深入淺出GD32 RISC-V Nano/Pico – (三) MapleBoard 工具鏈建置與使用

[johnson]

為什麼我們需要工具鏈？

在嵌入式系統的開發中，工具鏈(toolchain)是銜接主機端(Host)以及目標板(Target)的重要橋樑。

我們在主機端將應用程式(Application,AP)撰寫好後，可能是LED閃爍程式，或者進階一點的LCD顯示程式，需要有一個工具將我們撰寫的高階語言(如C語言)，轉換成為處理機能夠讀懂的機械碼(Machine Code)，而擔任這個重責大任的就是工具鏈。

工具鏈首先將C程式碼的註解先去除(Preprocessing)，產生沒有註解的C檔案，再將這個檔案與相依檔案(如gd32vf103.h)進行連結後，再依照不同目標平台架構(GD32是RISC-V)編譯成物件碼(Object Code)。

這時候會產生如同”entry.o”這種檔案，工具鏈會再將物件碼與標準的C函式庫(或者不同硬體架構的標準函式庫)在進行連結(Loading)。

由於標準含式庫在專案開發的過程中不會有所改變，因此可以直接用物件碼與AP做連結即可。

最後，把連結好的程式碼輸出成ELF格式(Exectuable and Loadable Formate)，如gd32vf103.elf。再將ELF檔案轉換成十六進制(.hex)以及二進制(.bin)檔案，並利用上傳工具將機器馬上傳到目標板上。

於 Mpb-toolchain-Example/src 下的Makefile內容

認識工具鏈

工具鏈一般包含

• 編譯器
• 連結器 (將原始碼/目的碼轉換成可執行程式檔)
• 函式庫 (提供與作業系統之間的介面)

除錯器這些工具一般一個接一個地運用，上一個工具的輸出即是下一個工具的輸入，因此得名，但這幾種工具也可以獨立不相依得進行使用。

其中最知名的工具鏈就是GNU計畫的GNU toolchain

我們的Mpb-toolchain也是源自於GNU專案衍伸出來的RISC-V GNU toolchain 並進行改寫的工具鏈專案。

下載工具鏈

前往 https://github.com/MapleBoard/mpb-toolchain

下載我們的Mapleboard toolchain 以利GD32 RISC-V Nano/Pico的開發。

首先建立一個資料夾(或者移動到任意資料夾)把整個原始碼下載下來。

在終端視窗輸入：
$ git clone https://github.com/MapleBoard/mpb-toolchain.git

可以看到一個名為Mpb-toolchain的資料夾內包含所有工具鏈必要檔案。

建置工具鏈

下載好工具鏈後，請將終端視窗移動到riscv-gnu-toolchain資料夾內。 先安裝工具鏈鎖需要的相依套件：

$ sudo apt install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev

接著，建立一個build資料夾，並對工具鏈做基本的設定：
$ mkdir build
$ ./configure --prefix=pwd/build --with-arch=rv32imac --with-abi=ilp32

注意第二行指令礙於html語法，pwd的地方使用” ` “(左上角ㄅ旁邊那顆按鍵) 作為前後綴，請確認是否如下圖所示:

關於”pwd“的使用方法可以參考鳥哥的私房菜-第六章-Linux 檔案與目錄管理

 

接下來安裝工具鏈：
$ sudo make linux -j8

安裝過程耗時較長，可以在最後執行make指令的時候增加”-j8″的參數來使用多線程進行建置。 若日後想要更新工具鏈的相依模組，可以輸入：
$ git submodule foreach --recursive git pull

使用工具鏈-設定環境變數

建置完成後，我們需要把工具鏈的可執行檔路徑加入到系統的環境變數，也就是$PATH中。 我們要讓電腦重開機依然以使用工具鏈的指令，因此需要修改系統的.bash_rc檔案。 先將終端機工作目錄移動到使用者目錄底下，並用nano文字編輯器修改(亦可使用vi或vim編輯器)：

$ cd ~
$ nano .bashrc

進入如左圖的編輯畫面後，直接在最底端添加：
export PATH=~/path_to_your_directory/riscv-gnu-toolchain/build/bin/:"$PATH"

其中PATH=~/後面的路徑要依照使用者的命名而定，這裡只是舉例。

新增完後，按下Ctrl+O(英文字母 歐)儲存，再按下Ctrl+X離開。 在終端機輸入. .bashrc

可重新載入.bashrc的設定檔 輸入echo $PATH

查看我們剛剛輸入的路徑是否已經寫入到系統環境變數。

使用工具鏈-使用指令

將指令加入系統環境變數後，只要在命令視窗中輸入riscv32-mapleboard-elf並按兩下”Tab”鍵，就會自動列出所有指令。

這些指令中包含常見的gcc(編譯器), ar(組譯器), ld(連結器), objcopy(物件碼轉換器) 等等工具鏈必備的軟體。

到這一步我們就可以使用終端視窗編譯我們的程式碼，只需要依照順序將原始碼進行編譯，組譯，連結，轉檔，最後在利用特定的上傳工具上傳到目標板上即可。

但是這說還是很籠統，因此我們提供了一個工具鏈使用的範例程式供大家下載使用。

關於工具鏈的範例以及範例的使用方法，請繼續閱讀

深入淺出GD32 RISC-V Nano/Pico – (四) MapleBoard 工具鏈範例使用教學

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