Keil、Clang 等）完成，而 IDE（如 Keil、STM32CubeIDE、IAR 等）负责调用这些工具链，并提供一个图形化的界面来简化开辟流程

1. 源码 (C/ASM/头文件)
2.     ↓
3. 预处理器 (Preprocessor)
4.     ↓
5. 编译器 (Compiler)
6.     ↓
7. 汇编器 (Assembler)
8.     ↓
9. 链接器 (Linker)
10.     ↓
11. 固件包 (HEX/BIN/ELF 文件)

复制代码

对应的执行流程框图如下： 

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2️⃣，预处理（Preprocessing）

   预处理器会在编译前对源代码举行 文本更换和展开，重要包括：
  

• 处理 #include 头文件的引用。
  
• 更换宏定义（#define）。
  
• 处理条件编译指令（#ifdef、#ifndef、#endif 等）。
  
• 移除注释。
  

  举个例子：下面的这个是源代码

1. #include "my_header.h"
2. #define LED_PIN 13
4. void main() {
5.     int pin = LED_PIN;
6. }

复制代码

当预处理之后：

1. void main() {
2.     int pin = 13;
3. }

复制代码

  对应的预处理工具与命令：（最经典的就是GCC，当然如果是其他的芯片环境平台大概就需要用到交叉编译工具了）
  GCC: gcc -E main.c -o main.i
  

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3️⃣，编译（Compilation）

   预处理完成的 .i 文件（纯文本 C 代码）会被编译器转换成 汇编代码。
  

• 编译器的任务：
  
  
  
  • 语法分析，检查代码的语法和语义。
    
  • 天生对应的汇编代码（.s 文件）
    
  
  

  同样是上面的例子：编译后的汇编代码：

1. mov r0, #13
2. str r0, [sp, #4]

复制代码

   编译工具：
  

• GCC: gcc -S main.i -o main.s
  

  

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4️⃣，链接（Linking）

   链接器的任务是将多个 目标文件（.o 文件）、库文件（.a 或 .lib 文件）、启动文件（startup 文件） 合并成一个 可执行的固件文件（.elf/.bin/.hex）。
  

• 链接的工作内容：
  
  
  
  • 解析和解决函数、变量的外部引用。
    
  • 合并不同模块的目标文件。
    
  • 分配内存地址（根据链接脚本 linker script）。
    
  • 天生可执行文件（如 .elf、.bin、.hex）。
    
  
  

  链接工具：
  

• GCC: gcc main.o -o main.elf
  -T linker_script.ld
  

  示例：
如果有多个文件：

1. main.o      // 主程序
2. startup.o   // 启动代码
3. libc.a      // 标准库

复制代码

链接后的 ELF 文件：

1. main.elf

复制代码