使用cmake开发stm32程序

很长一段时间开发单片机程序需要使用Keil软件，但该软件存在闭源、界面老旧、智能提示较差等缺点；ST公司推出的CubeMX/CubeIDE随实现了图形化配置，但项目仍然不自由，且封装较高，不适宜学习底层原理，CubeIDE的界面也略显老旧，编码体验较差。此外，常有开发者使用Vscode的STM插件配合CubeMX开发，但这些工具插件需要下载配置，且文件散乱难以管理，占用空间较大。

为了彻底脱离某个IDE的限制，实现多平台、多软件开发，同时体验高效的代码补全好提示，本文章将介绍使用现代化Cmake构建工具和arm-gcc编译工具链创建独立项目，彻底脱离传统IDE的限制，实现多平台、最小化、高效开发STM32程序。使用者无需额外下载任何软件，只要配置好工具链即可无缝适配任何一款支持cmake构建的IDE。

介绍

STM32F1系列芯片的选型介绍

后缀部分	含义	芯片特征（Flash/RAM 大小）
ld	Low density（低密度）	Flash ≤ 16KB，RAM ≤ 4KB（如 STM32F101/102）
md	Medium density（中密度）	Flash 32~64KB，RAM 6~10KB（如 STM32F103C8）
hd	High density（高密度）	Flash 128~512KB，RAM 16~64KB（如 STM32F103VE）
xl	XL density（超高密度）	Flash ≥ 512KB（如 STM32F103ZE）
cl	Connectivity line（互联型）	带 CAN/USB 等外设的高密度芯片（如 STM32F105/107）
vl	Value line（超值型）	低成本版本的 ld/md/hd 芯片（如 STM32F100）

C项目编译流程

一个多文件C项目一般都需要以下编译流程。预编译阶段会展开头文件，替换宏定义，得到纯文本的代码文件.i，随后汇编器将.i文件转成.s汇编代码，汇编器再把所有汇编文件和启动文件各自编译为.o文件，最后由链接器把.o文件链接合并为可执行文件.bin/hex文件。

startup启动文件

startup文件夹中提供了各种型号MCU的 .s 文件，它们是汇编语言编写的启动文件，是 STM32 芯片上电复位后执行的第一段代码，也是连接硬件和 C 语言程序 main() 的桥梁，核心功能包括：

• 初始化堆栈：设置栈的大小和起始地址，为函数调用、局部变量分配内存；
• 初始化堆（可选）：为 malloc() 等动态内存分配函数提供空间；
• 设置中断向量表：定义复位、异常、外设中断的入口地址；
• 初始化系统时钟：调用system_stm32f10x.c 中的 SystemInit() 函数配置的主频；
• 跳转到 main() 函数：完成底层初始化后，进入用户编写的 C 语言主函数。

链接脚本

程序编译完成后需要链接器按链接脚本链接得到可执行文件，其核心功能包括：

• 内存布局定义：定义 STM32 的 Flash 和 RAM 大小和起始地址；
• 段分配规则：配置链接器将编译生成的各段放到MEMORY里的不同区域；
• 符号定义：.ld 文件中定义的_etext/_sdata/_ebss等符号，会被启动文件（.s）引用：
• 栈/堆大小定义：部分 .ld 文件会定义栈和堆的大小，也可以在启动文件中定义。

工具链的安装

为了更好的管理复杂的代码文件，以及更方便的编译项目，我们需要一套完整的编译工具链：

arm-gcc

这是是针对 ARM 架构处理器的交叉编译器套件，是嵌入式 ARM 开发的核心编译工具。

所谓交叉编译就是在 x86/x64 主机上编译出能在 ARM 芯片上运行的二进制程序（.elf/.bin/.hex 文件）。

arm-gcc的核心组件包括：

• arm-none-eabi-gcc：核心编译器，负责将 C/C++ 源代码编译为 ARM 架构的汇编代码 / 目标文件；
• arm-none-eabi-ld：链接器，将多个目标文件、库文件链接成最终的可执行文件；
• arm-none-eabi-objcopy：格式转换工具，将 .elf 文件转为嵌入式芯片可烧录的 .bin/.hex 文件；
• arm-none-eabi-gdb：调试器，配合 OpenOCD 进行硬件调试。

arm-gcc下载官网在此处，需要添加到环境变量中。

验证安装：

arm-none-eabi-gcc --version

cmake

CMake 是一个跨平台的构建系统生成工具，它不是直接的编译器/构建器，而是生成构建规则。这样只需一套 CMakeLists.txt，就能生成适配不同平台（Windows/Linux/macOS）、不同构建工具（Make/Ninja）、不同编译器（arm-gcc/Clang）的构建规则。

cmake下载官网在此处，需要添加到环境变量中。

验证安装：

cmake --version

ninja

Ninja 是一个轻量级、高性能的构建执行工具，可以代替传统的 Make构建工具。Ninja 本身不写构建规则，而是执行 CMake 生成的 build.ninja 文件。

ninja下载官网在此处，需要添加到环境变量中。

验证安装：

ninja --version

openocd

OpenOCD 是开源的片上调试 / 烧录工具，负责将编译好的程序烧录到 ARM 芯片，并提供调试接口，支持绝大多数 ARM 芯片和调试器。

openocd下载官网在此处，需要添加到环境变量中。

验证安装：

openocd --version