单片机工程使用链接优化-flto找不到定义_链接静态库

**IDE：**CLion

HOST： Windows 11

**MinGW：**x86_64-14.2.0-release-posix-seh-ucrt-rt_v12-rev0

**GCC：**arm-gnu-toolchain-13.3.rel1-mingw-w64-i686-arm-none-eabi

示例工程 ：https://github.com/ichliebedich-DaCapo/STM32F407VET6

一、链接过程

在单片机开发中，我希望尽可能开发"低耦合高内聚"的代码，我理想中的工程依赖关系如下图：

(后续还考虑加入FreeRTOS、DSP、FATS什么的)

基于上面目的，于是把工程分成各个模块，采用独立编译成静态库，最后再链接的方法。

对于HAL库的静态编译可以使用file() 先收集需要文件到变量DRIVERS_SRC 中，然后使用set() 设置需要包含的头文件目录DRIVERS_DIR ，之后就可以使用add_library() 添加要编译生成的库的名称和所需的资源文件，STATIC是属性，表示要编译的是静态库

再使用**target_include_directories()**添加库所需的头文件目录

最后可以使用属性ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY 来专门指定静态库的生成目录
cpp 复制代码
# 官方驱动库
file(GLOB_RECURSE DRIVERS_SRC "Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src/*.c")
set(DRIVERS_DIR
        Drivers
        Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc
        Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc/Legacy
        Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32F4xx/Include
        Drivers/CMSIS/Include
)
add_library(libdrivers STATIC ${DRIVERS_SRC})
target_include_directories(libdrivers PUBLIC ${DRIVERS_DIR})
# 设置静态库的输出目录
set_target_properties(libdrivers PROPERTIES ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${LIB_DIR})
库的名称也是有规范的，一般都是"lib+xxx"组成的，比如这次，编译的库用于驱动，所以起名为lib+drivers -> libdrivers。当然由于这是基于STM32提供的HAL，所以也可以起名为libhal
依此方法，编译BSP时，由于BSP依赖HAL库，所以需要链接HAL库（即libdrivers）。即下方中的target_link_libraries() 函数，使用这种方法自然也可以链接一些第三方库，比如SDL
cpp 复制代码
target_link_libraries(libbsp PUBLIC libdrivers)
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# ------BSP库------
file(GLOB_RECURSE BSP_SRC "BSP/src/*.c")
set(BSP_DIR
        BSP/inc
)
add_library(libbsp STATIC ${BSP_SRC})
target_include_directories(libbsp PUBLIC ${BSP_DIR})
target_link_libraries(libbsp PUBLIC libdrivers)
# 设置静态库的输出目录
set_target_properties(libbsp PROPERTIES ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${LIB_DIR})

根据上面的方法可以链接成不同的静态库，再使用**target_link_libraries()**把它们全部链接为可执行文件
cpp 复制代码
# 设置链接目标
add_executable(${PROJECT_NAME}.elf ${SOURCES} ${LINKER_SCRIPT})
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}.elf PRIVATE libapp libdsp libdata libgui libbsp libmodule)
# 设置可执行文件的输出目录
set_target_properties(${PROJECT_NAME}.elf PROPERTIES RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY ${BIN_DIR})

二、链接问题

1，链接缺失系统调用函数

只不过不是所有文件都能采用上面链接方法的，比如系统调用、启动文件等一同链接成一个库，此时会显示缺少各种定义，而这些缺失的定义却显然是系统调用里的函数

这个我也不晓得是什么原因，可能是单独链接这些系统调用文件成静态库时，还需要添加编译器所带的库如libgcc等。

总之把这些底层文件单独收集起来
cpp 复制代码
file(GLOB_RECURSE SOURCES "Core/*.*" "Application/Base/ISR.cpp")
然后添加到可执行目标中，其他地方不变
cpp 复制代码
add_executable(${PROJECT_NAME}.elf ${SOURCES} ${LINKER_SCRIPT})
最后再链接时就不会出现问题了

2，使用链接优化出现缺失定义的错误

如果像前面把各种库独立编译，那么在开启链接优化时，会出先下面的报错，总之就是各种找不到定义，连main都找不到

这个其实很好理解，使用-flto链接优化时，会把所有资源文件编译后再链接优化一下。那么问题就出现在了编译这块，因为LTO 无法跨静态库边界进行优化，可能导致一些符号无法正确解析。

所以需要把所有资源文件统一添加到可执行目标时，LTO 优化的范围涵盖了所有源文件，这样才能正确地处理跨文件的优化和符号解析。

当然这也与编译器和连接器有关，不同的编译器和链接器在处理 LTO 时可能有不同的行为。某些编译器在处理多个静态库时可能不够智能，无法正确处理跨库的优化。

虽然理论上可以使用-flto=full选项，但有的编译器没有这个选项

当然，还有一种解决办法，就是使用ar工具手动把各种静态库合并，比如下面把lib1.a、lib2.a、lib3.a都合并为liball.a 。
cpp 复制代码
# 合并静态库
add_custom_command(
    OUTPUT liball.a
    COMMAND ${CMAKE_AR} crs liball.a $<TARGET_FILE:lib1> $<TARGET_FILE:lib2> $<TARGET_FILE:lib3>
    DEPENDS lib1 lib2 lib3
)
对于此处用到的编译器，上面两种方法都不如直接添加文件到可执行目标中快捷省事
cpp 复制代码
    include_directories(Application/Conf ${APP_DIR}
            ${DRIVERS_DIR}
            ${LVGL_DIR}
            #            ${FREERTOS_DIR}
            ${BSP_DIR}
            ${DATA_DIR}
            ${GUI_DIR}
            ${MODULE_DIR}
            ${APPLICATION_DIR}
    )
    file(GLOB_RECURSE SOURCES "Core/*.*" "Application/Base/ISR.cpp"
            ${DRIVERS_SRC}
            ${LVGL_SRC}
            #            ${FREERTOS_SRC}
            ${BSP_SRC}
            ${DATA_SRC}
            ${GUI_SRC}
            ${MODULE_SRC}
            ${APPLICATION_SRC}
    )