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分散加载文件浅析

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楼主
janewood|  楼主 | 2024-6-26 19:05 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。

在这里插入图片描述


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:

在这里插入图片描述


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    }}

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沙发
LEDyyds| | 2024-6-27 16:12 | 只看该作者
为何需要分散加载

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板凳
suncat0504| | 2024-6-29 09:57 | 只看该作者
本帖最后由 suncat0504 于 2024-6-29 10:25 编辑

学习了。谢谢分享。

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地板
tpgf| | 2024-7-1 12:15 | 只看该作者
分散加载文件是所有厂商的单片机都支持的吗

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5
heimaojingzhang| | 2024-7-1 12:51 | 只看该作者
分散加载文件的优点都有哪些呢

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6
keaibukelian| | 2024-7-1 13:34 | 只看该作者
都是可以使用哪些方式实现分散加载文件呢

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7
wakayi| | 2024-7-1 14:19 | 只看该作者
该可以指定生成映像文件时Code、RO-Data、RW-DATA、ZI-DATA数据的存放地址。

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8
paotangsan| | 2024-7-1 22:21 | 只看该作者
在 scatterfile 中可以为每一个代码或数据区在装载和执行时指定不同的存储区域地 址

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