[推荐]AVR 单片机与GCC 编程 教程

第一章  AVR 单片机GCC 程序设计

WINAVR 是一个ATMEL AVR 系列单片机的开发工具集，它包含GNU C 和C++编译器GCC。

1.1 一个简单的例子

为了先有一个感性的认识，我们首先看一下如下一段程序和它的编译、链接过程。

文件demo1.c ：

#include
int main( void )
{
unsigned char i, j, k,led=0;
DDRB=0xff;
while (1)
{
if(led)
PORTB|=0X01;
else
PORTB&=0XFE;
led=!led;
//延时
for (i=0; i<255; i++)
for(j=0; j<255;j++)
k++;
}
}

这是一个使接在PB0 口的LED 发光管闪烁的程序。有了源程序文件demo1.c，我们就可以编译它了。通过点击菜单开始->运行 在弹出的对话框中输入 “ command ” ，来打开控制台窗口，并在命令行输入:avr-gcc –mmcu=at90s2313 –c demo1.c

如图1-1 所示。

必需告诉编译器 程序的mcu 类型，这是我们通过命令行选项-mmcu 来指定的，我们指定的器件为at90s2313。-c 选项告诉编译器编译完成后不链接。

编译完成后在工作目录新生成了一个文件：demo1.o ，它是我们的目标文件,我们再使用链接器将它链接成可在器件上执行的二进制代码。
在命令行输入：avr-gcc –mmcu=at90s2313 –O demo1.elf demo1.o

之后我们会在工作目录看见链接器生成的demo1.elf。gcc 的链接后生成的文件为ELF 格式，在命令行我们通常用.elf 指定其扩展名。ELF 格式文件除了包含不同存储器的二进制格式内容外还包含一些调试信息，所以我们还要借助一个有用工具 avr-objcopy 来提取单片机程序存储器内容。命令行输入：avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex demo1.elf demo1.hex

gcc 把不同类型的数据分到不同的段落，相关程序存储器的段有 .text 和 .data ，我们用选项 –j 指定了要提取的段。选项 –O 用来指定输出格式，这里我们指定为ihex (intel HEX file)。

到此我们得到了最终可以写入单片机90S2313 FLASH 存储器的demo1.hex 文件。用编程器将demo1.hex 内空写入到单片机，便可看到接在PB0 口的LED 不断的闪烁。以上对一次编译过程的描述只是为了说明gcc 编译一个C 源程序的步骤，在实际的应用中我们很少用这种方式编译每一个源程序和每一个更新后的程序。而是借助一个叫make 的项目管理工具来进行编译操作。Make 由下一节介绍。 

1.2 用MAKEFILE 管理项目

在我看来，通常一个编译器（泛指高级语言编译器、汇编器、链接器等等）、项目管理器和文本编辑器构成一个完整的编程环境。

WINAVR 没有像Keil uVision 那样的集成IDE，所以我们需要写一个叫做makefile 的文件来管理程序的编译链接。makefile 是个脚本文件，一个标准的(应该说经典的)可执行文件make.exe 负责解析它并根据脚本内容来调用编译器、链接器或其它的工具。

1.2.1 make 的使用

make 能够自动记忆各源文件间的依赖关系，避免重复编译。
Make 指令用法是：
Make [-f filename] [names]
方括号表示括号里边的内容可以省略。其中filename 代表make 所使用的项目描述文件，如果此项省略，则从当前目录下按下列顺序寻找默认的项目描述文件

GNUmakefile.
makefile
Makefile （当然在WINDOWS 下不份大小写文件名，也就无所谓了）
names 指定目标名或宏名。若不指定目标名，则make 命令总是把在makefile 文件中遇到的第一个目标当作默认目标。

1.2.2 Makefile 项目描述文件

一.目标

make 命令引入了目标（targets）的概念。Makefile 描述文件便是它的第一个目标，make 命令必须处理至少一个目标，否则不会得出任何结果。正如我们在一个没有默认描述文件的当前目录下敲入make 一样，make 会输出以下的结果：

MAKE： ***No targets specified and no makefile found. Stop.

1.在项目描述文件中定义目标

一个目标通常从一行的开头开始，并后跟一个冒号。
最简单的MAKEFILE
#当前目录 D:\AVRGCC\TEST
all:
@echo hello!
#End makefile
all: 便是第一个目标
调用此描述文件结果：
D:\AVRGCC\TEST>make
hello!

2.默认目标(goal)

在上面提到过，如果调用make 时不指定目标名则make 总是假设在描述文件中遇到的第一个目标是默认目标。以下示例可以非常好的说明这一问题。

具有三个目标的makefile
#当前目录 D\AVRGCC\TEST
one:
@echo one.
Two:
@echo two.
Three:
@echo three.
#End makefile
调用1：
D:\AVRGCC\TEST>make
one.

由于在命令行没有指定目标，make 从makefile 中找到第一个目标（one）并执行后既退出。
调用2：
D:\AVRGCC\TEST>make two
two.
由于在命令行明确指定了要执行的目标（two）,make 在makefile 中找到指定的目标，并执行后退出。

调用3：
D:\AVRGCC\TEST make three one two
three.
one.
two.
命令行指定了三个目标，make 一一寻找并执行。
在makefile 中非默认的目标称为可替换的目标，只有默认的目标与它们存在直接或间接的依赖关系时它们才有可能被调用。

二．依赖关系

makefile 文件按如下格式指定依赖关系：
目标1[目标2 … ] : [ : ][依赖1][依赖2] …
[命令]

如下例

#当前目录 D:\AVRGCC\TEST
one: Two
@echo one.
Two:
@echo two.
#End makefile
执行结果是：
d:\avrgcc\test>make
two.
one.
Make 首先找到第一个目标one ，之后发现目标one 依赖目标Two 就先执行Two 后才执行one 中的命令。