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[導讀]分散加載文件(scatter file)是一個文本文件,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。

什么是分散加載文件

分散加載文件(scatter file)是一個文本文件,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 鏈接器會按照默認的方式來生成映像文件,但是對于某些應用場景來說,我們希望能夠將一些數(shù)據放在指定的位置,這個時候,分散加載文件就發(fā)揮其作用了。

何時進行分散加載

在之前的一篇文章 MCU 是如何從上電復位運行到 main 函數(shù)的?中詳細敘述了MCU運行到 main 函數(shù)之前所做的操作。簡而言之,主要做了如下三個工作:

  • 堆棧以及堆的初始化

  • 定位中斷向量表

  • 調用 Reset Handler

下圖列出了ARM Cortex M4系列芯片的一個啟動流程,廠商不一樣,會存在細微的差別。

在這里插入圖片描述


由上述啟動流程可以看到,分散加載操作是在 __main() 函數(shù)內部完成的,緊接著,就運行 C 語言運行環(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

  • RW-Data:表示已經初始化的靜態(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,因為分散加載的機制是將不同代碼放在不同的存儲空間,因此還需要了解代碼的映像文件的基本概念。ARM 映像文件其實就是源文件經編譯器生成的目標文件 .obj(object file)和相應的 C/C++ 運行時庫( Runtime Library )經過連接器的處理后,生成的 axf 格式的映像文件,它可以直接燒錄到目標設備的 ROM 中直接運行或加載后運行。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))的層次結構組成:

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

  • 輸出段:一個輸出段由若干個具有相同 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:一個域由一個、兩個或者三個相鄰的輸出段組成。區(qū)中的輸出段根據其屬性排序。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存設備,如 ROM 、 RAM 或外圍設備。

ARM 映像文件各組成部分在存儲系統(tǒng)中的地址有兩種:

  • 裝載域

  • 運行域

在一個簡單的嵌入式計算機系統(tǒng)中,存儲器一般分為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)據和未初始化數(shù)據)。通常來說,在程序下載的時候,他們會被下載到ROM上,而在程序開始執(zhí)行的時候,Read-Write段會從ROM被Copy到RAM,下面就是這個加載過程的示意圖。

裝載域和運行域示意圖


以上只是一個簡單的例子,但是在比較復雜的嵌入式系統(tǒng)中,其存儲器往往還包括ROM,SRAM,DRAM,F(xiàn)LASH等等,這個時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加載時域(區(qū))和多個運行時域(區(qū))組成,其大致結構如下圖所示:

在這里插入圖片描述


本次先介紹一種簡單的情況,一個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 ;定義一個加載域,域基址為0x00000000,大小為0x00040000 {                                     ;對應著實際的 Flash 的大小
    ER_IROM1 0x00000000 0x00040000 ;定義一個運行域,第一個運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)                     ;加載所有匹配目標文件的只讀屬性數(shù)據,包含:Code,RW-Data
    }

    RW_IRAM1 0x10000000 0x00008000 ;定義一個運行時域,域基址為0x10000000,域大小為 0x00008000 {
        *(+RW+ZI)                   ;加載所有匹配目標文件的RW-Data,ZI-Data
    }
}

總結

上述就是關于分散加載的敘述,所舉的例子比較簡單,在后續(xù)的文章中,將針對于其較為復雜的應用進行闡述,歡迎關注wenzi嵌入式軟件公眾號~


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