教你单片机固件如何快速瘦身

1 前言
我们平时做项目的时候，随着代码量的增加，工程变得更加臃肿，但是实际上可能只使用到其中一部分函数，与此同时，还有一部分是已经定义但是没有被使用的函数，虽然我们不使用这些功能和函数，但它们往往会浪费我们的ROM和RAM的空间。
或者在使用静态库的时候，这种现象更加明显。比如，我们只需要使用静态库中的几个功能，但是编译器默认会把整个静态库全部链接到可执行程序中，从而导致可执行程序的大小大大增加。
那该如何避免这种情况呢？大部分工作交给编译器，我们只要告诉编译器不要把这些程序编译到可执行文件中即可。下面会继续解释。
2 ELF格式
ELF（Executable and Linkable Format）是可执行和可链接格式。在Linux上ELF包括了链接过程中的目标文件（.o），共享库（.so）和可执行文件，同时还用于可加载的内核模块，因此作为链接过程中的目标文件也是通过ELF格式的文件来表示的；
ELF的结构至少包含两个头：
ELF头
程序头
通常还会有一个节标头；
具体如下图所示；
从图中我们可以看到，这里可以分为两种情况；
Linking：链接是按节划分的，在链接程序或库时会这样使用，这些部分包含一些目标文件信息，例如：数据，指令，重定位信息，符号，调试信息等等；
Exection：程序执行期间使用按段划分的执行视图。
下面是ELF格式文件的详细布局图；
来自 wiki elf
3 编译器
通常在做ARM开发的时候会使用ARMCC和GCC，可以参考相应编译器的手册，使用相应的编译命令就可以实现对程序的优化。
3.1 ARMCC
在ARMCC中，编译器通常将函数和数据放在一起，并且将每一个类别规整到同一个section中，如果在链接的时候发现某个section没有被使用，那么就会将这个section删除，从而减少可执行文件的大小。
可以使用--split_sections编译器命令行选项来指示编译器为源文件中的每个函数生成一个ELF节，这样在链接的时候可以通过--remove命令让链接器删除未使用的section。
3.2 GCC
GCC在编译时可以使用 -ffunction-sections和 -fdata-sections 将每个函数或符号创建为一个section；
链接阶段的时候，使用 -Wl，–gc-sections 来告诉链接器删除不需要的section（其中-Wl, 表示后面的参数 -gc-sections 传递给链接器），这样就能减少最终的可执行程序的大小了。
4 IDE
通常我们使用IDE的过程中，它已经帮我们做好了很多工作，比如上面提到的编译器命令需要我们自己手动写到Makefile中，但是在IDE只需要勾选相应的选项即可；
4.1 MDK的设置
MDK中使用的是ARMCC编译器，以STM32为例，纯净的HAL编译之后的结果如下图所示；
未设置的状态
在工程的Opentios下勾选One ELF Section per Function，发现在编译器命令自动追加了--splot_sections；
在这里插入图片描述
最终编译的结果如下，发现最终固件变小了很多；
开启设置之后
4.2 CubeIDE
CubeIDE中使用的是arm-none-eabi-gcc，相同的代码与上面的基本相同，创建CubeIDE的工程，编译之后如下图所示；
同样在项目的属性设置中，增加--ffunction-sections选项和-fdata-sections选项之后，构建项目；
最终结果如下所示，发现固件的大小减小很多；
5 结论
本文对于如何删除编译过程中未使用的section做了简单的介绍，从ELF文件格式的角度出发，介绍了编译器ARMCC和GCC相应的命令以及MDK，CubeIDE中的相应配置，最终实验表明可以减少程序大小，另外编译器的优化等级-O1，-O2，-O3也可以优化程序的大小以及执行时间，但是由于存在太多不可控性，不太建议开编译器的优化等级。