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Arduino构建过程

总述

为了生成可在Arduino板子上运行的程序，需要经过以下几个步骤：

  • 1. Arduino IDE对代码进行转换，确保生成正确的C/C++代码（两种常用的编程语言）。
  • 2. 通过编译器（avr-gcc）将上一步生成的可读代码，编译成机器能识别的指令（或称之为目标文件）。
  • 3. 通过链接器，将上一步产生的目标文件与标准Arduino库文件（提供基础函数，如digitalWrite()或Serial.print()）共同链接，生成一个Intel Hex文件，该文件中的指定内容将写入到Arduino板上的可编程内存中。
  • 4. 将上一步产生的HEX文件上传至Arduino板：可以使用USB或串口，通过板上已有的bootloader传输到Arduino板，也可以通过其它编程器直接烧写。

多文件程序

一个Arduino程序可以包含多个文件（IDE中的多个标签页，一个标签页代表一个文件）。单击IDE顶部滚动条的右向箭头即可管理各文件。文件标签页的扩展名有4种类型：无扩展名、.c、.cpp或.h（若是其它扩展名，将被转换为下划线）。程序编译完后，所有无扩展名的文件标签页将被合并在一起，生成“主程序文件”。.c或.cpp扩展名的文件将被单独编译。为了打开.h标签页，必须#include该文件（使用双引号""而非尖括号< >）。

主程序文件的处理

在传给avr-gcc编译器之前，Arduino IDE将对主程序文件（IDE中所有无扩展名的标签页合并结果）进行转换操作：

1. 在主程序文件的头部，加入#include "WProgram.h"（0023版本）或#include "Arduino.h"（1.0版本）。该头文件（位于<ARDUINO>/hardware/cores/<CORE>/）包含Arduino标准核心库所需的所有声明。

2. IDE将搜索主程序文件中出现的所有函数定义，为它们创建声明（原型）。这些声明将被插在最前面的的注释、预处理语句（#include或#define）之后，其它语句之前（包括类型定义）。若在函数中使用了自定义类型，则需要将该类型的定义单独放入一个头文件中。当然，这个处理并不完善：含有默认参数值的函数，定义在名字空间或类里的函数，均不会产生正确的声明原型。

3. 当前目标板的main.cxx文件中的所有内容，附加在主程序文件之后。

目标板

Arduino IDE支持多种目标板与多种芯片（目前仅AVR系列）、CPU频率、bootloader。这些都在板配置文件中定义，相关参数包括：

<BOARD>.name: 显示在Boards菜单里的名称

<BOARD>.build.mcu: 板上的单片机（常用"atmega8"或"atmega168"）

<BOARD>.f_cpu: 单片机的时钟频率（常用"16000000L"或ATmega168使用内部时钟时的"8000000L"）

<BOARD>.core: hardware/cores/目录里的子目录名称，用于链接时选择对应的核心库（常用"arduino"）

另外，在preferences.txt中的一项设定也是很有用的：

构建程序时，是否打印调试信息（如"false"）。若为true，则打印构建过程中调用的所有命令的完整信息。

注：Arduino 0004及之后的版本，build.extension不再使用 -- 主程序文件将永远作为.cpp文件处理。

构建过程

使用avr-gcc来编译程序文件。

include路径包括程序文件所在目录、目标板目录（<ARDUINO>/hardware/cores/<CORE>）和avr的include目录(<ARDUINO>/hardware/tools/avr/avr/include/），以及主程序文件引用的头文件所在的函数库目录（位于<ARDUINO>/hardware/libraries）。

当verify一个程序文件时，将在系统临时目录（如Mac里的/tmp）中进行构建。当上传时，将在程序文件所在目录（可通过Sketch > Show Sketch Folder菜单进行访问）的applet/子目录中构建。

目标板核心的.c与.cpp文件将在同级目录下被编译生成.o文件，主程序文件、程序其它.c和.cpp文件及#include包含的函数库中的.c或.cpp文件同样处理。

这些.o文件将最终生成一个静态库，主程序文件与之链接。只有主程序中使用到的库代码才会被写入到最终的.hex文件中，这样就减少了绝大多数程序的大小。

.hex文件是编译的最终文件，然后被上传到Arduino板。点击"Verify"按钮，.hex文件会在/tmp（Mac和Linux系统）或\Documents and Settings\<USER>\Local Settings\Temp（Windows系统）目录中生成；点击"upload"按钮，该文件在程序目录（通过Sketch > Show Sketch Folder菜单访问）的applet子目录中生成。

上传过程

生成的程序通过avrdude上传。

上传过程也受板配置和主配置文件中的参数影响，板配置包括：

<BOARD>.upload.protocol: avrdude与Arduino板的通信协议（通常是"stk500"）

<BOARD>.upload.speed: avrdude上传程序时使用的速度（波特率）（通常是"19200"）

<BOARD>.upload.maximum_size: Arduino板的最大程序大小（与芯片大小及bootloader大小有关）

主配置中影响的参数：

upload.verbose: 上传程序到板上时，是否显示调试信息（默认"false"）。

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