STM32-MAP文件分析

1万 · 2024-6-28 11:10

MDK编译生成文件简介
MDK 编译工程，会生成一些中间文件（如 .axf、 .crf、 .d、 .dep、.hex、 .lnp、 .lst、 .o、 .htm、 bulild_log.htm 和.map等），最终生成 hex 文件,编译过程产生的所有文件，都存放在 Output 文件夹下

■ .o
可重定向 1对象文件，每个源文件（.c/.s 等）编译都会生成一个.o 文件
它是由编译器编译.c/.s 文件时所产生的可重定向对象文件，其文件名同.c/.s 文件一模一样，只是后缀为.o。所以，我们看到.o 就应该想到与之对应的.c 或者.s 文件，我们在分散加载里面经常会用到.o 文件。

■ .axf
由 ARMCC 编译生产的可执行对象文件，不可重定向 2（绝对地址）
多个.o 文件链接生成.axf 文件，我们在仿真的时候，需要用到该文件,
由 armlink 链接器，将整个工程参与编译的.o 文件链接成一个可执行对象文件，它是不可重定向的。有了该文件，我们就可以用仿真器来下载到 MCU 进行仿真调试了。
注意：各类仿真器，在进行下载调试的时候，都是使用的.axf 文件。

■ .hex
Intel Hex 格式文件，可用于下载到 MCU， .hex 文件和.bin 文件由.axf 文件转换而来可执行的对象文件
.hex 文件和.bin 文件的区别是： .bin 文件不含地址信息，全部都是可执行代码；而.hex 文件则是包含地址信息的可自行代码。
我们在使用 ISP 软件进行程序下载的时候，
一般使用的是.hex 文件，由 ISP 软件解析.hex 文件包含的地址信息来实现程序下载。而我们在进行 BootLoader 升级的时候，一般使用.bin 文件，地址由 Bootloader 程序指定。

■ .crf
交叉引用文件，包含浏览信息（定义、标识符、引用）

■ .d
由 ARMCC/GCC 编译生产的依赖文件（.o 文件所对应的依赖文件）
每个.o 文件，都有一个对应的.d 文件

■ .dep
整个工程的依赖文件

■ .lnp
MDK 生成的链接输入文件，用于命令输入

■ .lst
C 语言或汇编编译器生成的列表文件

■ .map
连接器生成的列表文件/MAP 文件，该文件对我们非常有用！

■ .build_log.htm
最近一次编译工程时的日志记录文件

■ .htm 文件
链接生成的列表文件
它是编译器在编译代码的时候生成的一个列表文件，包含了整个工程的静态调用图，最大的用处就是可以查看栈深度（最小深度），方便设置栈大小。
它是编译器在编译代码的时候生成的一个列表文件，包含了整个工程的静态调用图，最大的用处就是可以查看栈深度（最小深度），方便设置栈大小。 .htm 文件可以直接由浏览器打开（双击打开）。 .htm 文件包含两部分内容：
1，整个工程最大栈（Stack）深度及其调用关系
我们打开：新建工程例程→Output→atk_h750.htm 文件（双击，注意：必须整个工程编译一遍，才会生成 atk_h750.htm 文件，否则是找不到这个文件的！），可以看到如图 1.2 所示：

可以看到，例程的最大栈深度是 416 字节，最大栈深时的调用关系为： __rt_entry_main⇒ main ⇒ sys_stm32_clock_init ⇒AL_RCC_ClockConfig ⇒ HAL_InitTick ⇒HAL_NVIC_SetPriority ⇒ __NVIC_SetPriority。

不过需要注意的是，这里的最大栈深度仅仅是最低要求（静态栈），因为它并没有统计无栈深的函数（用内存管理）、递归函数、以及无法追踪的函数（函数指针）等所包含的栈（Stack）。
不过它给我们指明了最低需求，我们在分配栈深度的时候，就可以参考这个值来做设置，一般不低于静态栈的2倍。我们例程默认设置的栈深(Stack_Size)为0X800（通过.s文件设置），

2，各个函数的栈深及其调用关系
.htm 文件还给出了每个函数所使用的栈深度以及其调用关系，如图 1.3 所示：

上图给出了 sys_stm32_clock_init 函数的最大栈深度及其调用关系，并且列出了其所调用的函数及其所被调用的函数。

■ .map 文件
对我们编程非常有帮助，是本文档重点要给大家介绍的，因此另起一节，进行重点说明。
其他文件类型及说明，请大家参考： MDK→help→uVision Help→B. File Types，如图 1.3所示：

■ map文件分析
map 文件是编译器链接时生成的一个文件，它主要包含了交叉链接信息。通过.map 文件，我们可以知道整个工程的函数调用关系、 FLASH 和 RAM 占用情况及其详细汇总信息，能具体到单个源文件（.c/.s）的占用情况，根据这些信息，我们可以对代码进行优化。

.map 文件可以分为以下 5 个组成部分：
1，程序段交叉引用关系（Section Cross References）
2，删除映像未使用的程序段（Removing Unused input sections from the image）
3，映像符号表（Image Symbol Table）
4，映像内存分布图（Memory Map of the image）
5，映像组件大小（Image component sizes）

接下来，我们将分三个部分对 map 文件进行详细介绍：
1， map 文件的 MDK 设置
2， map 文件的基础概念
3， map 文件的组成部分说明

■ map 文件的 MDK 设置
■ 1. 要生成 map 文件在 Listing 选项卡里面
要生成 map 文件，我们需要在 MDK 的魔术棒→Listing 选项卡里面，进行相关设置，如图 2.1.1 所示：

中红框框出的部分就是我们需要设置的，默认情况下， MDK 这部分设置就是全勾选的，如果我们想取消掉一些信息的输出，则取消相关勾选即可（一般不建议）。

■ 2. Keil5 中打开.map 文件
双击工程目标 LED（不同工程名字可能不一样），打开.map 文件。

■ map 文件的基础概念
为了更好的分析 map 文件，我们先对需要用到的一些基础概念进行一个简单介绍，相关概念如下：

■ 1. Section：程序段
描述映像文件的代码或数据块，我们简称程序段

■ 2. RO： Read Only 的缩写，
包括只读数据（RO data）和代码（RO code）两部分内容，占用 FLASH 空间

■ 3. RW： Read Write 的缩写，
包含可读写数据（RW data，有初值，且不为 0），占用 FLASH（存储初值）和 RAM（读写操作）

■ 4. ZI： Zero initialized 的缩写，
包含初始化为 0 的数据（ZI data），占用 RAM 空间。

■ 5. .text：相当于 RO code
■ 6. .constdata：相当于 RO data
■ 7. .bss：相当于 ZI data
■ 8. .data：相当于 RW data
■ map 文件的组成部分说明
■ 1. 程序段交叉引用关系（Section Cross References）
这部分内容描述了各个文件（.c/.s 等）之间函数（程序段）的调用关系，

main.o(i.main) refers to sys.o(i.sys_stm32_clock_init) for sys_stm32_clock_init，表示：
main.c文件中的main函数，调用了sys.c中的sys_stm32_clock_init函数。
其中：
i.main 表示 main 函数的入口地址
i.sys_stm32_clock_init 表示sys_stm32_clock_init 的入口地址。

■ 2. 删除映像未使用的程序段（Removing Unused input sectionsfrom the image）
这部分内容描述了工程中由于未被调用而被删除的冗余程序段（函数/数据），

例如 main.c 中没有调用到的rev16_text 等文件将被移除。

另外，在最后还有一个统计信息： 361 unused section(s) (total 43234 bytes) removed fromthe image. 表示总共移除了 361 个程序段（函数/数据），大小为 43234 字节。即给我们的MCU 节省了 43234 字节的程序空间。

为了更好的节省空间，我们一般在 MDK→魔术棒→C/C++选项卡里面勾选： One ELFSection per Function，如图 2.1.2.2 所示：

■ 3. 映像符号表（Image Symbol Table）
映像符号表（Image Symbol Table）描述了被引用的各个符号（程序段/数据）在存储器中的存储地址、类型、大小等信息。
映像符号表分为两类：本地符号（Local Symbols）和全局符号（Global Symbols）。

■ 3.1 本地符号（Local Symbols）地址和大小
记录了用 static 声明的全局变量地址和大小， c 文件中函数的地址和用 static 声明的函数代码大小，汇编文件中的标号地址（作用域：限本文件）

图中红框框处部分，表示 sys.c 文件中的 sys_stm32_clock_init 函数的入口地址为：0x08002bc8，类型为： Section（程序段），大小为 0。因为： i. sys_stm32_clock_init 仅仅表示 sys_stm32_clock_init 函数入口地址，并不是指令，所以没有大小。
在全局符号段，会列出sys_stm32_clock_init 函数的大小。

■ 3.2 全局符号（ Global Symbols）地址和大小
全局符号（Global Symbols）记录了全局变量的地址和大小， C 文件中函数的地址及其代码大小，汇编文件中的标号地址（作用域：全工程），全局符号如图 2.1.3.2.1 所示：

图中红框框处部分
表示 sys.c 文件中的 sys_stm32_clock_init 函数的入口地址为：0x08002bc9，类型为： Thumb Code（程序段），大小为 344 字节。

注意，此处Local Symbols：的地址用的 0x080003e8，和Global Symbols： 0x080003e9地址不符，这是因为ARM 规定 Thumb 指令集的所有指令，其最低位必须为 1， 0x080003e9= 0x080003e8+ 1，所以才会有 2 个不同的地址，且总是差 1，实际上就是同一个函数。

Local Symbols：

Global Symbols：

■ 4. 映像内存分布图（ Memory Map of the image）
映像文件分为加载域（ Load Region）和运行域（ Execution Region）
一个程序可以有多个加载域, 一个加载域必须有至少一个运行域（可以有多个运行域）。
加载域为映像程序的实际存储区域，而运行域则是 MCU 上电后的运行状态。加载域和运行域的简化关系（这里仅表示一个加载域的情况）

由图可知， RW 区也是存放在 ROM（FLASH）里面的，在执行 main 函数之前， RW（有初值且不为 0 的变量）数据会被拷贝到 RAM 区，同时还会在 RAM 里面创建 ZI 区（初始化为 0 的变量）。

如 sys_stm32_clock_init 函数：该函数在 ER_m_stmflash 运行域；入口地址为： 0X0800 2BC8；大小为： 0X168 字节；是 sys.c里面的函数。了解这些信息，对我们分析及优化程序非常有用。

■ 5. 映像组件大小（Image component sizes）
映像组件大小（Image component sizes）给出了整个映像所有代码（.o）占用空间的汇总信息，对我们比较有用，

① 处，表示.c/.s 文件生成对象所占空间大小（单位：字节，下同），即.c/.s 文件编译后所占代码空间的大小。
每个项所代表的意义如下：

(incl.Generated)：表示链接器生产的映像内容大小，它包含在 Object Totals 里面了，这里仅仅是单独列出，我们一般不需要关心。
(incl.Padding）：表示链接器根据需要插入填充以保证字节对齐的数据所占空间的大小，它也包含在 Object Totals 里面了，这里单独列出，一般无需关心。

② 处，表示被提取的库成员（ .lib）添加到映像中的部分所占空间大小。
各项意义同①中的说明。我们一般只用看 Library Totals 来分析库所占空间的大小即可。

③ 处，表示本工程全部程序汇总后的占用情况。其中：