keil分散加载文件浅析

[导读]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。

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
    }
}