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為何會(huì)在Linux下開發(fā)單片機(jī)

個(gè)人初步學(xué)習(xí)51單片機(jī)的時(shí)，所能接觸到的教程基本都是在Windows環(huán)境下使用Keil開發(fā)。誠然，Keil確實(shí)是一款強(qiáng)大的開發(fā)軟件，但博主個(gè)人受限于以下因素：

• 個(gè)人使用的是蘋果電腦 MacBook Air；
• 所裝的VM虛擬機(jī)里已經(jīng)安裝了 Ubuntu 20.04.01。

加之其他瑣碎的原因，博主終是走上了適配在Linux環(huán)境下的開源編譯器SDCC來開發(fā)單片機(jī)這條路【不止是現(xiàn)在的C51單片機(jī)，還有以后的STM32，統(tǒng)一在Linux環(huán)境下進(jìn)行開發(fā) 】。其實(shí)兩者在拋開系統(tǒng)環(huán)境、編譯軟件的差異，大體上都是一樣的：①【SDCC、Keil】編譯生成hex文件；②【stcgal、stc-isp】啟動(dòng)燒錄軟件燒錄程序。

在Ubuntu系統(tǒng)下搭建51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境全過程里，出乎預(yù)料的反而是察覺了個(gè)人對(duì)于Linux系統(tǒng)的 文件架構(gòu)、軟硬鏈接、軟鏈接的“漂移”、環(huán)境變量 等幾個(gè)方面的認(rèn)識(shí)不足，惹出了幾個(gè)無厘頭的“bug”。 故才有了“參考資料”一節(jié)內(nèi)那幾篇環(huán)境變量、系統(tǒng)變量的博文，對(duì)于這幾個(gè)主題的研究，以后也會(huì)出幾篇相關(guān)內(nèi)容的博文。

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個(gè)人系統(tǒng)環(huán)境與所用開發(fā)板

• 電腦：MacBook Air
• 虛擬機(jī)：VMWare Fusion 12
• Linux系統(tǒng)：Ubuntu 20.04.01
• 開發(fā)板：普中HC6800V2.0 （開發(fā)板實(shí)物請(qǐng)?zhí)D(zhuǎn)到“單片機(jī)效果展示”一節(jié)。）

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安裝開源編譯器 sdcc

終端輸入指令 sudo -i 進(jìn)入根目錄 /，再次輸入指令 sudo apt-get install sdcc 。安裝完畢，全程無報(bào)錯(cuò)。終端輸入指令 sdcc -v 驗(yàn)證編譯器是否安裝成功：

$?$小貼士：SDCC的全稱是Small Device C Compiler，即“小型設(shè)備C語言編譯器”。根據(jù)官網(wǎng)（http://sdcc.sourceforge.net/）的說法，SDCC是一個(gè)可重定向目標(biāo)的、優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)C編譯器套件（支持ANSI C89、ISO C99和ISO C11），支持基于英特爾MCS51（8031、8032、8051、8052等）、Maxim（原Dallas）的DS80C390系列、Freescale（原摩托羅拉）的HC08系列（hc08、s08）、Zilog的Z80系列（z80、z180、gbz80、Rabbit 2000/3000、Rabbit 3000A、TLCS-90）、Padauk（pdk14、pdk15）和意法半導(dǎo)體的STM8。

圖片里打框的MCS51就是我們常說的51單片機(jī)，在根目錄里進(jìn)入路徑 usr/share/sdcc/include/mcs51 輸入 ls，會(huì)顯示出一堆不同型號(hào)的51單片機(jī)芯片的適配頭文件。至此，編譯器SDCC的安裝大功告成。

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STC MCU ISP 閃存工具 stcgal 的安裝

在根目錄 / 下輸入指令 pip3 install stcgal（系統(tǒng)沒有安裝 pip3 就自己下載安裝），安裝的同時(shí)會(huì)下載兩個(gè)軟件 tqdm-4.64.1 與 pyserial-3.5 。前者顯示文件 main.hex 的燒錄進(jìn)度條，后者則是串口通信軟件。（記住了，不管安裝什么軟件，在安裝之前必須要好好查一查其具體的功能是什么。）

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單片機(jī)代碼的編譯與測試

｜編寫主代碼 main.c

#include <mcs51/8051.h>void Delay(unsigned int ms);void main(){while(1){//自行對(duì)照開發(fā)板引腳圖。P1_1 = 0;   Delay(500);P1_1 = 1;//led燈以一秒為一個(gè)周期閃爍。Delay(500); }
}void Delay(unsigned int ms){unsigned int a, b;for(a = ms; a > 0; a--){for(b = 100; b > 0; b--);}
}

｜使用 sdcc 編譯

在終端前后輸入以下兩條指令，經(jīng)過sdcc的編譯，測試文件夾內(nèi)會(huì)多出一堆的文件，我們需要的主文件是 main.hex

	sdcc main.c 

	//sdcc默認(rèn)生成的文件后綴不是hex而是ihx，需要使用packihx轉(zhuǎn)換。packihx main.ihx > main.hex && ls

搜索相關(guān)資料的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了第三條指令：makebin （makebin main.ihx > main.bin）。原來與 $?$.hex 格式文件相比，$?$.bin 格式有文件三個(gè)方面的差異（請(qǐng)自行驗(yàn)證）：

• HEX文件是包括地址信息的，而BIN文件格式只包括了數(shù)據(jù)本身。 在燒寫/下載HEX文件時(shí)一般不需要用戶指定地址，因?yàn)镠EX文件內(nèi)部信息已經(jīng)包括了地址，而燒寫B(tài)IN文件時(shí)，用戶必須指定地址信息；
• BIN文件。對(duì)二進(jìn)制文件而言，沒有格式，文件只是純粹的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
• HEX文件使用ASCII來表示二進(jìn)制的數(shù)值。 如一般的8-BIT的二進(jìn)制數(shù)值0x3F，用ASCII來表示就需要表示字符‘3’和字符‘F’，每個(gè)字符需要一個(gè)BYTE，所以 HEX文件需要大于BIN文件2倍的內(nèi)存空間。

｜閃存燒錄 stcgal

用USB線連接電腦將與單片機(jī)（請(qǐng)自行安裝與系統(tǒng)版本對(duì)應(yīng)的CH341驅(qū)動(dòng)，無頭緒的讀者請(qǐng)參考下列第二篇博文《搭建Ubuntu的51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境(學(xué)習(xí)記錄）》里對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)安裝一節(jié)），輸入指令 ls /dev/tty$?$ 確認(rèn)USB接入后在終端輸入指令

stcgal -P stc89 -p /dev/ttyUSB0 main.hex

或者直接輸入

stcgal main.hex 

筆者在燒錄程序時(shí)直接用第二條，在上文里代碼頭文件已經(jīng)選擇了51單片機(jī)類型為 8051 #include <mcs51/8051.h>，個(gè)人認(rèn)為 stcgal 運(yùn)行時(shí)默認(rèn) port 為 /dev/ttyUSB0，故使用時(shí)直接運(yùn)行，無需手動(dòng)指定端口和波特率。

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單片機(jī)效果展示

單片機(jī)的LED燈模塊，右邊數(shù)第一個(gè)LED燈以一秒為一個(gè)周期閃爍。

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拓展1??：使用SDCC進(jìn)行單片機(jī)程序編寫的不同點(diǎn)

SDCC支持的C語言與Keil的差異：

• 包含自定義的頭文件時(shí)必須使用雙引號(hào)。 某個(gè)項(xiàng)目中有個(gè)名為tm1638.h 的文件，在Keil寫成 #include <tm1638.h> ，但在SDCC中必須寫成 #include “tm1638.h” ；
• sdcc編譯51單片機(jī)代碼文件的頭文件（引腳定義文件）名字不一樣。 Keil中為 #include <reg52.h>，而在SDCC中需要寫成 #include <mcs51/8051.h>；
• Keil中的特殊類型 sbit 和 sfr 在SDCC中為 __sbit和 __sfr 。 如Keil中的代碼 sfr P0 = 0x80、sbit P0_1 = P0 ^ 1。在SDCC中就要寫成：__sfr __at (0x80) P0、__sbit __at (0x81) P0_1 。但在8051.h 中已經(jīng)定義了常用的端口，需要使用哪個(gè)端口時(shí)，直接使用P0、P1、P2_1之類的宏即可；
• Keil中的code關(guān)鍵字（用于將數(shù)據(jù)放入代碼段）在SDCC中應(yīng)該寫成__code。 在Keil中的代碼unsigned char code sevenseg_hex[] = { … }，在SDCC中應(yīng)該這樣寫：__code unsigned char sevenseg_hex[] = { … }；
• Keil中的 interrupt 關(guān)鍵字在SDCC中應(yīng)該寫成 __interrupt。 定義中斷處理函數(shù)的代碼在SDCC中應(yīng)該寫成：void timer0() __interrupt 1 { … } 。

< 請(qǐng)讀者自行驗(yàn)證以上，同時(shí)歡迎在評(píng)論區(qū)補(bǔ)充不同的差異點(diǎn)。>

拓展2??：附頭文件 8051.h 文本

/*-------------------------------------------------------------------------8051.h: Register Declarations for the Intel 8051 ProcessorCopyright (C) 2000, Bela Torok / bela.torok@kssg.chThis library is free software; you can redistribute it and/or modify itunder the terms of the GNU General Public License as published by theFree Software Foundation; either version 2, or (at your option) anylater version.This library is distributed in the hope that it will be useful,but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty ofMERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See theGNU General Public License for more details.You should have received a copy of the GNU General Public License along with this library; see the file COPYING. If not, write to theFree Software Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston,MA 02110-1301, USA.As a special exception, if you link this library with other files,some of which are compiled with SDCC, to produce an executable,this library does not by itself cause the resulting executable tobe covered by the GNU General Public License. This exception doesnot however invalidate any other reasons why the executable filemight be covered by the GNU General Public License.
-------------------------------------------------------------------------*/#ifndef REG8051_H
#define REG8051_H/*  BYTE Register  */
__sfr __at (0x80) P0   ;
__sfr __at (0x81) SP   ;
__sfr __at (0x82) DPL  ;
__sfr __at (0x83) DPH  ;
__sfr __at (0x87) PCON ;
__sfr __at (0x88) TCON ;
__sfr __at (0x89) TMOD ;
__sfr __at (0x8A) TL0  ;
__sfr __at (0x8B) TL1  ;
__sfr __at (0x8C) TH0  ;
__sfr __at (0x8D) TH1  ;
__sfr __at (0x90) P1   ;
__sfr __at (0x98) SCON ;
__sfr __at (0x99) SBUF ;
__sfr __at (0xA0) P2   ;
__sfr __at (0xA8) IE   ;
__sfr __at (0xB0) P3   ;
__sfr __at (0xB8) IP   ;
__sfr __at (0xD0) PSW  ;
__sfr __at (0xE0) ACC  ;
__sfr __at (0xF0) B    ;/*  BIT Register  */
/* P0 */
__sbit __at (0x80) P0_0 ;
__sbit __at (0x81) P0_1 ;
__sbit __at (0x82) P0_2 ;
__sbit __at (0x83) P0_3 ;
__sbit __at (0x84) P0_4 ;
__sbit __at (0x85) P0_5 ;
__sbit __at (0x86) P0_6 ;
__sbit __at (0x87) P0_7 ;/*  TCON  */
__sbit __at (0x88) IT0  ;
__sbit __at (0x89) IE0  ;
__sbit __at (0x8A) IT1  ;
__sbit __at (0x8B) IE1  ;
__sbit __at (0x8C) TR0  ;
__sbit __at (0x8D) TF0  ;
__sbit __at (0x8E) TR1  ;
__sbit __at (0x8F) TF1  ;/* P1 */
__sbit __at (0x90) P1_0 ;
__sbit __at (0x91) P1_1 ;
__sbit __at (0x92) P1_2 ;
__sbit __at (0x93) P1_3 ;
__sbit __at (0x94) P1_4 ;
__sbit __at (0x95) P1_5 ;
__sbit __at (0x96) P1_6 ;
__sbit __at (0x97) P1_7 ;/*  SCON  */
__sbit __at (0x98) RI   ;
__sbit __at (0x99) TI   ;
__sbit __at (0x9A) RB8  ;
__sbit __at (0x9B) TB8  ;
__sbit __at (0x9C) REN  ;
__sbit __at (0x9D) SM2  ;
__sbit __at (0x9E) SM1  ;
__sbit __at (0x9F) SM0  ;/* P2 */
__sbit __at (0xA0) P2_0 ;
__sbit __at (0xA1) P2_1 ;
__sbit __at (0xA2) P2_2 ;
__sbit __at (0xA3) P2_3 ;
__sbit __at (0xA4) P2_4 ;
__sbit __at (0xA5) P2_5 ;
__sbit __at (0xA6) P2_6 ;
__sbit __at (0xA7) P2_7 ;/*  IE   */
__sbit __at (0xA8) EX0  ;
__sbit __at (0xA9) ET0  ;
__sbit __at (0xAA) EX1  ;
__sbit __at (0xAB) ET1  ;
__sbit __at (0xAC) ES   ;
__sbit __at (0xAF) EA   ;/*  P3  */
__sbit __at (0xB0) P3_0 ;
__sbit __at (0xB1) P3_1 ;
__sbit __at (0xB2) P3_2 ;
__sbit __at (0xB3) P3_3 ;
__sbit __at (0xB4) P3_4 ;
__sbit __at (0xB5) P3_5 ;
__sbit __at (0xB6) P3_6 ;
__sbit __at (0xB7) P3_7 ;__sbit __at (0xB0) RXD  ;
__sbit __at (0xB1) TXD  ;
__sbit __at (0xB2) INT0 ;
__sbit __at (0xB3) INT1 ;
__sbit __at (0xB4) T0   ;
__sbit __at (0xB5) T1   ;
__sbit __at (0xB6) WR   ;
__sbit __at (0xB7) RD   ;/*  IP   */
__sbit __at (0xB8) PX0  ;
__sbit __at (0xB9) PT0  ;
__sbit __at (0xBA) PX1  ;
__sbit __at (0xBB) PT1  ;
__sbit __at (0xBC) PS   ;/*  PSW   */
__sbit __at (0xD0) P    ;
__sbit __at (0xD1) F1   ;
__sbit __at (0xD2) OV   ;
__sbit __at (0xD3) RS0  ;
__sbit __at (0xD4) RS1  ;
__sbit __at (0xD5) F0   ;
__sbit __at (0xD6) AC   ;
__sbit __at (0xD7) CY   ;/* BIT definitions for bits that are not directly accessible */
/* PCON bits */
#define IDL             0x01
#define PD              0x02
#define GF0             0x04
#define GF1             0x08
#define SMOD            0x80/* TMOD bits */
#define T0_M0           0x01
#define T0_M1           0x02
#define T0_CT           0x04
#define T0_GATE         0x08
#define T1_M0           0x10
#define T1_M1           0x20
#define T1_CT           0x40
#define T1_GATE         0x80#define T0_MASK         0x0F
#define T1_MASK         0xF0/* Interrupt numbers: address = (number * 8) + 3 */
#define IE0_VECTOR      0       /* 0x03 external interrupt 0 */
#define TF0_VECTOR      1       /* 0x0b timer 0 */
#define IE1_VECTOR      2       /* 0x13 external interrupt 1 */
#define TF1_VECTOR      3       /* 0x1b timer 1 */
#define SI0_VECTOR      4       /* 0x23 serial port 0 */#endif

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參考資料

• 《Mac版下實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)的環(huán)境搭建》，CSDN博主：熺子，時(shí)間：2022年3月29日；
• 《搭建Ubuntu的51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境(學(xué)習(xí)記錄）》，CSDN博主：橫著望的貓，時(shí)間：2021年12月20日；
• 《Linux（Ubuntu）下51單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境的配置及詳細(xì)的操作步驟》，CSDN博主：逗比小憨憨，時(shí)間：2021年2月4日；
• 《如何在Linux下進(jìn)行51單片機(jī)的開發(fā)》，微信公眾號(hào)：我的一九九三，時(shí)間：2021年12月16日；
• 《還在用keil做51單片機(jī)開發(fā)馬？快來試試開源的SDCC吧》，微信公眾號(hào)：STEM創(chuàng)造家，時(shí)間：2021年12月10日；
• 《CentOS7設(shè)置環(huán)境變量》（該篇博文在嗶哩嗶哩里有博主配套的視頻講解，強(qiáng)烈推薦觀看！），博主：C語言技術(shù)網(wǎng)-碼農(nóng)有道，時(shí)間：2020年3月27日；
• 《一文帶你學(xué)會(huì)Linux系統(tǒng)的變量》，微信公眾號(hào)：生信喵實(shí)驗(yàn)柴，時(shí)間：2021年12月14日；
• 《如何設(shè)置與查看Linux系統(tǒng)中的環(huán)境變量》，微信公眾號(hào)：良許，時(shí)間：2020年8月17日；
• 《Linux目錄詳解，軟件應(yīng)該安裝到哪個(gè)目錄》，博主：Deshun，時(shí)間：2019年6月13日。

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文章更新時(shí)間記錄

• 文章框架搭好；「2023.2.2.19 19:10」
• 九篇參考博文打列完畢；「2023.2.19 19:26」
• “安裝開源編譯器SDCC”一節(jié)完畢?！?023.2.19 21:07」
• “STC MCU ISP閃存工具 stcgal 的安裝”一節(jié)完畢?！?023.2.19 21:25」
• “單片機(jī)代碼的編譯與測試”一節(jié)里的三小節(jié)完畢。「2023.2.20 13:33」
• “使用SDCC進(jìn)行單片機(jī)程序編寫的不同點(diǎn)”一節(jié)完成。「2023.2.20 13:53」
• “單片機(jī)效果展示”一節(jié)完成?！?023.2.20 18:43」
• “使用sdcc編譯”該小節(jié)內(nèi)增加了BIN文件相關(guān)內(nèi)容。「2023.2.20 19:45」
• 文章首次發(fā)布于CSDN。「2023.2.21 12:20」

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P.S.1 2022年12月下旬在別人的同類型的博文下了留言，如今自己在兩個(gè)月也寫了一篇。兩個(gè)月，兩個(gè)月，兩年，兩年，唉?！?023.2.20 19:47」