单片机(一):VScode+SDCC+Make的Windows下51(CH552)单片开发环境搭建

CH552芯片是一款兼容 MCS51 指令集的增强型 E8051 内核单片机。CH552既然是51单片机，按照以前的惯例都是用Keil来进行开发。但是本次决定抛弃Keil的开发环境，主要原因是Keil为商业软件，普通用户难以支撑，并且Keil软件本身的界面丑、编辑器不智能等，这导致软件的使用体验非常差。

本次采用VScode+SDCC+Make组合的方式来开发51单片机，免费开源，功能强大。同时适用所有51内核的单片机开发。如果嫌开发环境搭建麻烦的可以下载我配置好的项目文件。

一、编辑器VScode

1.1介绍

Visual Studio Code是一个轻量级但功能强大的源代码编辑器，可在您的桌面上运行，可用于Windows，macOS和Linux。它内置了对JavaScript，TypeScript和Node的支持.js并具有针对其他语言和运行时（如C++，C#，Java，Python，PHP，Go，.NET）的丰富扩展生态系统。

1.2下载和安装

VScode可在https://code.visualstudio.com/下载到exe的安装包。

VScode可在https://code.visualstudio.com/docs查看使用指导。

点击exe进行安装，安装完成之后需要安装C/C++插件。

图x VScode界面

图x 搜索插件，并安装

1.3项目文件组织

VScode不像其它的IDE，VScode不是打开项目，而是打开文件夹。在这里我们新建一个CH522的文件夹作为项目文件夹，项目文件夹下采用如下目录结构。

编号	文件名	说明	备注
1	.vscode	存放项目的配置文件
2	App	存放存放一些应用代码，如main.c
3	build	存放编译之后生成的文件，包括hex等
4	Doc	存放芯片手册、编译器手册等说明指导文档
5	Example	存放官方给的驱动或者应用代码
6	Libraries	存放芯片的驱动、头文件、启动文件等
7	source	支持的应用的源文件代码
8	tools	存放编译器安装包、编辑器安装包、下载器等
9	其它	存放Makefile、readm等文件

表x 文件组织结构

图x 文件组织结构

二、编译链工具SDCC

2.1介绍

编译链工具采用开源的SDCC，SDCC套件是一系列工具的总称，全称是Small Device C Compiler，即“小型设备C语言编译器”。

官网资料显示，SDCC是一个可重定向目标的、优化的标准C编译器套件(支持ANSI C89,ISO C99和ISO C11)，支持：

1、英特尔MCS51(8031,8032,8051,8052等)；

2、Maxim(原Dallas)的DS80C390系列；

3、Freescale(原摩托罗拉)的HC08系列(hc08,s08)；

4、Zilog的Z80系列(z80,z180,gbz80,Rabbit 2000/3000,Rabbit 3000A,TLCS-90)；

5、Padauk(pdk14、pdk15)；

6、意法半导体的STM8。

2.2下载和安装

SDCC可在https://sourceforge.net/projects/sdcc/files/下载到exe的安装包。

SDCC可在https://sdcc.sourceforge.net/doc/sdccman.pdf下载到pdf的指导手册。

使用exe的安装包进行SDCC安装，安装完成之后需要将安装路径下的bin文件路径添加到系统环境变量。

图x 添加环境变量

添加环境变量之后就可以通过sdcc -v命令查看到sdcc的版本信息。

图x 查看sdcc版本信息

2.3头文件处理

官方给的CH552.h头文件是Keil C51使用的格式，与SDCC的格式不同，主要的区别于：

SDCC格式	Keil格式	说明
__data	data	这是小内存模式的默认(通用)地址空间，声明的变量将被放在 8051内核的直接寻址 RAM中。
__idata	idata	这个地址空间中的变量将被分配到8051的内部 RAM的间接可寻址部分。
__pdata	pdata	存储类型pdata用于访问分页的外部数据存储器。
__xdata	xdata	这个地址空间中的变量将被放在外部RAM中。
__code	code	存放程序代码的内存地址空间。
__bit	bit	bit = 1位，相当于BOOL。
__sbit __at(0x90) P1_7;	sbit SCK = P1^7;	可位寻址空间的一个位。
__sfr __at (0x90) P1;	sfr P1 = 0x90;	用于描述8051的特殊函数寄存器和特殊位变量。
__at	=	绝对寻址。
__asm和__endasm	asm和endasm	内嵌汇编，起始标记。
void DeviceInterrupt( void ) __interrupt(INT_NO_USB) __using(1)	void DeviceInterrupt( void ) interrupt(INT_NO_USB) using(1)	中断服务函数

表x SDCC与keil 51的区别

由于SDCC的格式与Keil的格式有一些不同，所以需要进行一些转化。可以使用https://csy-tvgo.github.io/Keil-C51-C-to-SDCC-C-Converter/的在线工具进行转换。

图x 转换前后

转化完成之后，任然有问题。一个是我们的VScode也是采用Keil的识别格式，SDCC的格式会使得VScode报错，红色的波浪下划线看起来很不舒服，也屏掩盖了真正的错误。二个是，还没有真正的转化为我们想要的SDCC的格式。所以这里还需要进一步的处理，这里主要是通过C语言的宏定义来处理，下面表格注释中已经解释了其中的原理。

c_cpp_properties.json文件

/* .vscode里面添加c_cpp_properties.json文件，并录入如下内容，
主要是给VScode宏定义NotKeil，包含头文件的路径，指定编译器的路径*/
{"configurations": [{"name": "C51","includePath": [            // 你的工程中存放 include的文件夹路径"C:/Program Files/SDCC/include","${workspaceFolder}/App","${workspaceFolder}/source","${workspaceFolder}/Libraries/Device/Include"],"defines": ["NotKeil" ],"compilerPath": "C:\\Program Files\\SDCC\\bin\\sdcc.exe",    // sdcc bin路径"cStandard": "c99","cppStandard": "gnu++14","intelliSenseMode": "msvc-x64"}],"version": 4
}

ch552.h头文件中添加如下宏定义

/* ch552.h头文件中添加如下宏定义 -----------------------------------------
由于VScode宏定义了NotKeil，VScode中使用Keil的格式
实际编译的时候没有NotKeil的宏定义，所以是使用SDCC的格式*/
#ifndef NotKeil
#define SFR(reg, addr) __sfr __at(addr) reg
#define SFR16(reg, addr) __sfr16 __at(addr) reg
#define SBIT(reg, addr, offset) __sbit __at(addr+offset) reg
#define AT(addr) __at (addr)
#else
#define __xdata
#define __idata
#define __data
#define __pdata
#define __code const
#define __bit char
#define __interrupt(num)
#define __using(num)
#define SFR(reg, addr)  unsigned char reg
#define SFR16(reg, addr) unsigned short reg
#define SBIT(reg, addr, offset) BOOL reg
#define AT(addr);
#endif

三、编译规则Makefile

想要在windows上使用make，需要安装MinGW和bash。MinGW的全称是：Minimalist GNU on Windows。可以将源代码编译为可在 Windows 中运行的可执行程序，而且还可以使用一些Windows不具备的，Linux平台下的开发工具。Bash是一个命令处理器，通常运行于文本窗口中，并能执行用户直接输入的命令，能够处理Makefile文件中的shell命令。

MinGW可在https://www.mingw-w64.org/downloads/下载。

Bash使用Git中的，可在https://git-scm.com/download下载

Makefile中的编译规则的大致思路为，首先将所的.s和.c文件编译为.s.rel和.c.rel，然后将所有的.rel文件链接为.Ihx，最后通过packihx工具拷贝.ihx并去除无关信息，生成可用于下载的.hex文件。

TARGET = downloadfile
BUILD_DIR = build
PREFIX = CC = $(PREFIX)sdcc
AS = $(PREFIX)sdas8051 RM = -rm -rf
MAKE = make # 小内存 code-代码 iram-内部RAM xram-外部RAM
MCU_MODEL = -mmcs51
MODEL  = --model-small
CODE_SIZE = --code-size 16384
IRAM_SIZE = --iram-size 256
XRAM_SIZE = --xram-size 1024AS_DEFS =
C_DEFS = # includes,头文件必须包含在以下文件中
AS_INCLUDES =
C_INCLUDES =  \
-IApp \
-ILibraries/Device/Include \
-ILibraries/StdDriver/inc \
-Iinclude\
-Isource# libraries
LIBS =
LIBDIR = # source,源文件必须包含在以下文件中
SRCDIR = App
LIB_SRC =
USER_SRC = sourceC_SOURCES := $(wildcard $(SRCDIR)/*.c $(LIB_SRC)/*.c)
C_SOURCES += $(wildcard $(USER_SRC)/*.c)
ASM_SOURCES = $(wildcard $(SRCDIR)/*.asm)C_SRC_FILE = $(notdir $(C_SOURCES))
C_OBJ_FILE = $(C_SRC_FILE:%.c=%.c.rel)    # xxx.c  -> xxx.c.rel
ASM_SRC_FILE = $(notdir $(ASM_SOURCES))
ASM_OBJ_FILE = $(ASM_SRC_FILE:%.asm=%.asm.rel)OBJECTS = $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(C_OBJ_FILE))
OBJECTS += $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(ASM_OBJ_FILE))# 编译和链接参数
ASFLAGS = -l -s
CFLAGS = $(MCU_MODEL) $(C_DEFS) $(C_INCLUDES) $(MODEL) --out-fmt-ihx --debug
LDFLAGS = $(LIBDIR) $(LIBS) $(MCU_MODEL) $(MODEL) $(CODE_SIZE) $(IRAM_SIZE) $(XRAM_SIZE) --out-fmt-ihx# -----------编译的目标all------------------
.PHONY: all
all: $(BUILD_DIR)/$(TARGET).hex# 将.c和.s编译为.rel的中间文件，不支持多个.c一起编译，所以分开编译
$(BUILD_DIR)/%.c.rel: $(SRCDIR)/%.c$(CC) -o $@ $(CFLAGS) -c $^$(BUILD_DIR)/%.c.rel: $(LIB_SRC)/%.c$(CC) -o $@ $(CFLAGS) -c $^$(BUILD_DIR)/%.c.rel: $(USER_SRC)/%.c$(CC) -o $@ $(CFLAGS) -c $^$(BUILD_DIR)/%.asm.rel: $(SRCDIR)/%.asm$(AS) $(ASFLAGS) -o $@ $^ # 将上一步生成的所有的.rel连接生成download.ihx
$(BUILD_DIR)/%.ihx: $(OBJECTS)$(CC) -o $@ $(LDFLAGS) $^# 拷贝download.ihx去除无关信息，生成download.hex
$(BUILD_DIR)/%.hex: $(BUILD_DIR)/%.ihx | $(BUILD_DIR)packihx $^ > $@$(BUILD_DIR):mkdir $@# -----------编译的目标clean------------------
.PHONY: clean
clean:$(RM) $(BUILD_DIR)/*

四、项目配置

.Vscode下面的三个文件进行项目配置：

文件一：c_cpp_properties.json

{"configurations": [{"name": "C51","includePath": [            // 你的工程中存放 include的文件夹路径"C:/Program Files/SDCC/include","${workspaceFolder}/App","${workspaceFolder}/source","${workspaceFolder}/Libraries/Device/Include"],"defines": ["NotKeil"],"compilerPath": "C:\\Program Files\\SDCC\\bin\\sdcc.exe",// sdcc bin路径"cStandard": "c99","cppStandard": "gnu++14","intelliSenseMode": "msvc-x64"}],"version": 4
}

文件二：settings.json

{"files.encoding": "gb2312","files.autoGuessEncoding": true,"C_Cpp.errorSquiggles": "Enabled",     "files.associations": {"main.h": "c","ch552.h": "c","hc.c": "c","cdc.c": "c","com.c": "c","adc.c": "c","UsbToUart.C": "cpp","Compound.C": "cpp","Touch_Key.C": "cpp","CH554.H": "cpp"},"terminal.integrated.shell.windows": "C:\\Program Files\\Git\\bin\\bash.exe",
}

这里制指定了bash的路径，需要安装GIT，我这里使用的是Git下面的bash。注意这里不是使用windows的CMD。

图x VScode中使用bash的命令行

文件三：tasks.json

{// See https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=733558// for the documentation about the tasks.json format"version": "2.0.0","tasks": [{"type": "shell","label": "bulid","command": "make","args": ["all"],"group":{"kind": "build","isDefault": true}},{"label": "clean","command": "make","args": ["clean"],"type": "shell","group":{"kind": "build","isDefault": true}}]
}

这里创建了两个task，这样可以在VScode中通过点击鼠标就可以make。

图x VScode中使用task进行打包