架構編譯器的感悟

這所謂的編譯器就是將c語言代碼編譯爲機器代碼的，先將C編譯爲彙編代碼，再由彙編器將彙編代碼編譯爲機器代碼，CPU執行的是機器代碼

忽然發覺好像不少書都這麼說，不少人也這麼說，因而很天然的記住了，可是，我忽然想起了，這但是隱藏着一些道理。

1，C編譯爲彙編，對於這個過程，應該是平臺無關的，具體是怎麼實現的？這個是由C編譯器開發商來處理，總之，若是我用IAR ARM的話，那麼一樣的main函數，編譯出來應該是獲得 ARM 格式的彙編代碼，也就是說，使用的是 ARM 指令集，一樣道理，若是是 GCC，也產生相似的，不過由於他們的內部實現並不同，因此出來的結果可能有差別，不過最後的結果是一致的，也就是獲得對應平臺的彙編代碼。

2，彙編器將彙編代碼翻譯爲機器代碼，其實這個過程比較簡單的，有點像查表，通常廠家都會免費提供這麼一個編譯器，不然MCU就不用賣了，通常C編譯都會本身實現一個。這讓我想起了，什麼是架構 Architecture，一個CPU怎麼尋址，指令集是什麼，堆棧指針是怎麼變化的，PC程序指針是怎麼變化的，怎麼取指令，這些東西都是每一個CPU區別於其餘CPU所特有的東西，也就是一個CPU設計的時候所面臨的內容。這就是架構，還記得學校學MCS-51的時候說得最多的是什麼麼？對，尋址和指令集，這個就是架構，老師想你學51這種架構，而不單純是學怎麼用這個芯片。

3，再說回上層的，ARM是一個核心，是一個架構，他制定了指令集，他指定了SP指針的訪問方式，他指定了怎麼尋址，因此說「ARM架構」

而後不少廠家根據ARM架構生產的芯片，由於你就一個核心沒用啊？他就會執行指令，其餘什麼都不懂，咱們須要外設，須要不少外圍器件，例如I2C，USB什麼的，和ARM這個核心一同構成一個完整意義上的芯片，咱們叫 SOC （system on chip）單片系統，由於這個系統已經具有了基本跑起來的條件了，再在外圍加上適當的復位和晶振電路，那基本就沒有什麼問題了。

從這我又想到了，那既然是同一個核心出來的，每一個廠家生產芯片有什麼不一樣呢？其實說白了就是外圍器件的不一樣，例如ARM9芯片，三星的S3C2440，核心是 920T集成了LCD控制器，NAND FLASH 控制器，然而 Atmel的 AT91RM9200，核心一樣是 ARM架構的 920T，可是他沒有LCD控制器，卻集成了網絡方面的功能，這樣看來，在一個架構上面不一樣廠家添加不一樣的功能器件，而獲得了各類各樣的芯片，也就是SOC了。

繼續聯想，不一樣的SOC之間其實還真的沒有什麼本質性的差異，第1，2點也說明了，C是萬國語言，他到底也是通用的，因此同一段MAIN函數，若是你什麼都不寫，那麼編譯出來，在每個soc都跑得通。而爲何基於這個芯片開發的程序就不能用到拿個芯片呢？其實一個重要的問題就是地址的訪問，尋址的問題。ARM 32位總線固定了 4GB的尋址空間，可是ARM並無硬性的規定哪一個地址應該作什麼，哪一個地址不能作什麼，具體怎麼作，是SOC廠商說了算，因此產生的差別就是，可能這個soc裏面的uart模塊地址爲 0x50000000 ，而另一個廠商的soc的uart模塊地址爲 0x40000000 ，C語言的器件編程，說白了不就是對某個地址放某些數據，例如我要設置UART，很簡單，將正確的數據送到正確的地址，也就是UART模塊所在的地址，那麼一切都完工了。

這裏體現了很重要的一點，就是所謂的編程就是在什麼地址放什麼數據或者要什麼數據。從這個抽象層面來看，編譯器能夠很輕鬆的編譯同一個核心的不一樣SOC，由於不一樣核心，那牽涉到架構的問題，要修改編譯器內部的實現代碼，可是同一個架構同一個核心的，對不一樣芯片的訪問的區別，就在於不一樣的地址！！

若是對S3C2440的編程，核心是 ARM 920T ，咱們應該重點學習什麼？

應該學習通用的，若是理解上面的內容，就知道什麼是通用的了。那就是架構，搞懂了ARM 920T的架構，那麼你使用的幾個芯片又有什麼差異呢？最多就是對着那個新的功能模塊研究一下怎麼設置。

4，再談談編譯器

其實編譯器實現的目的都是一個，機器代碼，只是實現的辦法和過程並不相同而已。那麼對於衆多的編譯器，咱們應該選擇哪一個？其實選擇哪一個都沒有所謂，他們都一樣的強大，ARMCC, GCC, IAR KEIL-MDK都一樣強大，只要你學會了用，總能知足你的須要。可是，是否是每一個編譯器就各自爲政呢？那倒不必定，因此呢，學習，是須要抓住核心

什麼是核心？有幾點

1）main函數執行以前究竟作了些什麼

可能在學校不少老師都教，C語言的入口在main函數，全部的代碼從這裏開始！可是真的嗎？其實並非的，main函數執行以前須要必要的環境，這個環境由誰來提供？其實，在你的C語言程序鏈接的時候，一個初始化的模塊（通常是叫 crt0.o ，也就是 c running time的縮寫）已經悄悄的被鏈接進去了。這是每一個編譯器都會作的，關鍵是，這個crt0 的模塊是編譯器默認提供的仍是你本身去實現。若是是編譯器自帶的，那麼你應該怎麼去作部分修改以達到本身的目的，若是是本身寫，那又應該怎麼去寫？這就是學習的重點了。

初始化模塊主要的工做：設置棧，設置堆（heap，主要是爲C庫的malloc服務），.data的搬移（若是須要的話），.bss段的初始化，跳轉到 main函數。這個就是共性，不管什麼編譯器，都是在作這幾步而已，不一樣的只是用各個編譯器各自的語法去實現，可是本質也是不變的，固然，你也能夠本身去實現，在鏈接的時候鏈接進來就OK了。

2）怎麼處理鏈接（link）

編譯的過程基本不須要去關心，編譯器都作得好好的，你也沒有干預的餘地，最多就是傳遞一些不一樣的編譯參數，這個稍微看看自帶的文檔，或者乾脆用到的時候再翻，也問題不大。真正的大問題出在鏈接。

編譯的過程獲得的obj文件，是徹底和地址無關的，例如，每一個源文件對應的obj文件，地址都是從0開始的，它真正鏈接的時候才由鏈接器linker分配真正運行時候的地址，因此，你要想處理每一個具體的代碼段運行的時候應該在什麼地方，就要注意學習link了。

其中指導linker工做的就是對應的腳本 linker scrpit，鏈接腳本，一樣，這是一個共性，每一個編譯器都確定有，只是實現辦法的不一樣，腳本具體的編寫的語法不一樣，因此這個是應該重點研究的，讓你的代碼聽聽話話，就花多點功夫去研究這個吧。

因此，每遇到一個編譯器，先了解他怎麼初始化，而後研究它怎麼鏈接，瞭解了以後基本上你就會用這個編譯器了，剩下的就不用說了，上課老師也說得夠多了，怎麼從main函數開始寫，云云。