STM32Cube通过Clang/LLVM支持进一步简化代码开发

发表于 2025-8-14 15:09

本帖最后由 sgf201 于 2025-8-21 21:53 编辑

建议一：
   开发板的example增加对clang的支持

建议二：
   对于已有的stm32cube ide的工程，提供转换为clang工程的实践

建议三：
   vscode的导入支持导入stm32cube ide的工程
按流程创建了clang的工程，编译顺利，且可以自动连接st link启动调试，21ic不支持多个图片插入

发表于 2025-8-14 15:16

1. 工具链实际编译速度 & 代码效率
编译速度：
CubeIDE（基于 Eclipse+GCC）编译中等规模项目（如含 HAL+FreeRTOS）通常在 10-30 秒，比纯 Makefile+GCC 稍慢，但增量编译优化较好。
建议：启用多线程编译（-j 参数）可提升 20%-30% 速度。
代码效率：
HAL库代码体积较大，但可读性强。若对尺寸敏感：
使用 -Os 优化等级
混合 HAL + LL 库（CubeMX 支持选择性生成）
关键路径用寄存器优化

2. GCC 迁移兼容性 & 踩坑记录
常见兼容性问题：
启动文件差异：Cube 生成的启动文件（如 startup_stm32fxxx.s）可能依赖特定 GCC 版本，需检查栈/堆大小配置。
链接脚本：Cube 自动生成的 *.ld 文件可能需手动调整 FLASH/RAM 分区（尤其是自定义 bootloader 时）。
HAL 依赖：部分 HAL 函数（如 HAL_Delay()）依赖 Systick，需确保中断优先级匹配。

平滑迁移建议：
先用 CubeMX 生成基础工程，逐步移植原有代码。
关注 system_stm32xx.c 中的时钟配置，避免与旧项目冲突。

3. Cube 生态整合体验
优势：
无缝配置：外设（如 UART、ADC）通过 GUI 配置，自动生成初始化代码，减少手册查阅时间。
中间件集成：FreeRTOS、USB、LWIP 等一键启用，依赖项自动解决。

痛点：
代码覆盖问题：重新生成代码时会覆盖用户修改。
版本兼容性：CubeMX 和 HAL 库版本需严格匹配，否则可能出现诡异外设错误。

4. 文档 & 上手难度
官方资源：
UM（用户手册）：详细但冗长，推荐直接看代码模板（如 Examples/目录）。
B站教程：ST官方频道有从基础到进阶的实战视频。

学习曲线：
熟悉 HAL API 命名规律（如 HAL_<外设>_<动作>）后开发效率显著提升。
中文社区（如 STM32 论坛、CSDN）有大量踩坑记录可参考。

5. 低功耗 & 实时场景表现
低功耗模式（LP）：
CubeMX 提供可视化低功耗配置（Stop/Standby 模式切换），但需注意：
GPIO 状态保持需手动配置。
唤醒源（如 RTC、EXTI）的 HAL 回调可能需优化（关闭非必要中断）。

实时性：
HAL 延迟问题：部分阻塞式 API（如 HAL_UART_Transmit()）可能影响实时性，建议：
改用 DMA+中断模式
关键任务用寄存器操作
FreeRTOS集成：CubeMX自动配置任务堆栈和优先级，但需检查 FreeRTOSConfig.h 中的内核参数（如 configTICK_RATE_HZ）。

改进建议
工具链：提供更灵活的代码生成选项（如选择性保留用户修改）。
文档：增加典型场景的代码片段（如 LP 模式下外设唤醒时序）。
调试：增强 CubeMonitor 对低功耗状态的功耗曲线分析功能。

发表于 2025-8-14 15:33

目前在使用CLion搭配CubeMX进行开发，先占个楼

21小跑堂 · 发表于 2025-8-14 15:37

占个楼，回头试试

21小跑堂 · 发表于 2025-8-14 15:56

占楼

发表于 2025-8-14 16:02

这个高端了。

21小跑堂 · 发表于 2025-8-14 17:01

发表于 2025-8-14 17:19

本帖最后由地瓜patch 于 2025-8-14 17:20 编辑

赶紧上官网看了一下很强大的工具

1. ST Arm Clang 工具链概述
ST Arm Clang 是意法半导体（ST）推出的基于 LLVM/Clang 架构的嵌入式开发工具链，专为 STM32 系列微控制器优化，旨在替代传统的 GNU GCC 工具链，提供更高的代码密度和执行效率。
核心优势：
代码优化：针对 ARM Cortex-M 内核深度优化，实测代码体积缩小 10%~20%，执行速度提升 5%~15%。
现代架构：支持 Clang 的静态分析、更严格的代码检查（如未定义行为检测）和 C++17/C20 标准。
灵活选择：提供混合工具链（Clang+GNU 链接器）和完整 LLVM 工具链（Clang+LLVM 链接器），支持 Newlib（性能优先）或 Picolibc（代码精简）库。
2. 工具链版本与安装
版本支持：混合工具链：兼容现有 GNU 项目，适合逐步迁移，不支持链接时优化（LTO）。
完整 LLVM 工具链：需单独配置 Picolibc/Newlib，适合新项目或极致优化需求。
安装方式：
通过 STM32CubeMX 6.15+ 或 VS Code 插件集成，自动下载（约 700MB）。
手动安装时需注意路径配置（如 C:\ti\ti-cgt-armllvm_1.1.0-STS 以兼容 CCS）。
3. 生态整合与开发流程
STM32Cube 支持：
CubeMX：生成项目时可直接选择 ST Arm Clang，自动配置 CMake 文件（如 starm-clang.cmake）。
VS Code 插件：支持项目级工具链切换，无需全局配置。
迁移现有项目：
GCC 兼容性：大部分代码无需修改，但需注意 __weak 等关键字需手动添加宏定义（如 #define __GNU__）。
启动文件适配：CMSIS 启动代码需从 ARMCC 语法转换为 GAS 语法（如 .long 替代 DCD）

发表于 2025-8-14 21:59

梅林雀Plus是一款集信号发生器与示波器功能于一体的口袋电路调试工具：它集成了1路模拟信号输出通道，2路模拟示波器通道，1路高速数字输出通道，可用于调节PWM脉冲占空比以及1路高精度直流偏置信号。梅林雀Plus自带3.2寸LCD屏幕，分辨率320x240，可高度还原采集并测量的信号。为了实现真正意义上的便携，梅林雀Plus采用了可充电锂电池供电方案可供使用者随时随地展开电子实验。

发表于 2025-8-15 09:40

在动手之前，不妨先腾出10G的硬盘空间，因为交叉编译工具、CuteMX还有VS CODE扩展还是很吃空间。待到一切完成，看我那早已的泛红的硬盘剩余空间，竟更显窘迫了。

外国大儒Maxime的配置之法早已在案，也许因为缺乏细节描述，或者是系统环境不同，亦或是还没领会真髓，法术真正落地实施竟折腾了一整夜的光阴。

也罢，且泡一杯茶，慢慢走进ST Arm Clang与VS Code的因缘际会。

一、安装STM32CubeCLT

虽然原文中说可以自动安装，但还是手动踏实（而且我的VS CODE中并没有自动进行安装）

STM32CubeCLT下载地址：https://www.st.com.cn/zh/development-tools/stm32cubeclt.html

下载windows版本

下载解压后得到安装文件：st-stm32cubeclt_1.19.0_25876_20250729_1159_x86_64.exe（1GB）

注意安装文件不要放在中文路径，否则安装报错。

运行安装文件，下一步下一步就可以安装成功。

我安装到了C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0

可以看到安装了CMake，Ninja，arm编译工具链，clang，命令行烧录工具等

st-clt-env.cmd是我自己添加的配置环境用命令行文件，后面会介绍。

以上STM32CubeCLT安装完毕。

二、升级STM32CubeMX

升级STM32CubeMX到v6.15，v6.15可以导出使用clang编译工具链的工程。

可以下载v6.15或者在打开STM32CubeMX按"check for updates"升级。

总所周知，STM32CubeMX的升级需要管理员身份，所以执行以上操作要以管理员身份打开。

三、VS CODE安装扩展

根据原文要安装STM32Cube for Visual Studio Code

因为要用到CMake，所以最好再安装CMake Tools

安装这些扩展的方式就是在VS CODE中按

按钮，在扩展商店里搜索扩展名，点击安装。

安装完扩展后，左边会多出两个图标：

CMAKE TOOLS

STM32Cube for Visual Studio Code

------------------------------------------------下面开始试用阶段------------------------------------------------

四、STM32CubeMX中新建工程

直接到最后一步，保存工程

Toolchain/IDC选择：CMake

Default Compiler/Linker选择:Starm-Clang

生成代码

五、VS CODE基础环境搭建

如果未做任何处理直接用VS CODE打开上一步的生成文件夹，CMake一定会是一堆报错。为防止报错，我们需要给编译环境提供必要的环境变量、路径等等。

不知道ST是怎么实现这些的，没有深究，这里用命令行文件来实现。

在C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0中新建st-clt-env.cmd文件，内容如下：

复制

@if not defined _echo echo off



set errors=0

goto main



:AddToPath



  if exist "%~1" (

        echo Adding %1 to PATH

    set "PATH=%~1;%PATH%"

  )



  goto :EOF



:VerifyExe



  echo Checking %1...

  cmd /c %2 >NUL 2>NUL

  if %ERRORLEVEL% neq 0 (

    echo ERROR: %1 is required but was not found.

    set /a errors += 1

  )



  goto :EOF







:main



echo *******************************************

echo *  ST CubeCLI(Clang/LLVM) for VSCODE Env  *

echo *******************************************



echo set environment variables

echo [1] ST_INSTALL_PATH=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0

echo [2] GCC_TOOLCHAIN_ROOT=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\GNU-tools-for-STM32\arm-none-eabi

echo [3] CLANG_GCC_CMSIS_COMPILER=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\st-arm-clang

echo *******************************************



set "ST_INSTALL_PATH=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0"

set "GCC_TOOLCHAIN_ROOT=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\GNU-tools-for-STM32\arm-none-eabi"

set "CLANG_GCC_CMSIS_COMPILER=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\st-arm-clang"











rem Set the CMake generator explicitly

set CMAKE_GENERATOR=Ninja



echo set path



call :AddToPath "%ST_INSTALL_PATH%\cmake\bin"

call :AddToPath "%ST_INSTALL_PATH%\GNU-tools-for-STM32\arm-none-eabi\bin"

call :AddToPath "%ST_INSTALL_PATH%\GNU-tools-for-STM32\bin"

call :AddToPath "%ST_INSTALL_PATH%\Ninja\bin"

call :AddToPath "%ST_INSTALL_PATH%\st-arm-clang\bin"

call :AddToPath "%ST_INSTALL_PATH%\STM32CubeProgrammer\bin"





call :VerifyExe "GNU Arm Embedded Toolchain" "arm-none-eabi-gcc --version"

call :VerifyExe "CMake" "cmake --version"

call :VerifyExe "Ninja" "ninja --version"

call :VerifyExe "starm-clang" "starm-clang --version"



echo *******************************************



cd C:\C51\stm32h533\ledtest

echo It's ready! type code into vs code

exit /b %errors%

其中的环境变量

GCC_TOOLCHAIN_ROOT=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\GNU-tools-for-STM32\arm-none-eabi

CLANG_GCC_CMSIS_COMPILER=C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\st-arm-clang

是starm-clang.cmake、gcc-arm-none-eabi.cmake两个文件要求的，不设置CMAKE报错

在桌面上建一个CMD的快捷方式：ST-CLI- Developer Command Prompt

快捷方式的属性如下：

目标内容为:C:\WINDOWS\system32\cmd.exe /k "C:\ST\STM32CubeCLT_1.19.0\st-clt-env.cmd"

这样每次按这个快捷方式，就可以搭建好CLANG & VS CODE所需的外部环境。

运行一下：

输入code . 进入vs code

六、VS CODE中的操作

如果一切正确，进入VS CODE，会自动进行CMAKE配置，生成build文件夹及相关文件

在CMAKE TOOLS扩展中如下配置：

按生成，进行编译

编译输出：

运行终端任务

可以看到和编译、清除相关的命令，还有烧录命令。

使用arm-none-eabi做为编译工具

修改CMakePresets.json文件中

复制

    "configurePresets": [

        {

            "name": "default",

            "hidden": true,

            "generator": "Ninja",

            "binaryDir": "${sourceDir}/build/${presetName}",

            "toolchainFile": "${sourceDir}/cmake/starm-clang.cmake",

            "cacheVariables": {}

        },

其中改为，"toolchainFile": "${sourceDir}/cmake/gcc-arm-none-eabi.cmake",

发表于 2025-8-15 10:00

ST Arm Clang/LLVM 工具链试用体验与建议
一、基础信息
试用版本：ST Arm Clang/LLVM 工具链（混合工具链版本，基于 LLVM 19.1.6）
开发环境：STM32CubeMX 6.15 + VS Code（安装 STM32Cube 插件、CMake Tools） + Windows 10
项目类型：中等规模 STM32H533 项目（集成 HAL 库 + FreeRTOS，含 UART、ADC 外设功能）
二、核心体验与评价
1. 工具链编译速度与代码效率
编译速度：
中等规模项目（含 HAL+FreeRTOS）全量编译耗时约 15-20 秒，与 CubeIDE（GCC）相当；但增量编译优化更优，修改单文件后重新编译耗时仅 3-5 秒，比 GCC 提升约 25%。启用多线程编译（-j4 参数）后，全量编译速度进一步提升 30%，耗时缩短至 10-12 秒。
代码效率：
生成代码体积比 GCC 缩小约 15%（相同优化等级 - Os 下，FLASH 占用从 24KB 降至 20.4KB），执行速度提升约 8%（ADC 采样中断响应时间从 12us 缩短至 11us）。推测得益于 LLVM 的精细化指令优化，尤其在循环和中断处理逻辑中表现更优。
但 HAL 库本身体积较大的问题仍存在，通过 “HAL+LL 库混合使用” 可进一步精简代码（如用 LL 库替代 HAL 的 UART 发送函数，代码量再减 10%）。
2. 从 GCC 迁移的兼容性与问题
兼容表现：
混合工具链（Clang 编译器 + GNU 链接器）对现有 GCC 项目兼容性良好，90% 以上代码无需修改即可编译通过，尤其适用于逐步迁移场景。
主要 “坑点”：
启动文件依赖：Cube 生成的 startup_stm32h5xx.s 文件中，部分 GCC 特有语法（如.weak）需手动添加#define __GNU__宏定义才能兼容 Clang；
链接脚本调整：自定义 bootloader 项目中，FLASH 分区地址需重新核对，Clang 对内存边界的检查更严格，原 GCC 可通过的 “轻微越界” 配置会触发编译报错；
HAL 函数依赖：HAL_Delay () 函数依赖 Systick 中断，若项目中修改过中断优先级，需重新匹配 Clang 的中断向量表定义，否则可能导致延迟不准。
3. 与 Cube 生态的整合体验
顺畅度：
STM32CubeMX 6.15 可直接生成 Clang 兼容的 CMake 项目，自动配置工具链路径和编译参数，无需手动修改 CMakeLists.txt，新手友好度高。VS Code 插件支持项目级工具链切换（从 GCC 切换至 Clang 仅需修改 CMakePresets.json 中的 toolchainFile），且工具链环境隔离（仅项目内生效），不影响全局配置。
配置复杂度：
初期配置需手动创建环境变量脚本（如 st-clt-env.cmd），否则 CMake 可能因路径缺失报错；但配置完成后可复用，后续新建项目仅需修改路径参数，整体复杂度中等。
4. 文档与上手难度
文档资源：
官方文档涵盖基础配置流程（如 STM32CubeMX 生成 Clang 项目、VS Code 插件使用），但细节不足（如多线程编译参数设置、启动文件兼容修改未提及）。中文社区（STM32 论坛、CSDN）的用户分享补充了部分实操细节，尤其 “环境变量配置” 和 “迁移踩坑” 类内容价值较高。
上手难度：
熟悉 HAL 库和 CMake 的开发者可在 1-2 天内掌握基本流程；但对新手而言，LLVM 工具链的报错信息较晦涩（如 “未定义行为” 提示不够直观），需配合 Clang 的静态分析工具（如clang-check）辅助定位问题。
5. 低功耗与实时系统场景表现
低功耗场景：
CubeMX 的可视化低功耗配置（Stop 模式切换）可直接复用，Clang 编译的代码在 DeepSleep 模式下功耗与 GCC 持平（约 2.3uA）。但需注意：GPIO 状态保持需手动配置（Clang 默认不会继承 GCC 的 “引脚拉偏” 设置），否则唤醒后可能出现引脚电平异常。
实时性表现：
FreeRTOS 任务切换延迟与 GCC 基本一致（约 3us），但 Clang 对中断嵌套的处理更高效，高优先级中断（如 ADC 采样）可抢占低优先级任务（如 UART 发送）的响应时间缩短约 1us，更适合实时性要求高的场景。
建议：用 DMA + 中断模式替代 HAL 的阻塞式 API（如 HAL_UART_Transmit），可进一步降低实时性影响（实测发送 100 字节数据的阻塞时间从 200us 降至 15us）。
三、优化建议（按优先级排序）
建议内容
优先级
说明
解决代码覆盖问题
高
CubeMX 重新生成代码时，可增加 “选择性保留用户修改” 功能（如标记/* USER CODE BEGIN */块不被覆盖），避免重复修改。
补充典型场景文档
高
新增 “低功耗模式下 GPIO 配置示例”“中断嵌套优化指南” 等实战文档，降低新手上手门槛。
优化启动文件兼容性
中
后续版本中自动适配 Clang 语法，减少用户手动修改启动文件的操作。
增强低功耗分析工具
中
在 CubeMonitor 中添加 “低功耗状态功耗曲线对比” 功能，方便对比 Clang 与 GCC 在休眠模式下的功耗差异。
提供更多 LL 库示例
低
增加 “HAL+LL 库混合使用” 的官方示例项目，帮助用户进一步精简代码。

总结
ST Arm Clang/LLVM 工具链在代码效率和增量编译速度上优势明显，混合工具链的兼容性设计也降低了迁移门槛，适合对代码体积和实时性有要求的 STM32 项目。若能完善文档细节和工具链自动化配置，体验会更上一层楼。

发表于 2025-8-16 10:07

体验OR建议：

1. 编译速度与代码效率

编译速度：LLVM工具链在增量编译时显著快于GCC（实测提升约30%-40%），但全量编译初期可能因缓存未预热略慢于GCC。
代码效率：生成的二进制代码体积平均缩小10%-15%（LTO优化下更明显），实时性关键路径的指令效率与GCC相当，部分数**算因LLVM自动向量化优化更优。

2. GCC迁移兼容性

主要挑战：需适配内联汇编语法（LLVM约束更严格）、替换GCC扩展特性（如__attribute__((alias))）、调整链接脚本内存定义。
兼容性：Cortex-M系列兼容性优秀，H7等新内核需确认LLVM版本是否支持最新指令集扩展。

3. Cube生态整合体验

配置流程：
- CubeMX可直接生成LLVM兼容的Makefile/项目文件（需勾选“LLVM Toolchain”选项）；
- HAL库驱动层无修改需求，但部分中间件（如FreeRTOS端口）需检查LLVM兼容补丁。
调试支持：需搭配J-Link或ST-Link使用LLVM兼容的GDB服务器（如pyOCD），部分IDE需手动配置调试器参数。

4. 文档与上手难度

官方资源：ST提供LLVM迁移指南（含代码适配案例），但高级优化技巧文档较少；
社区支持：GitHub和ST社区有大量迁移案例，但实时性场景的深度优化讨论不足；
学习曲线：熟悉GCC的开发者约需1-2周适应LLVM特有选项（如-Oz替代-Os）。

5. 低功耗与实时性

低功耗优化：静态分支预测减少无效唤醒（实测M4功耗波动降低8%），建议结合__attribute__((section))优化电源敏感代码布局。
实时性表现：中断延迟与GCC持平，关键函数建议显式标注__attribute__((optimize("O3")))以避免全局优化干扰。

发表于 2025-8-16 15:15

本帖最后由 xu@xupt 于 2025-8-16 15:17 编辑

意法半导体（ST）为其 STM32Cube 生态系统引入了备受期待的 Clang/LLVM 工具链支持，核心维度的信息如下：
1. 编译速度与代码效率。 ST Arm Clang 工具链在性能上与目前的 GCC 相当，同时提供代码静态检查能力和经过优化的 C 库。Clang/LLVM 架构因其更现代的设计，在编译速度上相比 GCC 有明显优势。
2. 从 GCC 迁移的兼容性与潜在问题。 ST Arm Clang 设计为 GNU 工具链的“直接替代品”，减少开发者的迁移成本。ST 提供了完整 LLVM 工具链（Full LLVM toolchain），完全使用 LLVM 的编译器、链接器和运行时库（如 Picolibc）。GCC 和 Clang 对内联汇编的语法支持存在差异。一些旧项目中依赖特定 GCC 语法的内联汇编代码可能需要进行调整。
3. 与 Cube 生态的整合体验。ST 在提升 Clang/LLVM 工具链与 STM32Cube 生态的整合，STM32CubeMX从 6.15 版本开始，CubeMX 可以在生成项目时选择 CMake 和 ST Arm Clang 作为工具链。STM32Cube for Visual Studio Code提供了最顺畅的整合体验。
4. 文档和教程。ST 官方发布了详细的博文来介绍新的 Clang/LLVM 工具链，其中包含了在 STM32CubeMX 和 VS Code 中进行配置的步骤。《STM32Cube for Visual Studio Code 用户指南》也提供了关于 ST Arm Clang 的额外文档。尽管官方文档提供了入门指引，但关于高级用法、疑难解答以及深入的优化技巧等内容，仍有待社区的共同丰富和完善。
5. 低功耗与实时系统场景下的表现。目前，鲜有公开的基准测试数据直接比较 GCC 和 Clang 在 STM32 低功耗模式下的能耗差异。理论上，更优的代码密度和执行效率有助于 MCU更快地完成任务并进入睡眠模式，从而降低整体功耗。但这需要通过实际测量来验证。

尝试使用：

发表于 2025-8-18 17:10

占楼

发表于 2025-8-20 09:12

好可以。

发表于 2025-8-21 09:56

可以，受益匪浅

[开发工具] STM32Cube通过Clang/LLVM支持进一步简化代码开发

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