vscode + cmake + ninja+ gcc 搭建MCU開發環境

1. 前言

接觸過 MCU 開發的同學基本上對于 Keil、IAR 這一類的集成IDE 軟件并不陌生。

使用這類軟件好處當然顯而易見：快速上手，一鍵編譯，一鍵下載，一鍵仿真運行等等，大家只需將注意力焦注于如何編寫好用且優雅的功能代碼即可，至于代碼是如何編譯，如何生成bin文件完全不用關系。

那么使用這類軟件有什么壞處嗎？為什么需要去研究另外一些編譯方式呢？直接用不香嗎？這樣做肯定是有原因的！使用上述IDE存在如下問題：

1. 正版需要License！盡管網上破解教程一大把，破解也很簡單，甚至清楚的人都知道，這個破解軟件大概率還是官方提供的~，因此個人使用沒有問題，但是如果你是公司使用，公司小規模的時候沒人管你，等你業務做大了，公司體量做大了，就開始有人來查水表了，畢竟這個時候由于項目周期、進度等等一系列因素，臨時換炮肯定來不及，那購買License的概率就大幅提高了

2. 不具備跨平臺屬性，此類 IDE 基本都是只有 windows 版本，但是作為嵌入式開發的，又有幾個人能避免 linux 這個開發環境的？ 類似 CI 這種通常部署在 linux 環境上，不可避免代碼要在 linux 上能編起來，甚至能在 linux 上直接開發

3. “效率較低"，當然這需要打一個雙引號，因為這是相對的，開發軟件發展至今，傳統的這種 IDE 相對于近幾年發展出來的主力，類似于VScode 這類開發軟件，傳統IDE界面過于樸素，復雜代碼跳轉等都不是很方便，且Vscode 支持大量插件，甚至AI輔助編碼，開發的時候該選哪個不用多說了

那么本文將詳細描述如何采用 vscode + cmake + ninja + gcc 搭建 MCU 的開發環境，學習一下另外一種開發 MCU 的新方式！

2. 工具安裝及介紹

2.1 gcc

2.1.1 gcc 介紹

準確來說應該是 gcc-arm-none-eabi。

使用 keil 的時候，keil 是 arm 公司開發的一款集成上位機圖形化編輯軟件，點擊某些按鈕之后，其底下也就是執行對應的指令，調用相關編譯器進行編譯罷了，而 keil 調用的編譯器叫做 armcc，這是 arm 自家開發的，不開源，因此需要征收 license 費用。gcc 和 armcc 一樣是一種編譯器，干同樣的是，但是 gcc 開源，因此可以免費使用。

gcc 是一種編譯器，主要用來編譯，比如 linux 系統也是使用 gcc 進行編譯。gcc 會根據不同的處理器架構有不同的 gcc 版本，我們需要根據可執行程序執行所在的cpu架構平臺選擇對應版本的 gcc。

舉個例子：在 linux 上編譯出用于在 linux 上執行的可執行程序使用 gcc 版本 與 在 linux 上編譯出用于在 mcu 上執行的可執行程序的 gcc 版本就不一樣，不同的 gcc 版本對應可執行程序所運行的 cpu 處理器架構的不同。

上述講到的是，我們需要根據可執行程序（即編譯產物）執行所在的cpu平臺架構選擇對應版本的 gcc，但是在 我們的電腦上可以下載每一個版本的 gcc ，并進行編譯，只是編譯出來的產物需要放到對應的cpu架構平臺才能執行而已！【補充：當然需要根據電腦的系統（Windows or Linux or MAC）選擇下載對應系統版本的】

同樣的，對于 mcu 這類處理器不具備運行 gcc 進行編譯的能力，因此需要借助電腦先對源碼執行編譯，生產可以在 mcu 平臺執行的可執行程序，也即 bin 文件，之后再將此 bin 文件下載傳輸到 mcu 內運行。因此對應可以編譯出在mcu平臺運行的可執行程序的編譯器叫做 交叉編譯器 ，此編譯器在windows 或 Linux 或 Mac 上運行，進行代碼編譯，產物在 mcu 上運行。

2.1.2 gcc 下載及安裝

gcc 可從官網上直接下載：gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-win32.zip

選擇自己對應的系統版本的 gcc 即可，像windows 如果下載的是可執行程序，直接安裝就行，如果下載的是 zip，解壓后將解壓之后的 bin 文件夾目錄下的路徑【注意是arm-none-eabi-gcc所在的路徑】 添加到系統環境變量，linux、mac同理，關于如何添加環境變量可自行上網查閱。

安裝成功之后，重新打開一個命令行窗口或 bash，執行 arm-none-eabi-gcc --version 可以查看到對應版本則說明安裝成功。

?? 不同 gcc 版本編譯出來的bin文件大小和內容會有些許差異，因此多人協同開發時，建議采用同一版本！??

2.2 ninja

2.2.1 ninja 介紹

ninja 是 google 公司開發的一款構建系統，一款小巧的專注于編譯速度而生從構建系統！

為什么 Google 要開發這么個東西呢？因為 make 太慢了！

對于小型系統體驗不到，當工程比較大的時候，你執行下 make 指令，重新構建+編譯等個半小時，你能受得了？因此 Google 的大佬開發了 ninja，它功能和 make 一樣，但是比 make 快，它的優點就是：快！

2.2 ninja 安裝

ninja 在 github 上直接開源，下載地址：ninja-github

根據自己的電腦系統選擇對應的平臺的壓縮包即可。

下載完成之后解壓到某個目錄，之后將對應目錄添加到環境變量，同樣怎么添加環境變量自行上網查閱。

環境變量添加好之后，重新打開一個新的命令行終端或者bash，執行 ninja --version 查看是否安裝成功。

2.3 cmake

2.3.1 cmake 介紹

make 工具需要依賴 makefile 文件進行構建，而 ninja 同樣也依賴 build.ninja 文件。

makefile 的語法已經比較晦澀了，感興趣可以看我之前寫過的一篇博文 《Makefile入門到精通》，雖然晦澀難懂，但是多啃啃還是能啃下去，而 ninja 語法那就是天書，人家設計的時候可能也本沒想著讓大家去自行書寫吧，反正我是沒寫過~

聰明的大佬們總會想辦法給自己偷懶減負，因此寫個軟件直接生成這復雜的 build.ninja 描述文件不就好了，語法再弄的簡單點，容易學一點，剩下的就剩解bug了~，因此就是 cmake 的主場了。

cmake 依賴于 CMakeLists.txt 文件，簡單的功能比較好懂的，它不僅能直接生成 makefile，之后調用make進行編譯；也能生成 build.ninja 之后調用 ninja 進行編譯。且 cmake 工具同樣具備跨平臺屬性！

具體cmake的語法在這就不多敘述了，感興趣可以自行上網查閱，嗯，你必須感興趣的…

2.3.2 cmake 安裝

直接去官網下載最新版即可：cmake

同樣根據自己系統進行選擇，下載源文件和或者安裝鏡像都行，同樣的，下載安裝鏡像的時候勾選自動添加到環境變量；下載源文件，解壓之后記得添加對應目錄到環境變量！

安裝好之后，重新打開一個命令行窗口或bash窗口，執行 cmake --version 確認是否ok

2.4 VScode

這個太有名氣了吧，自行上網安裝就好了！新手的話記得上網搜下 Vscode 推薦的插件，沒有插件的 vscode 就是毛胚房，有了插件你可以是豪宅~

3. 上手體驗

至此，工具都裝好了，怎么也得來試試好不好用感受下吧！那么直接上手一種最為快速的體驗感受感受吧！

最為快速的那還的是 stm32 搭配 cubemx 了，過氣的 stm32 依然是最佳的選擇，下載安裝 stm32 CubeMX，根據電腦系統自行選擇了！

畢竟 cubemx 可以直接生成 cmake 版本工程，暫時可以免去寫 cmake 文件了！

tips：最新版本強制登陸了，有點離譜~

安裝好之后，隨便選擇一款 MCU，簡單配個時鐘，配個SWD調試口就差不多了，當然手上有開發板那就根據開發板的來了！

生成工程的時候選擇使用 cmake！！！

之后使用 vscode 打開生成好的工程文件夾，如下圖所示：

在 vscode 內打開終端，推薦 git bash 終端，linux風格比較好用！

1. 執行 cmake -B out -GNinja 調用 cmake 生成 ninja 構建系統

   • -B：指定生成目錄為當前目錄下的 out 目錄
   • -GNinja：指定生成 ninja 版本構建系統
     

2. 執行 ninja -C out 進行編譯

   • -C: 指定編譯執行目錄
     

3. 對于最新版本的 CubeMx 生成的 cmake 版本工程，使用老版本 gcc 編譯的時候會報錯：non constant or forward reference address expression for section .ARM.extab

   • 這是由于 gcc 版本太老了，cubemx匹配的 gcc 太新了導致，修改下 ld 鏈接腳本文件，去掉所有的 (READONLY) 字段即可
     

4. 編譯完成之后，在 out 目錄下可以看到 test.elf 文件，此文件即為編譯產物，如果生成文件需要 .bin 或者 .hex 文件，需要修改下 CMakeLists.txt，以后再補充吧，axf文件也可以使用 ozone 這類軟件下載了，或者調用 arm-none-eabi-gcc 自行生成一下也可以，命令自行AI~
   

4. 總結

以上便是使用 vscode + cmake + ninja + gcc 搭建完整的 mcu 開發環境的全部步驟了，體驗完應該可以開始淘汰傳統的 IDE 了，當然對于如何完善cmake，以及生成的 bin 文件后續怎么燒錄，怎么仿真這些本文還未涉及，后續再補充啦，關注專欄后續不斷更新！