痞子衡嵌入式:在MDK开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法
大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是在MDK开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法。
这个关键函数重定向到 RAM 中执行系列文章,痞子衡已经写过 《IAR篇》、《MCUXpresso IDE篇》,今天一鼓作气把 Keil MDK 篇也写了,做个全家桶。
把 Keil MDK 放到最后来写,其实痞子衡是有用意的。第一篇写 IAR,我们基本上是要纯手工改链接文件。第二篇写 MCUXpresso IDE,我们除了手工改链接文件,也在利用它的链接文件配置自动生成功能。现在到了 Keil MDK,这个 IDE 其实跟 MCUXpresso IDE 一样也支持链接文件配置自动生成,但是具体功能设计上有各有千秋,今天我们就来了解下:
- Note: 本文使用的 Keil uVision 软件版本是 v5.31.0.0。
一、准备工作
为了便于描述后面的函数重定向方法实现,我们先做一些准备工作,选定的硬件平台是恩智浦 MIMXRT1170-EVK,主芯片内部有2MB RAM,外挂了 16MB Flash 和 2 片 32MB SDRAM。这些存储设备在芯片系统中映射地址空间如下:
NOR Flash: 0x30000000 - 0x30FFFFFF (16MB) ITCM RAM: 0x00000000 - 0x0003FFFF (256KB) DTCM RAM: 0x20000000 - 0x2003FFFF (256KB) OCRAM: 0x20200000 - 0x2037FFFF (1.5MB) SDRAM: 0x80000000 - 0x83FFFFFF (64MB)
我们随便选择一个测试例程:\SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\mdk,其中 flexspi_nor 工程是最典型的代码链接场景(见 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 文件),全部的 readonly 段分配在 0x30000000 - 0x30FFFFFF 空间(在 Flash 中),全部的 readwrite 段分配在 0x20000000 - 0x2003FFFF 空间(在 DTCM 中)。链接文件精简如下:
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 { VECTOR_ROM 0x30002000 FIXED 0x00000400 { * (.isr_vector,+FIRST) } ER_m_text 0x30002400 FIXED 0x00FFDC00 { * (InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 { .ANY (+RW +ZI) } ARM_LIB_HEAP +0 EMPTY 0x00000400 { } ARM_LIB_STACK 0x20040000 EMPTY -0x00000400 { } }
现在我们再创建一个新源文件 critical_code.c 用于示例关键函数,将这个源文件添加进 hello_world_demo_cm7.uvprojx 工程里,critical_code.c 文件中只有如下三个测试函数(它们在 main 函数里会被调用):
void critical_func1(uint32_t n) { PRINTF("Arg = %d .\r\n", n); } void critical_func2(uint32_t n) { PRINTF("Arg * 2 = %d .\r\n", 2 * n); } void critical_func3(uint32_t n) { PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n); }
编译链接修改后的工程,然后查看其映射文件(hello_world_demo_cm7.map)找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下,显然 critical ad8 _code.c 中的三个函数都会被链在 Flash 空间里(均在 .text 段里)。
=============================================================================== Image Symbol Table Global Symbols Symbol Name Value Ov Type Size Object(Section) critical_func1 0x30005429 Thumb Code 28 critical_code.o(.text.critical_func1) critical_func2 0x30005449 Thumb Code 32 critical_code.o(.text.critical_func2) critical_func3 0x30005469 Thumb Code 36 critical_code.o(.text.critical_func3) =============================================================================== Memory Map of the image Execution Region ER_m_text (Exec base: 0x30002400, Load base: 0x30002400, Size: 0x00003b68, Max: 0x00fbdc00, ABSOLUTE, FIXED) Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x30005428 0x30005428 0x0000001c Code RO 17 .text.critical_func1 critical_code.o 0x30005444 0x30005444 0x00000004 PAD 0x30005448 0x30005448 0x00000020 Code RO 19 .text.critical_func2 critical_code.o 0x30005468 0x30005468 0x00000024 Code RO 21 .text.critical_func3 critical_code.o 0x3000548c 0x3000548c 0x00000004 PAD =============================================================================== Image component sizes Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Object Name 96 56 0 0 0 903 critical_code.o
二、重定向到RAM中方法
我们现在要做的事就是将 critical_code.c 文件中的函数重定向到 RAM 里执行,原链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 中指定的是 DTCM 来存放 readwrite 段,那我们就尝试将关键函数放到 DTCM 里(如需改到 ITCM、OCRAM、SDRAM,方法类似)。
2.1 自定义section指定函数 - 针对单个函数
第一种方法是用 __attribute__((section("UserSectionName"))) 语法来修饰函数定义,将其放到自定义程序段里。这种方法主要适用重定向单个关键函数,比如我们将 critical_func1() 函数放到名为 .criticalFunc 的自定义段里:
__attribute__((section(".criticalFunc"))) void critical_func1(uint32_t n) { PRINTF("Arg = %d .\r\n", n); } void critical_func2(uint32_t n) { PRINTF("Arg * 2 = %d .\r\n", 2 * n); } void critical_func3(uint32_t n) { PRINTF("Arg * 3 = %d ad8 .\r\n", 3 * n); }
然后在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里将这个自定义的 section .criticalFunc 也放进 RW_m_data 执行域中:
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 { ; ... RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 { .ANY (+RW +ZI) * (.criticalFunc) ;添加 .criticalFunc 段 ; 第二种写法:*.o (.criticalFunc) } ; ... }
编译链接修改后的工程,然后查看其映射文件(hello_world_demo_cm7.map)找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下,此时 critical_func1() 已经被放到自定义段 .criticalFunc 里,并且这个段被 MDK 底层链接器链接到了 RAM 里(RW_m_data 执行域空间)。
=============================================================================== Image Symbol Table Global Symbols Symbol Name Value Ov Type Size Object(Section) critical_func1 0x20000001 Thumb Code 28 critical_code.o(.criticalFunc) critical_func2 0x30005429 Thumb Code 32 critical_code.o(.text.critical_func2) critical_func3 0x30005449 Thumb Code 36 critical_code.o(.text.critical_func3) =============================================================================== Memory Map of the image Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30005f60, Size: 0x00000078, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE) Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x20000000 0x30005f60 0x0000001c Code RO 17 .criticalFunc critical_code.o Execution Region ER_m_text (Exec base: 0x30002400, Load base: 0x30002400, Size: 0x00003b60, Max: 0x00fbdc00, ABSOLUTE, FIXED) Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x30005428 0x30005428 0x00000020 Code RO 19 .text.critical_func2 critical_code.o 0x30005448 0x30005448 0x00000024 Code RO 21 .text.critical_func3 critical_code.o 0x3000546c 0x3000546c 0x00000004 PAD =============================================================================== Image component sizes Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Object Name 96 56 0 0 0 903 critical_code.o
2.2 自定义section指定函数 - 针对同一文件里的多个函数
第二种方法是利用 #pragma 语法来修饰函数定义(注 ad0 意 AC5 编译器 Armcc 和 AC6 编译器 Armclang 语法不太一样),将同一源文件里紧挨在一起的多个关键函数放到自定义段里。比如我们将 critical_func1() 和 critical_func2() 函数放到名为 .criticalFunc 的自定义段里:
- Note: 这种方法一般情况下不太推荐,代码可移植性较差。
#pragma clang section text = ".criticalFunc" // 适用 AC6 编译器(范围开始) //#pragma arm section code = ".criticalFunc" // 适用 AC5 编译器(范围开始) void critical_func1(uint32_t n) { PRINTF("Arg = %d .\r\n", n); } void critical_func2(uint32_t n) { PRINTF("Arg * 2 = %d .\r\n", 2 * n); } #pragma clang section text = "" // 适用 AC6 编译器(范围结束) //#pragma arm section code // 适用 AC5 编译器(范围结束) void critical_func3(uint32_t n) { PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n); }
然后也是同样在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里将这个自定义的 section .criticalFunc 也放进 RW_m_data 执行域中:
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 { ; ... RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 { .ANY (+RW +ZI) * (.criticalFunc) ;添加 .criticalFunc 段 } ; ... }
编译链接修改后的工程,然后查看其映射文件(hello_world_demo_cm7.map)找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下,此时 critical_func1/2() 均已经被放到自定义段 .criticalFunc 里,并且这个段被 MDK 底层链接器链接到了 RAM 里(RW_m_data 执行域空间)。
=============================================================================== Image Symbol Table Global Symbols Symbol Name Value Ov Type Size Object(Section) critical_func1 0x20000001 Thumb Code 28 critical_code.o(.criticalFunc) critical_func2 0x20000021 Thumb Code 32 critical_code.o(.criticalFunc) critical_func3 0x30005429 Thumb Code 36 critical_code.o(.text.critical_func3) =============================================================================== Memory Map of the image Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30005f50, Size: 0x0000009c, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE) Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x20000000 0x30005f50 0x00000040 Code RO 17 ad8 .criticalFunc critical_code.o Execution Region ER_m_text (Exec base: 0x30002400, Load base: 0x30002400, Size: 0x00003b4c, Max: 0x00fbdc00, ABSOLUTE, FIXED) Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x30005428 0x30005428 0x00000024 Code RO 19 .text.critical_func3 critical_code.o 0x3000544c 0x3000544c 0x00000004 PAD =============================================================================== Image component sizes Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Object Name 100 60 0 0 0 887 critical_code.o
2.3 针对源文件中全部函数
前两种重定向方法都是针对具体函数的(如果是多个关键函数分散在多个文件里,按方法逐一添加修饰当然也行),但如果某个库源文件特别多,并且我们希望将这些源文件里函数全部重定向到 RAM 里,有没有更便捷的方法呢?当然有!
我们现在将 critical_code.c 文件里全部函数都重定向,只需要在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里做如下修改:
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 { ; ... RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 { .ANY (+RW +ZI) critical_code.o (+RO +RW +ZI) ;添加 critical_code.o 全部目标 } ; ... }
编译链接修改后的工程,然后查看其映射文件(hello_world_demo_cm7.map)找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下,此时 critical_func1/2/3() 都链接在 RAM 里了。
=============================================================================== Image Symbol Table Global Symbols Symbol Name Value Ov Type Size Object(Section) critical_func1 0x20000001 Thumb Code 28 critical_code.o(.text.critical_func1) critical_func2 0x20000021 Thumb Code 32 critical_code.o(.text.critical_func2) critical_func3 0x20000041 Thumb Code 36 critical_code.o(.text.critical_func3) =============================================================================== Memory Map of the image Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30005f30, Size: 0x000000c0, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE) Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x20000000 0x30005f30 0x0000001c Code RO 17 .text.critical_func1 critical_code.o 0x2000001c 0x30005f4c 0x00000004 ad8 PAD 0x20000020 0x30005f50 0x00000020 Code RO 19 .text.critical_func2 critical_code.o 0x20000040 0x30005f70 0x00000024 Code RO 21 .text.critical_func3 critical_code.o =============================================================================== Image component sizes Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Object Name 96 56 0 0 0 903 critical_code.o
三、链接文件自动生成功能
第二节里介绍的方法都是基于用户自己提供的链接文件,如果想启动 MDK 的链接文件自动生成功能,需要在工程 Option / Linker 里将 Use Memory Layout from Target Dialog 选项勾选上,这时候用户提供的 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 文件就失效了,MDK 会自动生成一个名为 hello_world_demo_cm7.sct 的链接文件。
自动生成的 hello_world_demo_cm7.sct 链接文件配置非常简单,在工程 Option / Target 里有 Read/Only Memory Areas 和 Read/Write Memory Areas 指定,这里仅简单提供了 RO 和 RW 段空间指定设置,没有关于用户自定义段的单独设置。
不过比较特色的是,在 MDK 里可以单独为某个文件指定 Memory Assignment,这样我们也能跟 2.3 节里的方法一样实现整个文件里的函数重定向。
四、启动文件中拷贝过程
三种函数重定向方法都介绍完了,不知道你是否曾有过这样的疑问,这些关键函数机器码到底是什么时候怎么从 Flash 中拷贝到 RAM 里的?这要从工程启动文件 startup_MIMXRT1176_cm7.S 谈起。在复位函数 Reset_Handler 的最后调用了 MDK 内置函数 __main,这个函数中隐藏着玄机,我们可以在 ARM CMSIS 库中找到该函数原型,顺着原型你应该可以发现其中的奥秘。
Reset_Handler: cpsid i .equ VTOR, 0xE000ED08 ldr r0, =VTOR ldr r1, =__Vectors str r1, [r0] ldr r2, [r1] msr msp, r2 ldr r0,=SystemInit blx r0 cpsie i ldr r0,=__main bx r0
至此,在MDK开发环境 1044 下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~
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