keil分散加載文件淺析

什么是分散加載文件

分散加載文件（scatter file）是一個(gè)文本文件，它的作用是可以用于描述 ARM 鏈接器生成映像文件所需要的信息。

如果不使用 scatter file 文件來指定，那么 ARM 鏈接器會(huì)按照默認(rèn)的方式來生成映像文件，但是對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)景來說，我們希望能夠?qū)⒁恍?shù)據(jù)放在指定的位置，這個(gè)時(shí)候，分散加載文件就發(fā)揮其作用了。

何時(shí)進(jìn)行分散加載

在之前的一篇文章 MCU 是如何從上電復(fù)位運(yùn)行到 main 函數(shù)的？中詳細(xì)敘述了MCU運(yùn)行到 main 函數(shù)之前所做的操作。簡(jiǎn)而言之，主要做了如下三個(gè)工作：

堆棧以及堆的初始化

定位中斷向量表

調(diào)用 Reset Handler

下圖列出了ARM Cortex M4系列芯片的一個(gè)啟動(dòng)流程，廠商不一樣，會(huì)存在細(xì)微的差別。

由上述啟動(dòng)流程可以看到，分散加載操作是在 __main() 函數(shù)內(nèi)部完成的，緊接著，就運(yùn)行 C 語言運(yùn)行環(huán)境初始化 & C Library 的初始化。

分散加載的原理

在理解分散加載的原理之前，需要明白以下幾個(gè)概念：

Code: 為程序代碼部分

RO-Data: 表示程序定義的常量及const型數(shù)據(jù)

RW-Data:表示已經(jīng)初始化的靜態(tài)變量，變量有初值

ZI-Data: 表示未初始化的靜態(tài)變量，變量無初值

除此之外，因?yàn)榉稚⒓虞d的機(jī)制是將不同代碼放在不同的存儲(chǔ)空間，因此還需要了解代碼的映像文件的基本概念。ARM 映像文件其實(shí)就是源文件經(jīng)編譯器生成的目標(biāo)文件 .obj（object file）和相應(yīng)的 C/C++ 運(yùn)行時(shí)庫（ Runtime Library ）經(jīng)過連接器的處理后，生成的 axf 格式的映像文件，它可以直接燒錄到目標(biāo)設(shè)備的 ROM 中直接運(yùn)行或加載后運(yùn)行。映像文件的組成如下所示：

映像文件的組成

由上圖可以知道，映像文件由域（區(qū)）、輸出段（節(jié)）和輸入段（節(jié)）的層次結(jié)構(gòu)組成：

輸入段：輸入段包含代碼、初始化數(shù)據(jù)，或描述未初始化的或在映像執(zhí)行之前必須設(shè)定為 0 的內(nèi)存片段。這些特性通過 RO 、 RW 和 ZI 這樣的屬性來表示。

輸出段：一個(gè)輸出段由若干個(gè)具有相同 RO 、 RW 或 ZI 屬性的相鄰輸入段組成。輸出段的屬性與組成它的輸入段的屬性相同 。

域：一個(gè)域由一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)相鄰的輸出段組成。區(qū)中的輸出段根據(jù)其屬性排序。首先是 RO 輸出段，然后是 RW 輸出段，最后是 ZI 輸出段。域通常映射到物理內(nèi)存設(shè)備，如 ROM 、 RAM 或外圍設(shè)備。

ARM 映像文件各組成部分在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的地址有兩種：

裝載域

運(yùn)行域

在一個(gè)簡(jiǎn)單的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器一般分為ROM和RAM。鏈接器生成的映像被分為“Read-Only”段和“Read-Write”段（包含已初始化數(shù)據(jù)和未初始化數(shù)據(jù)）。通常來說，在程序下載的時(shí)候，他們會(huì)被下載到ROM上，而在程序開始執(zhí)行的時(shí)候，Read-Write段會(huì)從ROM被Copy到RAM，下面就是這個(gè)加載過程的示意圖。

裝載域和運(yùn)行域示意圖

以上只是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，但是在比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，其存儲(chǔ)器往往還包括ROM，SRAM，DRAM，F(xiàn)LASH等等，這個(gè)時(shí)候就需要分散加載文件了。

分散加載的語法

分散加載文件主要由一個(gè)加載時(shí)域（區(qū)）和多個(gè)運(yùn)行時(shí)域（區(qū)）組成，其大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：

本次先介紹一種簡(jiǎn)單的情況，一個(gè)Cortex M3系列的微控制器有Flash和RAM資源如下所示：

Flash基址：0x00000000,大小256KB；

RAM基址：0x10000000,大小32KB

那么分散加載文件可以這么寫：

LR_IROM1 0x00000000 0x00040000        ;定義一個(gè)加載域，域基址為0x00000000,大小為0x00040000
{                                     ;對(duì)應(yīng)著實(shí)際的 Flash 的大小
    ER_IROM1 0x00000000 0x00040000    ;定義一個(gè)運(yùn)行域，第一個(gè)運(yùn)行域必須和加載域起始地址相同
    {
        *.o(RESER,+First)             ;將RESET最先加載到本域的起始地址，即RESET的起始地址為0
        .ANY(+RO)                     ;加載所有匹配目標(biāo)文件的只讀屬性數(shù)據(jù)，包含：Code,RW-Data
    }

    RW_IRAM1 0x10000000 0x00008000    ;定義一個(gè)運(yùn)行時(shí)域，域基址為0x10000000,域大小為 0x00008000
    {
        *（+RW+ZI）                   ;加載所有匹配目標(biāo)文件的RW-Data,ZI-Data
    }
}

總結(jié)

上述就是關(guān)于分散加載的敘述，所舉的例子比較簡(jiǎn)單，在后續(xù)的文章中，將針對(duì)于其較為復(fù)雜的應(yīng)用進(jìn)行闡述，歡迎關(guān)注wenzi嵌入式軟件公眾號(hào)~