1. 前言
当前，在汽车电子软件产品开发中，由于软件架构划分越来越泾渭分明，MCAL BSW Bootloader 部分CDD 复杂设备驱动等要不就是相对独立，要不就是不同组织协同开发，或者直接购买供应商的代码，所以越来越多的开发团队采用 源码和 不同的静态链接库进行协同编译的方式构建目标文件。
而且在汽车行业中，整车厂大多采用自己定义的二进制软件编码规范来确保软件物料的安全性和品牌旗下的通用性，典型例子如 PSA 家的.ulp 文件和 Geely 家的.vbf 文件，这些都是基于嵌入式行业内通用的二进制目标文件 *.s19 *.hex 等进行自定义规则修改，增加了不同的加密和压缩算法。
尤其最近python这门语言在行业内的渗透，导致工程师不仅可以使用py解析和生成arxml，dbc ，a2l 等文件，还可以在构建目标软件中，编写py脚本，添加更为强大编译后处理手段，例如插入可变时间戳序列号，合并/拆分标定文件，数据压缩/加密等。
综上所诉，软件构建所要求的目标日渐复杂，已经超出了 集成开发环境软件IDE (Tasking,CodeWarrior,GreenHill...) 的能力，并且笔者前期的文章也讲到了持续集成在行业内的应用，使用IDE 也没有办法实现持续集成，接下来笔者将为大家介绍2020年两种主流的软件构建方案，makefile 和 modern cmake 。
2. makefile
关于makefile的介绍和教程，大家可以直接到陈皓的博客里学习，跟我一起写 Makefile ，简单来讲 ，makefile 就是make构建系统的可执行脚本，可以在里面设定编译器，源码，以及调用python等其它可执行脚本。如下为示例工程和相关makefile文件，读者可以下载此工程，learn by doing。
需要注意的是，汽车电子产品为嵌入式软件开发，所以无论使用哪个系统(windows ,linux, macos)都算是交叉编译，由于嵌入式最早发迹是Keil、IAR等破解或盗版的IDE横行，导致最初的开发者大多采用windows，由此产生的技术生态积累也大多基于win，所以即便到今天，开发嵌入式也是首选windows系统，但是随着嵌入式linux以及车联网智能驾驶等新技术点的崛起，linux系统下也逐渐完善了开发工具链，并且有了相当一部分的liunx系统下嵌入式软件开发人员。
笔者示例的环境是 windows + wsl ，终端工具使用cmder，wsl安装了ubuntu，大家也可以直接使用linux。
2.1. STM32工程示例
此示例工程是针对 STM32F4 DISCOVERY 这块开发板，存放在github上，STM32_F429DISCO_led
其中，makefile文件如下:
#------------------------------------------------------------------------------
# File : 通用Makefile
# Enviroment : windows
# Author : Shibo Jiang
# Time : 2017.11.17
# Version : 0.5
# Notes : 针对STM32F429这款芯片，需要安装make和python的环境
#------------------------------------------------------------------------------
#--------------------------------- 编译参数 ------------------------------------
# 参数名称：显示编译
# 参数说明：在调用工程时输入 make V=1 来显示编译过程，否则默认不显示编译时的指令
ifneq ($(V),1)
Q := @
NULL := 2>\dev\null
endif
# 参数名称：目标目录，及目标名称
# 参数说明：工程编译生成对象存放的文件夹，及工程文件名称
TARGET_FOLDER := build_result
TARGET := .\$(TARGET_FOLDER)\LedProject
# 参数名称：优化等级
# 参数说明：默认共提供5级优化
# -O0 无优化(默认)
#
# -O/-O1 使用能减少目标文 件 大小以及执行时间并且不会使编译时间明显增
# 加的优化.在编译大型程序的时候会显著增加编译时内存的使用.
#
# -O2 包含-O1的优化并增加了不需要在目标文件大小和执行速度上进行折衷
# 的优化.编译器不执行循环展开以及函数内联.此选项将增加编译时间和
# 目标文件的执行性能.
#
# -Os 专门优化目标文件大小,执行所有的不增加目标文件大小的-O2优化选
# 项.并且执行专门减小目标文件大小的优化选项.
#
# -O3 打开所有-O2的优化选项并且增加 -finline-functions,
# -funswitch-loops,-fpredictive-commoning, -fgcse-after-reload
# and -ftree-vectorize优化选项.
OPT := -O0
# 参数名称：C语言标准
# 参数说明：该选项用于设定编译时执行的C语言标准，提供的选项分别为
# -std=c90/-ansi/-std=iso9899:1990 各时期标准C版本
# -std=iso9899:199409
# -std=c99/-std=iso9899:1999
# -std=c11/-std=iso9899:2011
# -std=gnu90 或一下具有GNU特性的语言标准
# -std=gnu99
# -std=gnu11
CSTD := -std=c11
# 参数名称：CPP语言标准
# 参数说明：该选项用于设定编译时执行的CPP语言标准，提供的选项分别为
# -std=c++98\-ansi\-std=c++03 同上
# -std=c++11
# -std=gnu++98
# -std=gnu++11
CXXSTD := -std=c++11
# 参数名称：包含路径
# 参数说明：就是 include 设置，用于为编译器提供寻找.h文件的路径
INC_FLAGS := -I .\$(TARGET_FOLDER)\files_h
# 参数名称：链接文件
# 参数说明：指定链接器链接文件时使用的链接脚本文件
LDSCRIPT := $(shell find -name 'stm32_f103ze_gcc.ld')
# 参数名称：python脚本
# 参数说明：指定make调用的python脚本文件
PYTHON_SCRIPT := $(shell find -name 'makefile_script.py')
# 参数名称：宏定义
# 参数说明：编译时预编译的宏定义
DEFINES := -D __weak="__attribute__((weak))"
DEFINES += -D __packed="__attribute__((__packed__))"
DEFINES += -D USE_STDPERIPH_DRIVER
DEFINES += -D STM32F10X_HD
# 参数名称：浮点运算参数
# 参数说明：-mfloat-abi用于设定浮点运算模式，共三种选择
# soft 软件实现
# softfp 使用浮点运算器但以软方式调用协议
# hard 使用浮点运算器以FPU-specific调用协议
#
# -mfpu用于指定FPU类型，根据MCU型号确定，具体可参照gcc.pdf page：206
# 进行设定
# FP_FLAGS := -mfpu=fpv4-sp-d16
# FP_FLAGS += -mfloat-abi=softfp
FP_FLAGS :=
# 参数名称：内核参数
# 参数说明：用于设定编译时使用的内核型号及指令集参数
ARCH_FLAGS :=
ARCH_FLAGS := -mthumb
ARCH_FLAGS += -mcpu=cortex-m3
# 参数名称：警告设置
# 参数说明：用于设定编译时产生警告的级别和内容,部分参数C与C++间不兼容，具体的参数功
# 能及说明请阅读gcc说明书进行了解
CWARN_FLAGS += -Wall -Wshadow
#CWARN_FLAGS += -Wundef -Wextra -Wredundant-decls
CWARN_FLAGS += -fno-common -ffunction-sections -fdata-sections
CWARN_FLAGS += -Wimplicit-function-declaration
#CWARN_FLAGS += -Wmissing-prototypes
CWARN_FLAGS += -Wstrict-prototypes
CXXWARN_CXXFLAGS += -Wall -Wshadow
#CXXWARN_CXXFLAGS += -Wundef -Wextra -Wredundant-decls
CXXWARN_CXXFLAGS += -fno-common -ffunction-sections -fdata-sections
CXXWARN_CXXFLAGS += -Weffc++
# 参数名称：警告设置
# 参数说明：用于设定编译时产生警告的级别和内容,部分参数C与C++间不兼容，具体的参数功
# 能及说明请阅读gcc说明书进行了解
LDLIBS += -Wl,--start-group -lc -lgcc -lnosys -Wl,--end-group
#----------------------------- 搜索工程目录下的源代码 ---------------------------
AS_SRC := $(shell find ./$(TARGET_FOLDER)/files_s -name '*.s')
AS_OBJ := $(AS_SRC:%.s=%.o)
C_SRC := $(shell find ./$(TARGET_FOLDER)/files_c -name '*.c')
C_OBJ := $(C_SRC:%.c=%.o)
CXX_SRC := $(shell find ./$(TARGET_FOLDER)/files_cpp -name '*.cpp')
CXX_OBJ := $(CXX_SRC:%.cpp=%.o)
#--------------------------------- 参数整合 ------------------------------------
# C flags
CFLAGS := $(OPT) $ $(CSTD) $(INC_FLAGS) $(FP_FLAGS)
CFLAGS += $(DEFINES) $(ARCH_FLAGS) $(CWARN_FLAGS) -g
# C++ flags
CXXFLAGS := $(OPT) $ $(CSTD) $(INC_FLAGS) $(FP_FLAGS)
CXXFLAGS += $(DEFINES) $(ARCH_FLAGS) $(CXXWARN_CXXFLAGS) -g
# Linker flags
LDFLAGS := --static
LDFLAGS += -Wl,-Map=$(TARGET).map -Wl,--gc-sections
LDFLAGS += -T$(LDSCRIPT) $(ARCH_FLAGS) $(LDLIBS)
# OBJ
OBJ := $(RUN_PY) $(AS_OBJ) $(C_OBJ) $(CXX_OBJ)
#-------------------------------- 编译器调用指令 --------------------------------
PREFIX := arm-none-eabi
CC := $(PREFIX)-gcc
CXX := $(PREFIX)-g++
LD := $(PREFIX)-gcc
AR := $(PREFIX)-ar
AS := $(PREFIX)-as
OBJCOPY := $(PREFIX)-objcopy
OBJDUMP := $(PREFIX)-objdump
GDB := $(PREFIX)-gdb
#----------------------------------- 编译对象 -----------------------------------
# @python3 $(PYTHON_SCRIPT)
all: help
@echo Have already runned python script, please do next e.g. make elf.
elf: $(TARGET).elf
bin: $(TARGET).bin
hex: $(TARGET).hex
list: $(TARGET).list
images: $(TARGET).images
%.images: %.bin %.hex %.list %.map
@echo "*** $* images generated ***."
%.bin: %.elf
@echo " OBJCOPY $(*).bin."
$(Q)$(OBJCOPY) -Obinary $(*).elf $(*).bin
%.hex: %.elf
@echo " OBJCOPY $(*).hex."
$(Q)$(OBJCOPY) -Oihex $(*).elf $(*).hex
%.list: %.elf
@echo " OBJDUMP $(*).list."
$(Q)$(OBJDUMP) -S $(*).elf > $(*).list
%.elf %.map: $(OBJ) $(LDSCRIPT)
@echo " LD $(TARGET).elf."
$(Q)$(LD) $(OBJ) $(LDFLAGS) -o $(TARGET).elf
$(AS_OBJ): %.o:%.s
@echo " AS $(*).s"
$(Q)$(CC) $(ARCH_FLAGS) $(FP_FLAGS) -g -Wa,--no-warn -x assembler-with-cpp -o $(*).o -c $(*).s
$(C_OBJ): %.o:%.c
@echo " CC $(*).c"
$(Q)$(CC) $(CFLAGS) -o $(*).o -c $(*).c
$(CXX_OBJ): %.o:%.cxx
@echo " CXX $(*).cpp"
$(Q)$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $(*).o -c $(*).cpp
clean:
@echo "CLEAN result folder"
$(Q)$(RM) -f -r $(shell find ./ -name '$(TARGET_FOLDER)')
cleanobject:
@echo "CLEAN $(*).o"
@echo "CLEAN $(*).d"
@echo "CLEAN $(*).elf"
@echo "CLEAN $(*).bin"
$(Q)$(RM) $(shell find -name '*.o' -o -name '*.d' -o -name '*.elf' -o -name '*.bin')
@echo "CLEAN $(*).hex"
@echo "CLEAN $(*).srec"
@echo "CLEAN $(*).list"
@echo "CLEAN $(*).map"
$(Q)$(RM) $(shell find -name '*.hex' -o -name '*.srec' -o -name '*.list' -o -name '*.map')
@echo "CLEAN generated.$(*)"
$(Q)$(RM) $(shell find -name 'generated.*' -o -name '*.srec' -o -name '*.list' -o -name '*.map')
help:
@echo The following are some of the valid targets for this Makefile:
@echo ... images
@echo ... elf
@echo ... bin
@echo ... hex
@echo ... list
@echo ... clean
@echo ... cleanobject
@echo ... help
.PHONY: images clean elf bin hex list help cleanobject
2.2. 示例工程构建教程
2.2.1. 环境准备
- Linux 环境，若为windows也可以，不过需要读者自行准备如下提到的软件
- 安装gcc-arm-none-eabi 编译器，编译arm芯片代码
可以看到笔者已经把源换成清华的了，这部分可以搜ubuntu换源，网上教程有很多，不过还是要提醒新安装linux 的同学一定要记得换源，过多就不好直说了。安装完成后检查编译器版本。
- 安装并查看make工具版本，linux系统下的同学应该会免去安装，直接查看就好，win系统下的同学还需要搜索
windows下make安装，自行安装make
- 安装python，py教程网上非常丰富，这里就不在细讲
- 测试makefile，在示例工程下直接输入
make指令
2.2.2. 目标构建
示例makefile中可以分别生成 elf bin hex list文件，也可以一次性全部生成这些文件(images 命令)，接下来使用 make images 命令生成所有二进制文件。
本示例还提供了编译文件清除命令，可以使用 make cleanobject 清除编译生成的目标文件。
