方法与工具构建系统

双工具链构建系统：GCC ARM 和 LLVM 在同一项目中共存

同一个 STM32 项目，同时支持 GCC ARM None EABI 和 LLVM/Clang 两套工具链。不是"二选一"，而是"两个都要"——开发用 GCC（稳定）、调优用 LLVM（更激进的优化和更清楚的警告）。

CMakePresets 架构

CMakePresets.json 定义构建预设，CMake 工具链文件决定用哪个编译器：

{
    "version": 3,
    "configurePresets": [
        {
            "name": "default",
            "hidden": true,           // 隐藏预设，只作为基类
            "generator": "Ninja",     // 统一生成器
            "binaryDir": "${sourceDir}/build/${presetName}",
            "toolchainFile": "${sourceDir}/cmake/gcc-arm-none-eabi.cmake"  // 默认GCC
        },
        {
            "name": "Debug",
            "inherits": "default",
            "cacheVariables": {
                "CMAKE_BUILD_TYPE": "Debug",
                "CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS": "ON"
            }
        },
        {
            "name": "Release",
            "inherits": "default",
            "cacheVariables": {
                "CMAKE_BUILD_TYPE": "Release"
            }
        }
    ],
    "buildPresets": [
        { "name": "Debug",   "configurePreset": "Debug" },
        { "name": "Release", "configurePreset": "Release" }
    ]
}

使用：

GCC Debug 构建
cmake --preset Debug
cmake --build --preset Debug --parallel 8

# 换 LLVM 时，手动指定不同的工具链文件
cmake -S . -B build/llvm-debug -G Ninja \
  -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=cmake/llvm-arm-none-eabi.cmake \
  -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug \
  -DCMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS=ON
cmake --build build/llvm-debug --parallel 8

GCC 工具链文件

# cmake/gcc-arm-none-eabi.cmake
set(CMAKE_SYSTEM_NAME    Generic)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)

set(CMAKE_C_COMPILER    arm-none-eabi-gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER  arm-none-eabi-g++)
set(CMAKE_OBJCOPY       arm-none-eabi-objcopy)

set(TARGET_FLAGS "-mcpu=cortex-m3")
set(CMAKE_C_FLAGS "${TARGET_FLAGS} -Wall -fdata-sections -ffunction-sections")
set(CMAKE_C_FLAGS_DEBUG   "-O0 -g3")
set(CMAKE_C_FLAGS_RELEASE "-Os -g0")

set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS
    "${TARGET_FLAGS}
     -T ${CMAKE_SOURCE_DIR}/STM32F103XX_FLASH.ld
     --specs=nano.specs
     -Wl,-Map=${CMAKE_PROJECT_NAME}.map
     -Wl,--gc-sections
     -Wl,--print-memory-usage")

LLVM 工具链文件

LLVM 的配置有趣的地方：编译器是 clang，但链接器仍然是 arm-none-eabi-gcc（因为 LLVM 的 ld.lld 对 ARM 嵌入式链接脚本支持不如 GCC 的 GNU ld 完善）：

# cmake/llvm-arm-none-eabi.cmake
set(CMAKE_C_COMPILER   clang)
set(CMAKE_CXX_COMPILER clang++)
set(CMAKE_LINKER       arm-none-eabi-gcc)  # 重要！用 GCC 做链接
set(CMAKE_OBJCOPY      llvm-objcopy)

set(CMAKE_C_COMPILER_TARGET   arm-none-eabi)
set(CMAKE_CXX_COMPILER_TARGET arm-none-eabi)

# 自动探测 GCC ARM 的 sysroot 和 libgcc 路径
execute_process(
    COMMAND arm-none-eabi-gcc -print-sysroot
    OUTPUT_VARIABLE ARM_NONE_EABI_SYSROOT
    OUTPUT_STRIP_TRAILING_WHITESPACE)
execute_process(
    COMMAND arm-none-eabi-gcc -print-libgcc-file-name
    OUTPUT_VARIABLE ARM_NONE_EABI_LIBGCC)

set(CMAKE_SYSROOT "${ARM_NONE_EABI_SYSROOT}")
set(MCU_FLAGS -mcpu=cortex-m3 -mthumb -mfloat-abi=soft)
set(CMAKE_C_FLAGS_INIT "${MCU_FLAGS} -Wall -fdata-sections -ffunction-sections")
set(CMAKE_C_FLAGS_DEBUG   "-O0 -g3")
set(CMAKE_C_FLAGS_RELEASE "-Oz -g0")    # LLVM 用 -Oz 比 -Os 更激进

# 链接时回退到 GCC
set(CMAKE_C_LINK_EXECUTABLE
    "arm-none-eabi-gcc <LINK_FLAGS> <OBJECTS> -o <TARGET> <LINK_LIBRARIES>")

关键差异

维度	GCC ARM	LLVM/Clang
编译器	arm-none-eabi-gcc	clang --target=arm-none-eabi
链接器	arm-none-eabi-g++	arm-none-eabi-gcc（回退）
优化	-O0 / -Os	-O0 / -Oz（更小）
sysroot	内置	从 GCC 探测
启动文件	GCC asm	兼容（同一份 startup.s）
编译数据库	CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS	同上，clangd 兼容

LLVM 的 sysroot 探测

LLVM for ARM 需要 GCC ARM 的 C 运行时库（libgcc、libc_nano）。配置中通过 execute_process 在 CMake 配置阶段自动探测 GCC ARM 的安装路径：

execute_process(
    COMMAND arm-none-eabi-gcc -print-sysroot
    OUTPUT_VARIABLE ARM_NONE_EABI_SYSROOT)
execute_process(
    COMMAND arm-none-eabi-gcc -print-libgcc-file-name
    OUTPUT_VARIABLE ARM_NONE_EABI_LIBGCC)
get_filename_component(ARM_NONE_EABI_GCC_LIB_DIR
    "${ARM_NONE_EABI_LIBGCC}" DIRECTORY)

set(CMAKE_SYSROOT "${ARM_NONE_EABI_SYSROOT}")
# 链接时自动找到正确的 libgcc.a 路径

这避免了硬编码路径。只要 GCC ARM 工具链在 PATH 中，LLVM 就能自动找到它所需的运行时库。