很多朋友在開發(fā)嵌入式的時候，一般常用Keil MDK、IAR等IDE工具，不過這些都是收費的，而且非常笨重，跨平臺開發(fā)不方便，依次筆者將推薦使用VS Code開發(fā)嵌入式。

如果想要使用VS Code開發(fā)嵌入式，則需要以下工具：

(1) GNU Arm Embedded Toolchain：ARM用的GNU工具鏈，包括編譯器(gcc)，調(diào)試器(gdb），鏈接器(ld)和其它工具，支持Windows、Linux、Mac。GCC（GNU Compiler Collection）。

(2) Git/make：代碼管理工具，但是我們這里要使用的是下載git附帶的git bash。這個bash是基于mingw的，非常輕量，甚至于make都沒有，但是可以安裝相應(yīng)的插件來支持make，wget等工具。當然啦，如果是在Linux平臺直接使用make工具就行。

(3) OpenOCD：一個開源的片上調(diào)試器(Open On-Chip Debugger)。OpenOCD負責把GDB的高級別命令轉(zhuǎn)換成JTAG命令，并通過特定下載器的要求進行打包，準備調(diào)用OS提供的USB驅(qū)動由USB發(fā)送出去。GDB和OpenOCD之間使用TCP協(xié)議進行連接，說的簡單點，OpenOCD就是一個協(xié)議轉(zhuǎn)換工具。

本文將分為兩個部分：工具安裝，固件開發(fā)。

1 軟件安裝

1.1 GCC編譯工具

編譯代碼需要編譯器，Linux系統(tǒng)的編譯器是GCC，而Windows的C/C++編譯器是Microsoft Visual C++，那么要想在Windows也能GCC等一系列編譯工具，就需要安裝MinGW。

MinGW 是用于進行 Windows 應(yīng)用開發(fā)的 GNU 工具鏈（開發(fā)環(huán)境），它的編譯產(chǎn)物一般是原生 Windows 應(yīng)用，雖然它本身不一定非要運行在 Windows 系統(tǒng)下（是的 MinGW 工具鏈也存在于 Linux、BSD 甚至 Cygwin 下）。說的通俗點，MinGW就是你在Windows下使用GNU工具鏈的一個編譯工具。

MinGW編譯的程序只能在X86上運行，不能運行在嵌入式的硬件平臺，因為嵌入式平臺大都是ARM體系結(jié)構(gòu)，因此這就需要一個在Windows環(huán)境下能使用GNU編譯ARM體系結(jié)構(gòu)的編譯工具，這也就是交叉編譯工具。

所謂交叉編譯工具就是在一種平臺上編譯出能運行在體系結(jié)構(gòu)不同的另一種平臺上的程序，比如在PC平臺（X86 CPU）上編譯出能運行在以ARM為內(nèi)核的CPU平臺上的程序，編譯得到的程序在X86 CPU平臺上是不能運行的，必須放到ARM CPU平臺上才能運行。

做過嵌入式開發(fā)的朋友都知道，在嵌入式開發(fā)過程中有宿主機和目標機的角色之分：宿主機是執(zhí)行編譯、鏈接嵌入式軟件的計算機；目標機是運行嵌入式軟件的硬件平臺。

嵌入式開發(fā)流程大致就是在宿主機完成目標的開發(fā)工具，使用功能交叉編譯工具生成固件，將固件燒寫到目標機，在開發(fā)初期，還需要在線調(diào)試等工作，這就需要諸如J-link等調(diào)試工具。

gcc-arm-none-eabi就是一個基于ARM的交叉編譯工具鏈，而且還是開源的，適用于Arm Cortex-M和Coretex-A系列處理器，包括GNU編譯器（GCC），以及GDB，不僅適用于Windows，還適用于Linux，MacOS上的交叉編譯。

好了，直接看下載地址吧。

下載地址：https://developer.arm.com/open-source/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads

【注】這里要選擇GUN-RM下的工具，GUN-A是Cortex-A系列的交叉編譯工具。

下載后解壓，并把安裝目錄下的bin文件夾添加到環(huán)境變量：

然后在命令窗口中輸入下面的命令驗證安裝是否成功：

#arm-none-eabi-gcc -v

如果有信息輸出，那就是裝好了。

值得注意的是，如果不是ARM體系，就需要更換交叉編譯工具，比如RISC-V，就需要安裝RISC-V的交叉編譯工具鏈。

1.2 make工具安裝

如果使用gcc來編譯工程，一般需要使用功能Makefile來管理工程，那么就需要一個工具來識別Makefile文件，也就是make工具，在Linux中已經(jīng)自帶make了，在Windows就需要安裝make工具。

在安裝make工具之前，先來看看什么是makefile？Makefile 可以簡單的認為是一個工程文件的編譯規(guī)則，描述了整個工程的編譯和鏈接等規(guī)則。其中包含了那些文件需要編譯，那些文件不需要編譯，那些文件需要先編譯，那些文件需要后編譯，那些文件需要重建等等。編譯整個工程需要涉及到的，在 Makefile 中都可以進行描述。換句話說，Makefile 可以使得我們的項目工程的編譯變得自動化，不需要每次都手動輸入一堆源文件和參數(shù)。

本文的make工具是依賴Git工具的，我相信很多朋友都用過Git，但是很少使用Git的make等功能。

Git的bash實際上也就是一個mingw，是可以支持部分Linux指令的，但是只有少部分。在編譯代碼的時候經(jīng)常會使用make命令反而在bash下默認是不支持的。

Make工具下載地址：https://sourceforge.net/projects/ezwinports/files/

下載make-4.1-2-without-guile-w32-bin.zip 文件。

把該文件進行解壓，把解壓出來的文件全部拷貝的git的安裝目錄下：

C:\\Program Files\\Git\\mingw64

把文件夾進行合并，如果跳出來需要替換的文件要選擇不替換。

這樣在git bash窗口下就可以執(zhí)行make了。

沒有安裝Git先安裝Git工具。

Git下載地址：https://git-scm.com/download/win

1.3 OpenOCD安裝

OpenOCD是用于對MCU進行下載仿真的工具，是一個開源軟件包。

下載地址：https://gnutoolchains.com/arm-eabi/openocd/

下載后解壓即可。

打開share/openocd/scripts，里面有很多提前寫好的配置文件：

其中interface目錄下都是接口相關(guān)配置文件，例如jlink.cfg，stlink.cfg；target目錄下都是芯片相關(guān)的配置文件，例如stm32f1x.cfg。

然后配置下環(huán)境變量：

然后在命令窗口中輸入下面的命令驗證安裝是否成功：

表示安裝成功。

值得注意的是，想要在線下載調(diào)試就需要調(diào)試工具的驅(qū)動安裝。筆者首推J-link，幾乎所有的MCU都是可以用，當然如果是ST的MCU，也可以使用ST-Link。

2 固件開發(fā)

在開始之前，需要準備一個基于GCC的工程，筆者這里準備的是STM32的工程。

2.1 Visual Studio Code導入工程

選擇打開文件夾，選擇STM32CubeMX新建的工程.

最后創(chuàng)建的工程如下：

2.2 Visual Studio Code工程配置

接下來就是配置工程。

1. settings.json

點擊“在settings.json中編輯"，修改為自己安裝git bash的路徑：

{
"terminal.integrated.profiles.windows": {
"my-bash": {
"source": "Git Bash",
"args": []
}
},
"terminal.integrated.defaultProfile.windows": "my-bash"
}

打開終端，就可以使用Bash了。當然了，這不是非必須的。

2. c_cpp_properties.json

VS Code只是一個編輯器，它檢查代碼的時候并不會去讀makefile，因此有些宏定義需要自行配置。c_cpp_properties.json的作用就是配置工程的頭文件、工具鏈、宏定義等參數(shù)。

打開c_cpp_properties.json配置文件，輸入以下內(nèi)容：

{
"configurations": [
{
"name": "Win32",
"includePath": [
"D:/gcc/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.07/arm-none-eabi/include",
"${workspaceFolder}/Core/Inc",
"${workspaceFolder}/Drivers/STM32F1xx_HAL_Driver/Inc",
"${workspaceFolder}/Drivers/STM32F1xx_HAL_Driver/Inc/Legacy",
"${workspaceFolder}/Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32F1xx/Include",
"${workspaceFolder}/Drivers/CMSIS/Include"
],
"defines": [
"USE_HAL_DRIVER",
"STM32F103xE"
],
"compilerPath": "D:/gcc/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.07/bin/arm-none-eabi-gcc.exe",
"intelliSenseMode": "gcc-x64",
"browse": {
"limitSymbolsToIncludedHeaders": true,
"databaseFilename": "",
"path": [
"${workspaceFolder}"
]
}
}
],
"version": 4
}

name ：這是用于標記使用的平臺的標簽。除了win32還可以選Linux或Mac。也就是說，這個json里“configuration“下可以寫三組配置，只要每組配置前面寫上不同的平臺，即可在不同的操作系統(tǒng)上使用就會自動適配不同的配置。

includePath ：頭文件路徑。第一個目錄是C語言標準庫的目錄， 剩下的幾個目錄直接從Makefile里復制然后稍微修改下即可。"${workspaceFolder}"表示項目文件夾；

defines ：全局宏定義。

compilerPath ：編譯器的路徑。

intelliSenseMode ：因為我用的是gcc所以選gcc-x64。

browse ：源文件搜索路徑。用來做代碼補全和查找定義的。這個路徑和includePath不同，browse.path是自動遞歸所有子目錄的。而include.path默認只看本目錄。

c_cpp_properties配置說明：

https://code.visualstudio.com/docs/cpp/c-cpp-properties-schema-reference

3.tasks.json

tasks.json的作用就是配置工程的編譯、下載等工作。如果沒有則需要創(chuàng)建tasks.json文件，內(nèi)容如下：

{
// See https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=733558
// for the documentation about the tasks.json format
"version": "2.0.0",
"tasks": [
{
"label": "build",
"type": "shell",
"command": "make",
"args": [
"-j4"
]
},
{
"label": "download",
"type": "shell",
"command": "openocd",
"args": [
"-f",
"./interface/jlink.cfg",
"-f",
"./target/stm32f1x.cfg",
"-c",
"program build/STM32F103ZE.elf verify exit"
]
},
{
"label": "clean",
"type": "shell",
"command": "make",
"args": [
"clean"
]
}
]
}

這個文件創(chuàng)建了三個任務(wù)，分別叫做build、download和clean，build任務(wù)就是在bash里執(zhí)行了make -j4，也就是使用多線程編譯，download也就是用于在線下載固件，clean任務(wù)就是在bash里執(zhí)行了make clean。
值得注意的是，這里需要拷貝OpenOCD中的interface和target中的相關(guān)配置，筆者是整個文件夾都拷貝過來了。

2.3 編譯

點擊‘終端->運行任務(wù)’，然后虛著呢‘build’。

等待編譯完成即可。

這里還可以直接使用終端編譯。

最后我們使用make編譯下前文新建的工程，編譯通過顯示如下：

2.4 固件下載

筆者這里使用功能OpenOCD下載。選擇“終端->運行任務(wù)…”

選擇task中配置的命令download。

復位設(shè)備，即可下載成功。

當然也可使用命令下載。

openocd -f ./interface/stlink.cfg -f ./target/stm32f1x.cfg -c 'program build/STM32F103ZE.elf verify exit‘

效果和使用界面是一樣的。

當然換成J-Link下載也是一樣的操作，只是需要修改命令。

openocd -f ./interface/jlink.cfg -f ./target/stm32f1x.cfg -c 'program build/STM32F103ZE.elf verify exit‘

另外，還需要注意的是如果J-Link的接口是swd，則需要在interface/jlink.cfg中添加如下語句。

transport select swd

當然還可以連接到OpenOCD守護程序燒寫。

$ openocd

值得注意的是，如果不加參數(shù)，需要事先配置openocd.cfg，

如果不想配置，也可使用以下命令：

#openocd -f interface/stlink-v2.cfg -f target/stm32f1x.cfg

效果都是一樣的。

打開另一個終端，輸入以下命令連接到OpenOCD守護程序。后面的所有命令都是在這個終端運行的。

telnet localhost 4444

成功通過ST-Link連接到STM32上之后，OpenOCD會監(jiān)聽本機的4444端口。通過telnet登錄上去，之后就可以控制OpenOCD干些什么了。

接下來就可以燒寫固件了。

program build/STM32F103ZE.elf verify reset exit

當然也可使用功能J-Link的J-Flash下載固件。

如果是ST的，還可使用ST-Link下載固件。

【注】OpenOCD使用J-link使用須知

在使用J-link之前，需要將J-link的驅(qū)動改為libusb，否則openocd無法連接到J-link。這里使用的工具是UsbDriverTool。

UsbDriverTool下載地址：https://visualgdb.com/UsbDriverTool/

使用功能方法如下：

如果使用J-link調(diào)試，則不修改修改。

2.5 ARM-GDB調(diào)試

直接使用GDB調(diào)試，

首先在終端輸入一下命令：

#openocd -f interface/stlink-v2.cfg -f target/stm32f1x.cfg

【注】也可將命令配置成task任務(wù)。

【注】如果不帶參數(shù)啟動，openocd就會自動查找當前目錄下有沒有名為openocd.cfg的文件，并把它作為配置文件來啟動。

【注】openocd默認TCP/IP的3333端口作為gdb端口，4444作為telnet端口。在連接gdb之前，我們可以先用telnet連上試用一下。

如果你的電腦沒有開啟telnet功能，需要打開“啟用或關(guān)閉Windows功能”，然后在里面找到“telnet客戶端”，啟動即可。

openocd運行時，這個終端就被占用了因此還需要再開一個終端。

GDB也屬于GNU項目的一部分，跟在Linux上調(diào)試是一樣的，只是這里使用的是交叉編譯工具中的GDB。

arm-none-eabi-gdb build/STM32F103ZE.elf

GDB常用命令如表所示。

命令 描述
list（l） 查看代碼（默認一次顯示10行）
break(b) 設(shè)置斷點
clear（c） 清除斷點
ignore 忽略對應(yīng)斷點num次
info b 查看當前所設(shè)斷點
r（run） 運行程序
n（next） 單步調(diào)試，不進入函數(shù)調(diào)用
s（step） 單步調(diào)試，進入函數(shù)調(diào)用
p（print） 查看變量
display 每次自動顯示該變量值
c（continue） 繼續(xù)運行，直到結(jié)束或遇到新斷點
finish 運行程序，直到當前函數(shù)完成返回
q（quit） 退出
shell command 執(zhí)行shell命令

關(guān)于GDB的使用請看筆者文章：

https://bruceou.blog.csdn.net/article/details/88634967

接下來需要連接openocd服務(wù)，openocd給GDB的TCP/IP端口是3333。

target remote localhost:3333

接下來和在Linux中調(diào)試一樣。

在 gdb 中鍵入"l"(list)就可以查看所載入的文件，如下所示。

自行參考筆者關(guān)于GDB的博文去調(diào)試吧。

如果覺得使用命令不方便，也可安裝VS Code的插件，但是這是基于Cortex-M系列的MCU，如果是其他系列的，還是使用GDB吧。

2.6 VS Code插件Cortex-Debug調(diào)試

如果沒有安裝Cortex-Debug調(diào)試插件，需要先安裝。

2.6.1 Cortex-Debug調(diào)試配置

1.GDB server路徑設(shè)置

設(shè)置J-Link和OpenOCD的路徑。

根據(jù)實際情況設(shè)置。

2.launch.json文件

在vscode文件夾中新建一個launch.json，該文件是調(diào)試的入口文件。內(nèi)容如下：

{
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"cwd": "${workspaceRoot}",
"type": "cortex-debug",
"request": "launch",
"name": "OpenOCD",
"interface": "swd",
"servertype": "openocd",
"executable": "./build/STM32F103ZE.elf",
//"runToMain": true,
"device": "STM32F103ZE",
"svdFile": "./STM32F103xx.svd",
"configFiles": [
"${workspaceRoot}/openocd.cfg"
],
//"preLaunchTask": "build",
"armToolchainPath": "D:/gcc/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.07/bin/"
},
{
"cwd": "${workspaceRoot}",
"type": "cortex-debug",
"request": "launch",
"name": "J-Link",
"interface": "swd",
"servertype": "jlink",
"executable": "./build/STM32F103ZE.elf",
//"runToMain": true,
"device": "STM32F103ZE",
"svdFile": "./STM32F103xx.svd",
//"preLaunchTask": "build",
"armToolchainPath": "D:/gcc/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.07/bin/"
},
{
"cwd": "${workspaceRoot}",
"type": "cortex-debug",
"request": "launch",
"name": "ST-Link",
"interface": "swd",
"servertype": "stlink",
"executable": "./build/STM32F103ZE.elf",
//"runToMain": true,
"device": "STM32F103ZE",
"svdFile": "./STM32F103xx.svd",
//"preLaunchTask": "build",
"armToolchainPath": "D:/gcc/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.07/bin/"
}
]
}

executable ：編譯出的二進制文件，也就是最終燒錄到單片機中的，這里是elf文件。根據(jù)芯片的不同，可能產(chǎn)生不同的名稱和后綴（例如TI的TM4C123芯片編譯出來的名稱是"main.axf"）

request ：可以選launch或attach。launch是指啟動調(diào)試時同時開始執(zhí)行程序；attcah是指程序已經(jīng)在運行了，然后開始調(diào)試。我沒測試過attach。

type ：調(diào)試的類型，選cortex-debug，這是我們裝的插件。其實也可以填cppdbg之類的，但是那樣我們就得自己配置gdb了，配置起來將會非常麻煩。

device ：目標芯片。如果你使用J-LINK GDB Server時必須要設(shè)置這個選項。

svdFile ：svd文件的路徑，每個MCU的各不相同。

servertype ：要選擇的gdb server。我這里用openocd。

configFiles ：gdb的配置文件路徑。openocd會自動讀當前目錄下的openocd.cfg文件，這個選項不填也行。但是如果你想把openocd.cfg放在別處，就可以用這個選項指定配置文件的路徑。

preLaunchTask ：在啟動調(diào)試前，預先執(zhí)行的任務(wù)。

armToolchainPath ：工具鏈的路徑。

launch.json參考：https://code.visualstudio.com/docs/cpp/launch-json-reference

關(guān)于launch.json的更多配置請參看Cortex-Debug官網(wǎng)。

https://discuss.em-ide.com/blog/67-cortex-debug

3.openocd.cfg文件

在項目文件夾下新建一個openocd.cfg文件，用于配置調(diào)具體的調(diào)試器。內(nèi)容如下：

選擇調(diào)試器為jlink

#source [find interface/jlink.cfg]

source [find interface/stlink-v2.cfg]

選擇接口為SWD

transport select swd

選擇目標芯片

source [find target/stm32f1x.cfg]

我這里選擇使用ST-Link，SWD接口，目標芯片為stm32f1x。

【注】使用J-link調(diào)試也是一樣的，只需將openocd.cfg文件配置成J-link調(diào)試即可。

4.svd文件

用于尋找STM32F1的svd文件。CMSIS-SVD是CMSIS的一個組件，它包含完整微控制器系統(tǒng)（包括外設(shè)）的程序員視圖的系統(tǒng)視圖描述 XML 文件。VS Code可以通過它來知道外設(shè)寄存器的地址分布，從而把寄存器內(nèi)容展示到窗口中。

svd文件地址：https://github.com/posborne/cmsis-svd

將下載好的STM32F103xx.svd文件放在項目文件夾根目錄即可。

2.6.2 Cortex-Debug調(diào)試

直接按F5，openocd啟動時，會自動在當前目錄下尋找名為openocd.cfg的文件作為配置文件。調(diào)試界面如下：

界面左邊可以看到變量窗口、調(diào)用堆棧等。窗口中間就是單步調(diào)試的各個按鈕。這個就沒啥好說的了，趕緊去玩起來吧。

這里可以在launch.json文件添加多個選項，就可使用多種調(diào)試手段了。

Cortex-Debug的本質(zhì)還是使用的OpenOCD。

本文介紹的開發(fā)方式不僅適用于ARM，還適用于RISC-V等系列的處理器。