MCU的Flash比较紧张时怎么优化？

使用 RT-Thread-Studio 进行工程构建时，为了实现业务需求，我们常常会增加驱动文件、组件或者软件包等等，并且在调试代码时也可能需要使能调试相关的功能（例如打开 ulog 功能 ）或者自行打印一些调试的信息。因此，我们会编译得到一个稍微冗余的固件。需要注意的是，并不是所有的优化都是行之有效的，如果收效甚微的优化却造成了系统性能的大幅衰减，这是非常不可取的，所以优化的时候要认真分析，综合考虑，不可能一蹴而就。
1. 裁剪

裁剪是优先需要考虑的方向，这种方式操作简单，也最为见效。
以下是基于 stm32l475-atk-pandora BSP 进行裁剪的例子，该示例使用 RT-Thread 4.0.3 版本，优化等级 -O0。
MCU：STM32L475VET6，512KB FLASH ，128KB RAM
在做了一系列配置之后（模拟项目工程），该 BSP 现已有资源为：

• 内核：信号量、互斥量、事件集、邮箱、消息队列；main 线程、tshell 线程、idle 线程
• 组件：文件系统（fatfs）、Finsh 组件、UART 框架、GPIO 框架、SFUD 组件、QSPI 框架
• 外设驱动：片上 UART、GPIO、QSPI、板上 QSPI FLASH、NRF24L01、LCD、PWM、ADC等
  

其中关系为：

• main 中的 led 闪烁：PIN 驱动、PIN 框架
• FinSH 控制台：使用 UART 驱动、UART 框架、FinSH 组件
• 文件系统（板上 QSPI FLASH）：使用 QSPI 驱动、QSPI 框架、文件系统组件 Fatfs、FAL 软件包
• Ulog：ulog 组件
• 其他硬件板载设备驱动：LCD、TIMER、PWM、ADC、RTC、Audio
  

利用 RT-Thread Setting 的图形界面，我们可以比较直观的看到使能了哪些软件包、驱动和组件。
当前系统体积大小如下所示：
   text    data     bss     dec     hex filename 260932    1648    5388  267968   416c0 rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:         262580 B              256.43 KBRAM:             7036 B                6.87 KB可以看到当前系统体积大小 256KB，下面对该BSP进行裁剪，打开工程的 RT-Thread Settings 配置界面：
裁剪 Ulog 组件（-3.8KB）


去除异步日志功能后

   text    data     bss     dec     hex filename 257000    1648    5120  263768   40658 rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:         258648 B              252.59 KBRAM:             6768 B                6.61 KB裁剪文件系统及 Flash 设备（-83.2KB)

由于系统使能了 FAL 软件包，如下图

关闭 QSPI Flash 设备，在Hardware选项中，将已经适配好的 QSPI FLASH相关设备除能。

由于系统不再使用 QSPI 设备，那么相对应的 QSPI设备驱动框架，也是可以取消掉的。这点在裁剪系统时候很重要，因为我们开发中经常 使能/除能 一些总线上的设备，却常常忘记关 总线/设备驱动框架 造成系统体积上的损耗。

最后将虚拟文件系统 DFS 关闭。

   text    data     bss     dec     hex filename 172148    1308    3556  177012   2b374 rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:         173456 B              169.39 KBRAM:             4864 B                4.75 KB裁剪外设驱动（-101.8KB）

关闭 LCD、Audio 设备（由于SPI无其他设备挂载，因为可以裁剪掉SPI BUS）( -75KB)

   text    data     bss     dec     hex filename  95204    1260    2864   99328   18400 rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:          96464 B               94.20 KBRAM:             4124 B                4.03 KB裁剪掉 TIMER、PWM、ADC、RTC 外设驱动  (-26.6KB)

   text    data     bss     dec     hex filename  68856     384    2524   71764   11854 rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:          69240 B               67.62 KBRAM:             2908 B                2.84 KB裁剪 FinSH（-13K）


   text    data     bss     dec     hex filename  55500     384    2240   58124    e30c rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:          55884 B               54.57 KBRAM:             2624 B                2.56 KB裁剪内核 IPC（体积几乎不变）

关闭事件集、邮箱、消息队列

   text    data     bss     dec     hex filename  54888     336    2232   57456    e070 rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:          55224 B               53.93 KBRAM:             2568 B                2.51 KB检查 RT-Thread Setting 和 rtconfig.h 配置文件

经过以上的裁剪步骤，差不多裁剪了十之八九了，接下来就要检查还有什么地方在裁剪的过程中被忽略了，然后再按照上面的步骤做深入的裁剪，在此不再一一演示，仅作展示说明为主。
打开 RT-Thread Setting 图形化界面如下图所示：

可以看到目前系统有使用到 libc 组件、Serial 驱动、Pin 设备驱动、Soft I2C 驱动。例如现在除能 libc 组件，直接单击 libc 按钮去除使能即可。
另外，我们也可以根据 rtconfig.h 文件查看各个宏定义信息，避免遗漏。下面是 rtcopnfig.h 的部分配置信息。
#ifndef RT_CONFIG_H__#define RT_CONFIG_H__/* Generated by Kconfiglib (https://github.com/ulfalizer/Kconfiglib) *//* RT-Thread Kernel */#define RT_NAME_MAX 8#define RT_ALIGN_SIZE 4#define RT_THREAD_PRIORITY_32#define RT_THREAD_PRIORITY_MAX 32#define RT_TICK_PER_SECOND 1000#define RT_USING_OVERFLOW_CHECK#define RT_USING_HOOK#define RT_USING_IDLE_HOOK#define RT_IDLE_HOOK_LIST_SIZE 4#define IDLE_THREAD_STACK_SIZE 256#define RT_DEBUG                         //DEBUG相关还可以再优化掉#define RT_DEBUG_COLOR                   //DEBUG相关还可以再优化掉/* Inter-Thread communication */#define RT_USING_SEMAPHORE#define RT_USING_MUTEX/* end of Inter-Thread communication *//* Memory Management */#define RT_USING_MEMPOOL                  //内存池还可以再优化掉#define RT_USING_SMALL_MEM#define RT_USING_HEAP/* end of Memory Management *//* Kernel Device Object */#define RT_USING_DEVICE#define RT_USING_CONSOLE#define RT_CONSOLEBUF_SIZE 256#define RT_CONSOLE_DEVICE_NAME "uart1"/* end of Kernel Device Object */#define RT_VER_NUM 0x40003/* end of RT-Thread Kernel */#define ARCH_ARM#define RT_USING_CPU_FFS#define ARCH_ARM_CORTEX_M#define ARCH_ARM_CORTEX_M4#endif2.选择合适的优化等级

RT-Thread-Studio 使用的是 GCC 编译器，GCC 编译器对代码的编译优化有一系列的配置项，大体分为五个优化等级：-O0、-O1、-O2、-O3 和 -Os。
-O0：关闭所有优化选项，是 GCC 默认的等级，目的是让编译器减少编译时间并使调试产生预期的结果。在 RT-Thread-Studio 中，默认也是配置的该选项，如果编译的代码尺寸较大，我们建议更换优化等级（一般我们会选择 O2 等级）。
-O1：这是最基本的优化等级。编译器会在不花费太多编译时间的同时试图生成更快更小的代码。这些优化是非常基础的，但一般这些任务肯定能顺利完成。
-O2：O1 的进阶。这是推荐的优化等级，除非你有特殊的需求。O2 会比 O1 启用更多的优化选项。当设置了 O2 等级后，编译器会试图增加编译的时间和提升生成代码的性能（我们一般选用此优化等级完成编译任务）。
-O3：这是最高的优化等级，O3 开启了 O2 指定的所有优化，并启用了更多的优化选项。例如构建用于保存变量的伪寄存器网络（使得调试更加困难）、优化循环执行过程等。开启 O3 优化不一定会减少代码尺寸，有可能会为了减少代码执行时间反而增加代码体积。一般我们不使用此优化等级。
-Os：该这个等级用来优化代码尺寸。其中启用了 O2 中不增加目标文件大小的优化选项。这对于磁盘空间极其紧张或者 CPU 缓存较小的机器非常有用。一般使用 O2 等级之后发现生成的目标文件尺寸偏大，可以尝试使用 Os 等级进一步的优化。下表是GCC 优化等级列表。
gcc -O option flag

Set the compiler's optimization level.
[tr]optionoptimization levelexecution timecode sizememory usagecompile time[/tr]

-O0	optimization for compilation time (default)	+	+	-	-
-O1 or -O	optimization for code size and execution time	-	-	+	+
-O2	optimization more for code size and execution time	--		+	++
-O3	optimization more for code size and execution time	---		+	+++
-Os	optimization for code size		--		++
-Ofast	O3 with fast none accurate math calculations	---		+	+++

+increase ++increase more +++increase even more -reduce --reduce more ---reduce even more
RT-Thread-Studio 默认选择的是 -O0（关闭所有优化）等级，按照上一章节，系统最后的裁剪的尺寸为 53.93KB，下面开启 O2 优化等级，代码尺寸缩小为 38.14 KB：

   text    data     bss     dec     hex filename  38724     336    2232   41292    a14c rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:          39060 B               38.14 KBRAM:             2568 B                2.51 KB下面开启 -Os 优化等级，代码尺寸缩小为 34.64 KB：

   text    data     bss     dec     hex filename  35140     336    2232   37708    934c rtthread.elf              Used Size(B)           Used Size(KB)Flash:          35476 B               34.64 KBRAM:             2568 B                2.51 KB3.开启 newlib-nano 选项

RT-Thread-Studio 默认使用的 libc库（newlib库），提供了 printf、scanf 等很多标准库函数，但是这些库函数相对都比较大（在嵌入式平台上），而且很可能一些复杂的功能，我们在项目中并没有使用到，这样会造成代码体积的增大。
因此 newlib 提供了一个精简功能的版本，将一些标准库函数进行简化，仅仅实现一些简单常用的功能，这样便可以使得编译的代码轻量化，更适合嵌入式平台使用。（但是如果我们使用了标准库的一些复杂的功能，而 newlib-nano 并没有完备的实现这些功能，那么可能会造成一些意外的运行结果，我们在使用时要注意这些。）
如下图所示，我们在RT-Thread-Studio 中便可以开启该选项。

另外，开启 newlib-nano 时，对于 printf 和 scanf 等的使用是默认不带浮点运算的，如果使用浮点的话，则需要开启对应选项，如上图中 Use float with nano printf 和 Use float with nano scanf 选项框。
4.对 Map File 进行分析优化(使用 Amap.exe 工具)

在进行裁剪之后，我们还可以使用 Amap.exe 工具(( map 文件分析工具)[http://www.sikorskiy.net/prj/amap/])
使用该工具只是辅助性的分析函数调用所占字段大小，从而针对各个组件和函数进行优化裁剪等。

5.使用 readelf 命令分析 ELF文件

与 Amap 工具类似，我们也可以使用 readelf 命令分析系统生成的 elf 文件。详细命令介绍见 readelf - Linux man page，或者直接 readelf --help查看用法。
使用 readelf -all rtthread.elf 可以查看 elf 的所有信息。

依据生成的符号表 ( Symbol table ) ，可以看到生成的字段信息，例如类型为 GLOBAL 代表全局符号，OBJECT 代表数据对象，比如变量数组，FUNC 代表函数等等。我们可以利用这些这些信息，分析具体的段对应的大小。

6.如有必要，可以更换 libc 库

目前 RT-Thread-Studio 默认使用的是 newlib库，也有 minilibc 库支持，这个主要是提供给 gcc 编译器的，minilibc 可以不需要再链接 GCC 自带的 libc 库。newlib 则是用于链接到 GCC 自带的 libc 库。newlib 提供的底层c库接口相对 minilibc 库更全面，而 minilibc 库在实现上可以使得代码体积更小。
如果我们项目上需要用到 C 库时，可以按照具体需求选择更换 C 库，甚至有能力的开发者可以自行设计优化 C 库代码使得编译尺寸减小的同时，又不会造成性能上的损失。
7.更换同类型 Flash 较大的硬件平台

最后还要提一点的是，当系统经过优化后仍然无法满足需求，如果有必要的话，建议更换成同类型 Flash 较大的硬件平台，这样可以在软件和硬件完全不需要修改的情况下完成项目功能，达到预期目标。