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什么是分散加载文件
分散加载文件(scatter file)是一个文本文件,它的作用是可以用于描述 ARM 链接器生成映像文件所需要的信息。
如果不使用 scatter file 文件来指定,那么 ARM 链接器会按照默认的方式来生成映像文件,但是对于某些应用场景来说,我们希望能够将一些数据放在指定的位置,这个时候,分散加载文件就发挥其作用了。
何时进行分散加载
在之前的一篇文章 MCU 是如何从上电复位运行到 main 函数的?中详细叙述了MCU运行到 main 函数之前所做的操作。简而言之,主要做了如下三个工作:
堆栈以及堆的初始化
定位中断向量表
调用 Reset Handler
下图列出了ARM Cortex M4系列芯片的一个启动流程,厂商不一样,会存在细微的差别。
由上述启动流程可以看到,分散加载操作是在 __main() 函数内部完成的,紧接着,就运行 C 语言运行环境初始化 & C Library 的初始化。
分散加载的原理
在理解分散加载的原理之前,需要明白以下几个概念:
Code: 为程序代码部分
RO-Data: 表示程序定义的常量及const型数据
RW-Data:表示已经初始化的静态变量,变量有初值
ZI-Data: 表示未初始化的静态变量,变量无初值
除此之外,因为分散加载的机制是将不同代码放在不同的存储空间,因此还需要了解代码的映像文件的基本概念。ARM 映像文件其实就是源文件经编译器生成的目标文件 .obj(object file)和相应的 C/C++ 运行时库( Runtime Library )经过连接器的处理后,生成的 axf 格式的映像文件,它可以直接烧录到目标设备的 ROM 中直接运行或加载后运行。映像文件的组成如下所示:
映像文件的组成
由上图可以知道,映像文件由域(区)、输出段(节)和输入段(节)的层次结构组成:
输入段:输入段包含代码、初始化数据,或描述未初始化的或在映像执行之前必须设定为 0 的内存片段。这些特性通过 RO 、 RW 和 ZI 这样的属性来表示。
输出段:一个输出段由若干个具有相同 RO 、 RW 或 ZI 属性的相邻输入段组成。输出段的属性与组成它的输入段的属性相同 。
域:一个域由一个、两个或者三个相邻的输出段组成。区中的输出段根据其属性排序。首先是 RO 输出段,然后是 RW 输出段,最后是 ZI 输出段。域通常映射到物理内存设备,如 ROM 、 RAM 或外围设备。
ARM 映像文件各组成部分在存储系统中的地址有两种:
装载域
运行域
在一个简单的嵌入式计算机系统中,存储器一般分为ROM和RAM。链接器生成的映像被分为“Read-Only”段和“Read-Write”段(包含已初始化数据和未初始化数据)。通常来说,在程序下载的时候,他们会被下载到ROM上,而在程序开始执行的时候,Read-Write段会从ROM被Copy到RAM,下面就是这个加载过程的示意图。
装载域和运行域示意图
以上只是一个简单的例子,但是在比较复杂的嵌入式系统中,其存储器往往还包括ROM,SRAM,DRAM,FLASH等等,这个时候就需要分散加载文件了。
分散加载的语法
分散加载文件主要由一个加载时域(区)和多个运行时域(区)组成,其大致结构如下图所示:
本次先介绍一种简单的情况,一个Cortex M3系列的微控制器有Flash和RAM资源如下所示:
Flash基址:0x00000000,大小256KB;
RAM基址:0x10000000,大小32KB
那么分散加载文件可以这么写:
LR_IROM1 0x00000000 0x00040000 ;定义一个加载域,域基址为0x00000000,大小为0x00040000 { ;对应着实际的 Flash 的大小 ER_IROM1 0x00000000 0x00040000 ;定义一个运行域,第一个运行域必须和加载域起始地址相同 { *.o(RESER,+First) ;将RESET最先加载到本域的起始地址,即RESET的起始地址为0 .ANY(+RO) ;加载所有匹配目标文件的只读属性数据,包含:Code,RW-Data } RW_IRAM1 0x10000000 0x00008000 ;定义一个运行时域,域基址为0x10000000,域大小为 0x00008000 { *(+RW+ZI) ;加载所有匹配目标文件的RW-Data,ZI-Data } }
审核编辑:刘清
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