还在用Keil做51单片机开发吗？快来试试开源的SDCC吧 - 谷动谷力

相信许多人学习51单片机的时候接触的IDE都是Keil的μVision，我也不例外。我从Keil的官方网站上下载了μVision 5的试用版。在学习的过程中μVision 5一切良好，能满足所有学习的需要。但等到自己开始做一些小项目的时候，一些小问题就出现了。

第一个问题就是μVision 5不支持命令行。为什么需要命令行呢？因为μVision 5本身的IDE的技术已经相当陈旧了，许多现代编辑器拥有的便利功能它都没有。因此，我更希望使用VSCode来编写代码。那么，VSCode写完代码之后怎么编译呢？虽然可以同时在 μVision 5 和VSCode中打开同一个项目，但毕竟每次修改代码后还要切换到 μVision 5 去点编译按钮，不是太方便。我希望能写一个简单的Makefile，修改完代码后直接执行make 就可以生成hex文件。这就需要从命令行调用 μVision 5。虽然 μVision 5的可执行文件支持一些简单的命令行选项，但并不能满足Makefile的需求。

第二个问题就是授权问题。 μVision 5的试用版只能编译不超过2KB的代码。当你的项目足够复杂、源代码足够长时，你就会遇到下面的错误：

*** FATAL ERROR L250: CODE SIZE LIMIT IN RESTRICTED VERSION EXCEEDED MODULE: C:\KEIL\C51\LIB\C51FPS.LIB (-----) LIMIT: 0800H BYTES

可以说，每个学习51单片机的人早晚都会遇到这个问题。但Keil的授权是非常贵的。虽然Keil官网上并没有给出开发工具的报价，但根据一份2012年的资料，51单片机的开发工具套装（包括CA51、μVision 3仿真器和调试器等）报价为$3640美元，这个价格完全不是业余爱好者和学生承受得起的。

那么，怎样解决这个问题？这就要轮到这篇文章的主角——SDCC——登场了！

SDCC

SDCC的全称是Small Device C Compiler，即“小型设备C语言编译器”。根据官网的说法，

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），支持基于英特尔MCS51（8031、8032、8051、8052等）、Maxim（原Dallas）的DS80C390系列、Freescale（原摩托罗拉）的HC08系列（hc08、s08）、Zilog的Z80系列（z80、z180、gbz80、Rabbit 2000/3000、Rabbit 3000A、TLCS-90）、Padauk（pdk14、pdk15）和意法半导体的STM8。

这里的MCS51就是我们常说的51单片机。

SDCC套件是一系列工具的总称，其中我们需要使用的sdcc编译器采用GPL授权，因此我们不需要花钱就可以使用。

SDCC的安装非常简单，只需到官网的下载页面，下载对应于上位机操作系统的版本即可。我打算在Windows 10下使用，因此选择sdcc-win64下载。

安装完成后，需要到系统属性的环境变量设置页面，将C:\Program Files\SDCC\bin 加入PATH 环境变量。然后打开一个命令行窗口，输入sdcc --version 命令验证安装是否成功：

> sdcc --versionSDCC : mcs51/z80/z180/r2k/r2ka/r3ka/gbz80/tlcs90/ez80_z80/z80n/ds390/pic16/pic14/TININative/ds400/hc08/s08/stm8/pdk13/pdk14/pdk15 4.1.0 #12072 (MINGW64)published under GNU General Public License (GPL)

这样SDCC就可以使用了。

将Keil程序移植到SDCC

SDCC支持的C语言和Keil所用的C语言略有不同，不过差异并不是太大，只需要10分钟就可以移植完毕。实际上我认为SDCC的C语言更“标准”，Keil才是说方言的那个人。我发现的差异有：

包含自定义的头文件时必须使用双引号。例如，我的某个项目中有个名为tm1638.h 的文件，那么在Keil中我可以写#include <tm1638.h> ，但在SDCC中必须写成 #include "tm1638.h"。
8051的头文件名字不一样。Keil中为 #include <reg52.h>，而在SDCC中需要写成 #include <8052.h>。
Keil中的特殊类型 sbit 和 sfr 在SDCC中为 __sbit和 __sfr 。例如，Keil中的代码 sfr P0 = 0x80; sbit P0_1 = P0 ^ 1; 在SDCC中就要写成：__sfr __at (0x80) P0; __sbit __at (0x81) P0_1; 。不过好在8052.h 中已经为我们定义好了常用的端口，需要使用哪个端口时，直接使用P0、P1、P2_1之类的宏即可。
Keil中的code关键字（用于将数据放入代码段）在SDCC中应该写成__code。例如，在Keil中的代码unsigned char code sevenseg_hex[] = { ... }; 在SDCC中应该这样写：__code unsigned char sevenseg_hex[] = { ... };
Keil中的 interrupt 关键字在SDCC中应该写成 __interrupt。所以定义中断处理函数的代码在SDCC中应该写成：void timer0() __interrupt 1 { ... }。

这些差异只是写法上的区别，所以迁移到SDCC应该非常顺利。

编译和下载

SDCC的编译器非常容易使用。简单来说，如果你的项目只有一个C文件，那么只需要执行下述命令即可：

> sdcc main.c

如果有两个以上的文件，那么首先需要使用-c选项将辅助文件编译成.rel文件，然后再与主程序一起编译：

> sdcc -c tm1638.c> sdcc main.c tm1638.rel

编译结果是扩展名为.ihx的文件，需要使用以下命令转换成常用的.hex文件：

> packihx main.ihx > main.hex

更推荐的方法是自己编写一个Makefile。首先需要在Windows下安装GNU Make。这里我使用了Windows下的包管理器chocolatey，当然你可以选择自己喜欢的包管理器：

(在管理员权限下) > chocolatey.exe install make

然后编写如下Makefile。

ifeq ($(OS),Windows_NT) RM = del /Q /FCP = copy /Yifdef ComSpecSHELL := $(ComSpec)endififdef COMSPECSHELL := $(COMSPEC)endifelseRM = rm -rfCP = cp -fendifCC := sdccPACKIHX := packihx.PHONY: all cleanall: tm1638-counter.hexclean: -$(RM) -f *.asm *.lk *.lst *.map *.mem *.rel *.rst *.sym *.asm *.ihx *.hextm1638.rel: tm1638.h tm1638.c $(CC) -c tm1638.cmain.ihx: tm1638.h main.c tm1638.rel $(CC) main.c tm1638.reltm1638-counter.hex: main.ihx $(PACKIHX) main.ihx > tm1638-counter.hex

上面是我的计时器项目的Makefile，你可以根据自己的需要自行修改最后几行的构建目标。写好Makefile之后，只需执行make就可以编译项目并生成tm1638-counter.hex文件，非常方便。

仿真和调试

很可惜SDCC没有调试器，不能像μVision那样软件仿真程序。不过，SDCC在编译的时候会首先生成汇编语言源文件，例如上一节的Makefile的例子中，执行make 后会生成一个main.asm，我们可以分析这个汇编语言源文件来理解程序的走向。另一个调试的方法是使用MCS51模拟器。最流行的莫过于EdSim51了。这个模拟器不仅模拟了51芯片本身，还提供了一系列可配置的外围设备，相当于一个软件的开发板，十分好用。

总结

我不太清楚目前流行的51单片机开发方式是什么，但从网上的说法来看，似乎很多人还是在尝试破解μVision。首先，旗帜鲜明地反对使用盗版软件。侵权问题放在一边，运行破解程序这一步就会带来很大的安全风险。其次，μVision的确是个好工具，但对于学习和个人爱好来说，完全是杀鸡用牛刀。

所以我的观点是，为了学习的目的，完全可以使用μVision的试用版，官网可以免费下载，可以编译和调试2KB以下的代码，对于学习来说完全够用，没有必要去破解。在个人项目中如果需要编译大型代码，尽可能使用开源软件。SDCC不仅可以避免法律和安全风险，还能提供巨大的便利性（支持Makefile等）。