2.3 CMake 构建系统

学习阁2026/7/19大约 4 分钟项目结构构建系统CMake编译

2.3 CMake 构建系统

📚 本节导读

学习时长：约 20 分钟
难度级别：⭐⭐⭐☆☆
前置知识：第 2.2 节 Kconfig 配置系统

🎯 学习目标

理解 OneOS-Lite 的 CMake 构建流程
掌握 CMakeLists.txt 的层级结构
了解工具链配置和编译选项
能够独立编译和调试项目

一、构建系统概述

OneOS-Lite 使用 CMake 作为构建系统，支持多种编译工具链：

工具链	编译器	适用平台
ARM GCC	`arm-none-eabi-gcc`	ARM Cortex-M/A
RISC-V GCC	`riscv-none-elf-gcc`	RISC-V
ARM CC	`armcc` / `armclang`	Keil MDK
MSVC / GCC / Clang	主机编译器	SIM 模拟器

二、CMake 构建流程

项目配置
    │
    ├── Kconfig 配置
    │   └── 生成 os_cfg.h
    │
    ├── CMakeLists.txt (顶层)
    │   ├── 设置工具链
    │   ├── 设置编译选项
    │   ├── 添加子目录
    │   │   ├── arch/
    │   │   ├── kernel/
    │   │   ├── drivers/
    │   │   ├── components/
    │   │   └── ...
    │   └── 添加可执行目标
    │
    └── 编译
        ├── 预处理 → 编译 → 汇编
        ├── 链接 (根据链接脚本)
        └── 生成 .elf / .bin / .hex

三、CMakeLists.txt 层级结构

3.1 顶层 CMakeLists.txt

# CMakeLists.txt (项目根目录)
cmake_minimum_required(VERSION 3.13)

# 项目信息
project(oneos_lite C ASM)

# 设置工具链
set(CMAKE_TOOLCHAIN_FILE ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/tools/toolchain.cmake)

# 全局编译选项
set(CMAKE_C_STANDARD 99)
set(CMAKE_C_STANDARD_REQUIRED ON)

# 添加子目录
add_subdirectory(arch)
add_subdirectory(kernel)
add_subdirectory(drivers)
add_subdirectory(components)
add_subdirectory(osal)
add_subdirectory(libc)
add_subdirectory(common)
add_subdirectory(demos)

# 添加可执行文件目标
add_executable(${PROJECT_NAME}
    ${SOURCES}
)

# 链接脚本
set_target_properties(${PROJECT_NAME} PROPERTIES
    LINK_FLAGS "-T${LINKER_SCRIPT}"
)

# 生成二进制文件
add_custom_command(TARGET ${PROJECT_NAME} POST_BUILD
    COMMAND ${CMAKE_OBJCOPY} -O binary $<TARGET_FILE:${PROJECT_NAME}> ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.bin
    COMMAND ${CMAKE_OBJCOPY} -O ihex $<TARGET_FILE:${PROJECT_NAME}> ${PROJECT_BINARY_DIR}/${PROJECT_NAME}.hex
)

3.2 内核 CMakeLists.txt

# kernel/CMakeLists.txt
file(GLOB_RECURSE KERNEL_SOURCES
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/source/*.c
)

# 添加头文件路径
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE
    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include
)

# 添加源文件
target_sources(${PROJECT_NAME} PRIVATE
    ${KERNEL_SOURCES}
)

3.3 组件 CMakeLists.txt

# components/CMakeLists.txt
if(OS_USING_FS)
    add_subdirectory(fs)
endif()

if(OS_USING_NET)
    add_subdirectory(net)
endif()

if(OS_USING_SECURITY)
    add_subdirectory(security)
endif()

if(OS_USING_SHELL)
    add_subdirectory(shell)
endif()

四、工具链配置

4.1 ARM GCC 工具链

# toolchain/arm-gcc.cmake
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Generic)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)

# 编译器设置
set(CMAKE_C_COMPILER    arm-none-eabi-gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER  arm-none-eabi-g++)
set(CMAKE_ASM_COMPILER  arm-none-eabi-gcc)
set(CMAKE_OBJCOPY       arm-none-eabi-objcopy)
set(CMAKE_SIZE          arm-none-eabi-size)

# 编译选项
set(CMAKE_C_FLAGS_INIT
    "-mcpu=cortex-m3 -mthumb -mfloat-abi=soft"
    " -ffunction-sections -fdata-sections"
    " -Wall -Wextra"
)

# 链接选项
set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS_INIT
    "-mcpu=cortex-m3 -mthumb -mfloat-abi=soft"
    " -Wl,--gc-sections"
    " -specs=nosys.specs -specs=nano.specs"
)

4.2 RISC-V GCC 工具链

# toolchain/riscv-gcc.cmake
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Generic)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR riscv)

set(CMAKE_C_COMPILER riscv-none-elf-gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER riscv-none-elf-g++)
set(CMAKE_ASM_COMPILER riscv-none-elf-gcc)

set(CMAKE_C_FLAGS_INIT
    "-march=rv32imac -mabi=ilp32"
    " -ffunction-sections -fdata-sections"
)

五、编译选项说明

5.1 常用编译选项

选项	含义	使用场景
`-mcpu=cortex-m3`	指定目标 CPU	ARM Cortex-M 编译必需
`-mthumb`	使用 Thumb 指令集	减小代码体积
`-ffunction-sections`	每个函数独立段	配合 `--gc-sections` 去除未用函数
`-fdata-sections`	每个数据独立段	配合 `--gc-sections` 去除未用数据
`-Wall -Wextra`	开启所有警告	开发阶段
`-Os`	优化代码体积	资源受限设备
`-O2`	平衡优化	一般场景
`-Og`	调试优化	调试阶段
`-g`	包含调试信息	调试阶段
`-specs=nano.specs`	使用 newlib-nano	减小 C 库体积

5.2 链接选项

选项	含义
`-Wl,--gc-sections`	去除未引用的段
`-T link.lds`	指定链接脚本
`-nostartfiles`	不使用标准启动文件
`-Wl,-Map=output.map`	生成内存映射文件

六、构建命令

6.1 基本编译流程

# 1. 创建构建目录
mkdir build && cd build

# 2. 配置项目（指定工具链和项目）
cmake .. \
    -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=toolchain/arm-gcc.cmake \
    -DPROJECT=stm32f103zet6-atk-elite

# 3. 编译
make -j$(nproc)

# 4. 查看输出文件
ls -la *.elf *.bin *.hex

6.2 使用 Makefile 封装

# 编译项目
make

# 编译特定目标
make stm32f103zet6-atk-elite

# 清理编译产物
make clean

# 烧录到开发板
make flash

# 启动调试
make debug

6.3 编译产物

文件	说明
`*.elf`	ELF 可执行文件（包含调试信息）
`*.bin`	原始二进制文件（用于烧录）
`*.hex`	Intel HEX 格式文件（用于烧录）
`*.map`	内存映射文件（分析内存使用）
`*.lst`	反汇编列表文件

七、脚本辅助工具

scripts/ 目录提供了构建辅助脚本：

脚本	功能
`generate.py`	代码生成工具
`target.py`	目标平台管理
`print_helper.py`	输出辅助

📝 本节小结

本节介绍了 OneOS-Lite 的 CMake 构建系统：

多工具链支持：ARM GCC、RISC-V GCC、Keil ARMCC 等
层级构建：顶层 CMakeLists.txt 逐层添加子目录
条件编译：根据 Kconfig 配置选择需要编译的组件
编译优化：支持体积优化（-Os）和调试优化（-Og）
构建产物：生成 elf/bin/hex/map 等多种格式