1?

ARM映像文件組成

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，一般是bin文件或者h(yuǎn)ex文件，可以直接燒錄到ROM中執(zhí)行（一般是內(nèi)部FLASH），這個(gè)文件稱為可執(zhí)行映像文件（image file）。

映像文件一般由域組成，域最多由三個(gè)輸出段組成(RO，RW，ZI)組成，輸出段又由輸入段組成。所謂域，指的就是整個(gè)映像文件所處在的區(qū)域，它又分為加載域和運(yùn)行域。我們輸入的代碼，一般有代碼部分和數(shù)據(jù)部分，這就是所謂的輸入段，經(jīng)過(guò)編譯后就變成了映像文件中的RO段和RW段，還有所謂的ZI段，這就是輸出段。

加載域：映像文件被靜態(tài)存放的工作區(qū)域。

運(yùn)行域：程序運(yùn)行起來(lái)的存儲(chǔ)區(qū)域。

程序在存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)，RO段及RW段都被保存在ROM區(qū)。

當(dāng)程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，內(nèi)核直接從 ROM 中讀取代碼，并且在執(zhí)行主體代碼前，會(huì)先執(zhí)行一段加載代碼，它把 RW 段數(shù)據(jù)從 ROM 復(fù)制到 RAM，并且在 RAM加入 ZI 段，ZI 段的數(shù)據(jù)都被初始化為 0。加載完后 RAM 區(qū)準(zhǔn)備完畢，正式開(kāi)始執(zhí)行主體程序。

2?

分散加載機(jī)制

分散加載機(jī)制允許開(kāi)發(fā)者為代碼或數(shù)據(jù)變量在加載和執(zhí)行時(shí)指定不同的存儲(chǔ)空間，通知鏈接器把程序的某一部分鏈接在存儲(chǔ)器的某個(gè)地址空間。

2.1 何時(shí)使用分散加載

實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)通常需要分散加載，這些系統(tǒng)使用ROM、RAM和內(nèi)存映射的外設(shè)。通常需要分散加載的情況如下:

1）復(fù)雜內(nèi)存映射：

必須放置在許多不同內(nèi)存區(qū)域的代碼和數(shù)據(jù)需要詳細(xì)的指令來(lái)說(shuō)明在內(nèi)存空間中放置這些部分的位置。

2）不同類型的內(nèi)存：

許多系統(tǒng)包含各種物理存儲(chǔ)設(shè)備，如FLASH、ROM、SDRAM和快速SRAM。分散加載描述可以將代碼和數(shù)據(jù)與最合適的內(nèi)存類型相匹配。例如，中斷代碼可以放在快速的SRAM中以改善中斷響應(yīng)時(shí)間，但不常用的配置信息可以放在較慢的閃存中。

3）內(nèi)存映射的外設(shè)：

分散加載描述可以將數(shù)據(jù)段放置在內(nèi)存映射中的精確地址上，以便可以訪問(wèn)內(nèi)存映射的外設(shè)。

4）函數(shù)在固定位置：

即使周?chē)膽?yīng)用程序已被修改和重新編譯，也可以將函數(shù)放置在內(nèi)存中的相同位置。這對(duì)于跳轉(zhuǎn)表的實(shí)現(xiàn)很有用。

5）使用符號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)堆和堆棧：

在鏈接應(yīng)用程序時(shí)，可以為堆和堆棧位置定義符號(hào)。

2.2 怎么使用分散加載

1）對(duì)于具有簡(jiǎn)單內(nèi)存映射（僅有SRAM和ROM）的image文件，可以僅使用鏈接器命令行選項(xiàng)或scatter文件來(lái)指定內(nèi)存映射。下圖顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的內(nèi)存映射:

2）對(duì)于具有復(fù)雜內(nèi)存映射（具有DRAM、SRAM、ROM2、ROM1等）的image文件，不能僅使用鏈接器命令行選項(xiàng)指定內(nèi)存映射，需要使用scatter文件。下圖顯示了一個(gè)復(fù)雜的內(nèi)存映射:

3?

分散加載文件說(shuō)明

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。如果不使用分散加載文件來(lái)指定，那么 ARM 鏈接器會(huì)按照默認(rèn)的方式來(lái)生成映像文件。Keil的分散加載主要是通過(guò) .sct 文件實(shí)現(xiàn)的，鏈接器根據(jù) .sct 文件的配置分配各個(gè)段區(qū)地址，生成分散加載代碼。

編寫(xiě)分散加載文件中可以指定下列信息：

1）各個(gè)加載域的加載起始地址、最大尺寸和屬性。

2）各個(gè)加載域中包含的輸出段。

3）各個(gè)運(yùn)行域的運(yùn)行起始地址、最大尺寸、存儲(chǔ)訪問(wèn)特性和屬性。

4）各個(gè)運(yùn)行域中包含的輸入段。

一個(gè)Scatter文件包含若干個(gè)加載域，一個(gè)加載域包含若干個(gè)輸出段，一個(gè)輸出段由若干個(gè)具有相同屬性的輸入段組成。

4?

分散加載文件語(yǔ)法

Scatter文件是一個(gè)文本文件，使用BNF語(yǔ)法來(lái)描述ARM鏈接器生成映像文件時(shí)所需要的信息。

BNF符號(hào)與語(yǔ)法：

" ：由雙引號(hào)標(biāo)識(shí)的符號(hào)保持其字面原意，如A”+”B表示A+B。

A ::= B ：定義A為B。

[A] ：用來(lái)表示可選部分，如A[B]C表示ABC或AC。

A+ ：用來(lái)表示A可以重復(fù)任意次，如A+表示A，AA，AAA，......

A* ：同A+。

A | B ：用來(lái)表示選擇其一，不能全選。如A|B表示A或者B。

(AB) ：表示一個(gè)整體，通常其他符號(hào)一起使用，如(AB)+(C|D)表示ABC，ABD，ABABC，ABABD，......

一個(gè)Scatter文件包含一個(gè)或多個(gè)加載區(qū)域，每個(gè)加載區(qū)域可以包含一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行區(qū)域。下圖顯示了典型的Scatter文件的組成結(jié)構(gòu):

4.1 加載域描述

加載域可以包含一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行域。

加載域描述的語(yǔ)法如下:

load_region_description::=
load_region_name(base_address|("+"offset))[attribute_list][max_size]
"{"
execution_region_description+
"}"

1）load_region_name：命名加載區(qū)域。你可以使用帶引號(hào)的名字。只有在使用任何與區(qū)域相關(guān)的鏈接器定義的符號(hào)時(shí)，該名稱才區(qū)分大小寫(xiě)。

2）base_address：指定區(qū)域內(nèi)對(duì)象的鏈接地址。base_address必須滿足加載區(qū)域的對(duì)齊約束。

3）+offset：描述基址，該基址在前面的加載區(qū)域的末尾以外偏移字段。偏移量的值必須是0取4的模。如果這是第一個(gè)加載區(qū)域，那么+offset表示基址從零開(kāi)始偏移字段。如果使用+offset，則加載區(qū)域可能會(huì)從前一個(gè)加載區(qū)域繼承某些屬性。

4）attribute_list：指定加載區(qū)域內(nèi)容的屬性。

5）max_size：指定加載區(qū)域的最大大小。這是在進(jìn)行任何解壓縮或零初始化之前加載區(qū)域的大小。如果指定了可選的max_size值，那么如果分配給該區(qū)域的字段超過(guò)max_size, armlink將生成一個(gè)錯(cuò)誤。

6）execution_region_description：指定執(zhí)行區(qū)域的名稱、地址和內(nèi)容。

4.2 執(zhí)行域描述

執(zhí)行域指定在運(yùn)行時(shí)將輸入段放置在目標(biāo)內(nèi)存中的位置。

執(zhí)行域描述的語(yǔ)法如下:

execution_region_description::=
exec_region_name(base_address|"+"offset)[attribute_list][max_size|length]
"{"
input_section_description*
"}"

1）exec_region_name：命名執(zhí)行區(qū)域。你可以使用帶引號(hào)的名字。只有在使用任何與區(qū)域相關(guān)的鏈接器定義的符號(hào)時(shí)，該名稱才區(qū)分大小寫(xiě)。

2）base_address：指定區(qū)域內(nèi)對(duì)象的鏈接地址。Base_address必須與字對(duì)齊。

注意：在執(zhí)行區(qū)域上使用ALIGN會(huì)導(dǎo)致加載地址和執(zhí)行地址對(duì)齊。

+offset：描述一個(gè)基址，該基址在前面執(zhí)行區(qū)域的末尾以外偏移字段。偏移量的值必須是0取4的模。如果這是加載區(qū)的第一個(gè)執(zhí)行區(qū)，則+offset表示基址在包含加載區(qū)的基址之后開(kāi)始偏移字段。如果使用+offset，則執(zhí)行區(qū)域可能會(huì)從父加載區(qū)域繼承某些屬性，或者從同一加載區(qū)域內(nèi)的前一個(gè)執(zhí)行區(qū)域繼承某些屬性。

4）attribute_list：指定執(zhí)行區(qū)域內(nèi)容的屬性。

5）max_size：對(duì)于標(biāo)記為EMPTY或FILL的執(zhí)行區(qū)域，max_size值被解釋為該區(qū)域的長(zhǎng)度。否則，max_size值將被解釋為執(zhí)行區(qū)域的最大大小。

6）-length：只能與EMPTY一起使用，表示在內(nèi)存中增長(zhǎng)的堆棧。如果長(zhǎng)度為負(fù)值，則base_address被視為該區(qū)域的結(jié)束地址。

7）input_section_description：指定輸入段的內(nèi)容。

4.3 輸入段描述

輸入段描述指定將哪些輸入段加載到執(zhí)行區(qū)域。

輸入段描述的語(yǔ)法是:

input_section_description::=
module_select_pattern["("input_section_selector(","input_section_selector)*")"]
input_section_selector::="+"input_section_attr
|input_section_pattern
|input_section_type
|input_symbol_pattern
|section_properties

1）module_select_pattern：

一種由文本構(gòu)成的模式。當(dāng)module_select_pattern匹配以下選項(xiàng)之一時(shí)，輸入段匹配模塊選擇器模式:

包含該段的目標(biāo)文件的名稱。

庫(kù)成員的名稱(不帶前導(dǎo)路徑名)。

提取部分的庫(kù)的全名(包括路徑名)。如果名稱包含空格，請(qǐng)使用通配符以簡(jiǎn)化搜索。

例如，使用*libname來(lái)匹配C:lib dirlibname.lib。

通配符 * 匹配零個(gè)或多個(gè)字符，? 匹配任意單個(gè)字符。匹配不區(qū)分大小寫(xiě)，即使在文件命名區(qū)分大小寫(xiě)的主機(jī)上也是如此。使用 *.o 匹配所有對(duì)象，使用 * 來(lái)匹配所有的目標(biāo)文件和庫(kù)?？梢允褂脦б?hào)的文件名，例如”file one.o”。

在一個(gè)Scatter文件中不能有兩個(gè) * 選擇器。但是可以使用兩個(gè)修改過(guò)的選擇器，例如*A和*B，并且可以將. any選擇器與*模塊選擇器一起使用。*模塊選擇器的優(yōu)先級(jí)高于.any。如果文件中包含*選擇器的部分被刪除，則. any選擇器將變?yōu)榛顒?dòng)的。

2）input_section_attr：

與輸入部分屬性匹配的屬性選擇器。每個(gè)input_section_attr后面跟著一個(gè)+。選擇器不區(qū)分大小寫(xiě)，可以識(shí)別以下選擇器：

RO-CODE

RO-DATA

RO，同時(shí)選擇RO-CODE和RO-DATA

RW-DATA

RW-CODE

RW，同時(shí)選擇RW-CODE和RW-DATA

XO

ZI

ENTRY，包含入口點(diǎn)的部分。

可以識(shí)別以下同義詞:

CODE代表RO-CODE

CONST代表RO-DATA

TEXT代表RO

DATA代表RW

BSS代表ZI

可以識(shí)別以下偽屬性:

FIRST

LAST

如果放置順序很重要，則使用FIRST和LAST標(biāo)記執(zhí)行區(qū)域中的第一部分和最后一部分。例如，如果特定的輸入部分必須在區(qū)域中位于第一個(gè)，并且包含校驗(yàn)和的輸入部分必須位于最后。

FIRST和LAST必須不違反基本屬性排序順序。例如，F(xiàn)IRST RW放在任何只讀代碼或只讀數(shù)據(jù)之后。

一個(gè)執(zhí)行區(qū)域只能有一個(gè)FIRST或一個(gè)LAST屬性，并且它必須遵循一個(gè)input_section_selector。例如:

*(section, +FIRST) 這種模式是正確的。

*(+FIRST, section) 此模式不正確，并產(chǎn)生錯(cuò)誤消息。

3）input_section_pattern：

一種模式，不區(qū)分大小寫(xiě)，與輸入段名匹配。它是由文字構(gòu)成的。通配符 * 匹配0個(gè)或多個(gè)字符，而 ? 匹配任何單個(gè)字符?？梢允褂脦б?hào)的輸入段名。

如果使用多個(gè)input_section_pattern，請(qǐng)確保在不同的執(zhí)行區(qū)域中沒(méi)有重復(fù)的模式，以避免歧義錯(cuò)誤。

4）input_section_type：

與輸入段類型進(jìn)行比較的數(shù)字。支持十進(jìn)制或十六進(jìn)制。

5）input_symbol_pattern：

可以通過(guò)該段定義的全局符號(hào)名選擇輸入段。全局名稱能夠使你從部分鏈接的對(duì)象中選擇具有相同名稱的單個(gè)段。

6）section_properties：

section屬性可以是+FIRST、+LAST和OVERALIGN值。OVERALIGN的值必須是2的正冪，且必須大于或等于4。

5?

如何打開(kāi).sct文件

在Options for Targets->Linker界面，Keil默認(rèn)選擇了“Use Memory Layout from Target Dialog”，勾掉復(fù)選框里面的對(duì)號(hào)，就可以使用自己定義的分散加載文件。

6?

練習(xí)

根據(jù)前面介紹的語(yǔ)法編輯 .sct文件，將函數(shù)和數(shù)據(jù)放到指定地址：

1）在LR_ROM加載域中定義2個(gè)執(zhí)行域RW_RAM1、RW_RAM2：

RW_RAM1基地址為0x20001000，域大小為0x400，將TEST_FUNCTION_ADDR段最先加載到本域的起始地址。

RW_RAM2基地址為0x20001400，域大小為0x400，將TEST_DATA_ADDR段最先加載到本域的起始地址。

LR_ROM__RO_BASE__RO_SIZE{;loadregionsize_region
ER_ROM__RO_BASE__RO_SIZE{;loadaddress=executionaddress
*.o(RESET,+First)
*(InRoot$$Sections)
;*(Veneer$$CMSE);uncommentforsecureapplications
.ANY(+RO)
.ANY(+XO)
}

RW_RAM__RW_BASE__RW_SIZE{;RWdata
.ANY(+RW+ZI)
}

RW_RAM10x200010000x400{;RWdata
*.o(TEST_FUNCTION_ADDR,+First)
}

RW_RAM20x200014000x400{;RWdata
*.o(TEST_DATA_ADDR,+First)
}

#if__HEAP_SIZE>0
ARM_LIB_HEAP__HEAP_BASEEMPTY__HEAP_SIZE{;Reserveemptyregionforheap
}
#endif

ARM_LIB_STACK__STACK_TOPEMPTY-__STACK_SIZE{;Reserveemptyregionforstack
}
}

2）使用__attribute__((section("section_name"))) 定義函數(shù)和數(shù)據(jù)如下：

（表示將函數(shù)或數(shù)據(jù)放入指定名為"section_name"的段）

uint32_ttest_data__attribute__((section("TEST_DATA_ADDR")));
voidtest_function(void)__attribute__((section("TEST_FUNCTION_ADDR")));

3）調(diào)用上述函數(shù)和數(shù)據(jù)：

intmain(void)
{
test_function();

while(1)
{
test_data++;
if(test_data>=1000)
{
test_data=0;
}
}
}

編譯后查看map文件中內(nèi)存映射部分：

TEST_FUNCTION_ADDR段對(duì)應(yīng)的執(zhí)行域基地址為0x20001000，TEST_DATA_ADDR段對(duì)應(yīng)的執(zhí)行域基地址為0x20001400，和在Scatter文件定義一致，即將函數(shù)和數(shù)據(jù)放到了指定地址。

7?

小結(jié)

分散加載文件（scatter file）是一個(gè)文本文件，用于描述 ARM 鏈接器生成映像文件所需要的信息，在一些應(yīng)用場(chǎng)景中嵌入式系統(tǒng)可能會(huì)使用分散加載。本章節(jié)簡(jiǎn)要介紹了分散加載文件的基本概念和語(yǔ)法，旨在對(duì)分散加載文件有初步認(rèn)識(shí)，具體內(nèi)容可以參考官方文檔或查閱資料進(jìn)行詳細(xì)了解。

審核編輯：劉清