GNU编译器（GCC）：编译的4个过程及.elf、.list、.map文件功能说明

0 参考资料

GNU-LD-v2.30-中文手册.pdf
GNU linker.pdf

1 前言

一个完整的编译工具链应该包含以下4个部分：
（1）编译器
（2）汇编器
（3）链接器
（4）lib库
在GNU工具链中，对应的是：
（1）编译器：GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）
（2）汇编器：GAS（GNU Assembler，GNU汇编器）
（3）链接器：LD（GNU Linker，GNU链接器）
（4）lib库：glibc（GNU C Library，GNU C 库）
本文介绍GNU编译器（GCC）编译的4个过程及.elf、.list、.map文件功能。

2 GNU编译器（GCC）：编译的4个过程及.elf、.list、.map文件功能说明

2.1 GCC编译的4个阶段

在这里插入图片描述
GCC编译按顺序分成4个阶段：预处理、编译、汇编、链接。详细操作见上图。

2.2 .elf、.list、.map文件功能说明

2.2 .elf文件

elf全称是Executable and Linkable Format（可执行链接格式），生成于汇编阶段（目标文件.o就是elf格式文件）。
一个elf文件主要由三部分组成：elf头（ELF Header）、程序头表（Program Header Table）、节区头表（Section Header Table）。elf头包含了有关elf文件的基本信息如文件类型、机器类型、段数量及位置等；程序头表描述了文件中各个段的信息；节区头表描述了文件中各个节区的信息。
在Windows下可以使用安装了AnyELF插件的Total Commander工具查看.elf文件，参考博客：Windows上浏览ELF文件。下图是使用该插件查看到的.elf文件实例：
在这里插入图片描述

2.2 .list文件

.list文件扩展名一般为.list或.lst，是纯文本文件。它由.elf文件反汇编（也就是将机器码转换为汇编）得来。里面包含了指令地址、指令机器码、指令机器码反汇编得到的汇编指令。如下所示：
在这里插入图片描述
通过.list文件我们可以很清晰看到源码和最终生成的汇编语句、机器码、指令地址，对调试阶段排查bug非常有用。

2.3 .map文件

.map文件扩展名一般是.map，是纯文本文件。它里面描述了程序的源代码和目标代码之间的映射关系，主要包括以下几个关键部分：
（1）模块、段（入口）交叉引用。描述了各个源文件之间函数调用关系，展示了哪些函数调用了其它函数，以及这些调用在内存中的位置
（2）删除镜像未使用的程序段。描述了哪些会被删除的程序段，便于开发者确认哪些代码被优化掉了
（3）内存分布。这也是.map最常用的功能，它描述了各个段（.text段、.data段、.bss段）在内存中的地址及大小
（4）映射组件大小。.map文件还会给出整个镜像代码占用的总空间信息
以下是一个.map文件实例：
在这里插入图片描述

2.3 如何生成.list、.map文件

生成方法参考stm32MP135工程的makefile文件：

Tool invocations

################################################################################
# Automatically-generated file. Do not edit!
# Toolchain: GNU Tools for STM32 (12.3.rel1)
################################################################################-include ../makefile.initRM := rm -rf# All of the sources participating in the build are defined here
-include sources.mk
-include Core/Startup/subdir.mk
-include Core/Net/subdir.mk
-include Core/Drivers/STM32MP13xx_HAL_Driver/Src/subdir.mk
-include Core/Common/subdir.mk
-include Core/Bsp/subdir.mk
-include objects.mkifneq ($(MAKECMDGOALS),clean)
ifneq ($(strip $(S_DEPS)),)
-include $(S_DEPS)
endif
ifneq ($(strip $(S_UPPER_DEPS)),)
-include $(S_UPPER_DEPS)
endif
ifneq ($(strip $(C_DEPS)),)
-include $(C_DEPS)
endif
endif-include ../makefile.defsOPTIONAL_TOOL_DEPS := \
$(wildcard ../makefile.defs) \
$(wildcard ../makefile.init) \
$(wildcard ../makefile.targets) \BUILD_ARTIFACT_NAME := stm32MP135
BUILD_ARTIFACT_EXTENSION := elf
BUILD_ARTIFACT_PREFIX :=
BUILD_ARTIFACT := $(BUILD_ARTIFACT_PREFIX)$(BUILD_ARTIFACT_NAME)$(if $(BUILD_ARTIFACT_EXTENSION),.$(BUILD_ARTIFACT_EXTENSION),)# Add inputs and outputs from these tool invocations to the build variables 
EXECUTABLES += \
stm32MP135.elf \MAP_FILES += \
stm32MP135.map \SIZE_OUTPUT += \
default.size.stdout \OBJDUMP_LIST += \
stm32MP135.list \# All Target
all:+@$(MAKE) --no-print-directory main-build && $(MAKE) --no-print-directory post-build# Main-build Target
main-build: stm32MP135.elf secondary-outputs# Tool invocations
stm32MP135.elf stm32MP135.map: $(OBJS) $(USER_OBJS) D:\stm32MP135\Application\STM32MP135DAEX_RAM.ld makefile objects.list $(OPTIONAL_TOOL_DEPS)arm-none-eabi-gcc -o "stm32MP135.elf" @"objects.list" $(USER_OBJS) $(LIBS) -mcpu=cortex-a7 -T"D:\stm32MP135\Application\STM32MP135DAEX_RAM.ld" --specs=nosys.specs -Wl,-Map="stm32MP135.map" -Wl,--gc-sections -static  -mfpu=vfpv4-d16 -mfloat-abi=hard -mthumb -Wl,--start-group -lc -lm -Wl,--end-group@echo 'Finished building target: $@'@echo ' 'default.size.stdout: $(EXECUTABLES) makefile objects.list $(OPTIONAL_TOOL_DEPS)arm-none-eabi-size  $(EXECUTABLES)@echo 'Finished building: $@'@echo ' 'stm32MP135.list: $(EXECUTABLES) makefile objects.list $(OPTIONAL_TOOL_DEPS)arm-none-eabi-objdump -h -S $(EXECUTABLES) > "stm32MP135.list"@echo 'Finished building: $@'@echo ' '# Other Targets
clean:-$(RM) stm32MP135.elf stm32MP135.list stm32MP135.map default.size.stdout-@echo ' 'post-build:"C:\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_MP13_V1.1.0\Utilities\ImageHeader\postbuild_STM32MP13.sh" "D:\ST\STM32CubeIDE_1.15.0\STM32CubeIDE\plugins\com.st.stm32cube.ide.mcu.externaltools.gnu-tools-for-stm32.12.3.rel1.win32_1.0.100.202403111256\tools\bin"  "stm32MP135"-@echo ' 'secondary-outputs: $(SIZE_OUTPUT) $(OBJDUMP_LIST)fail-specified-linker-script-missing:@echo 'Error: Cannot find the specified linker script. Check the linker settings in the build configuration.'@exit 2warn-no-linker-script-specified:@echo 'Warning: No linker script specified. Check the linker settings in the build configuration.'.PHONY: all clean dependents main-build fail-specified-linker-script-missing warn-no-linker-script-specified post-build-include ../makefile.targets