arm scatter loading的剖析及应用

1、ARM Scatter-Loading 的应用 2008-04Team MCUZone文档创建。ARM Scatter-Loading的应用-基于A T91SAM7S64与keilTeam MCUZone 本文简述如何在AT91SAM7S64(以下简称为S64上使用ARM scatter-loading将代码加载到RAM中运行,完成对片上flash的编程。相关代码使用realviewMDK中所带的realview工具链进行编译,重点在scatter loader。一,准备工作1.安装软件对于S64之类的基于ARM的MCU,选用Realview MDK (keil是个不错的选择,其所带的real

2、view工具链比较强大。遗憾的是,新版本的keil(到2008年4月不支持RDI接口,只能使用ulink进行调试。如果确实需要使用RDI工具调试,可以安装realview2.2。使用RV Debugger调试keil生成的axf文件。下面是realview MDK 3.20的版本说明: 工具链是realview 3.1的版本。2.安装调试器及相关软件根据使用的仿真器,安装好仿真器的驱动,以及对应的软件。比如使用ulink,那么接上PC就会自动安装驱动,因为在安装keil的时候就有驱动。如果使用jlink这类仿真器,那么就要安装对应的软件。具体可以参考相关产品的使用说明。3.获取ARM scat

3、ter loader的相关文档RealView® Compilation Tools Linker and Utilities Guide (ARM DUI 0206HARM Application Note 48 Scatter Loading (ARM DAI 0048A二,ARM Scatter-Loading简介1.ARM linkerARM linker将编译生成的.o文件与必要的库函数连接成一个可执行的image,也就是最终在目标板上运行的文件。在生成image(也被称作映像文件时,ARM linker(连接器就需要知道下述信息:1分组信息,决定如何将各输入段组织成相应的

4、输出段和域2定位信息,决定各域在存储空间中的起始地址根据image的复杂程度,可以采用两种方法告诉linker这些相关信息。对于image中地址映射关系比较简单的情况,可以使用命令行(与IDE中的相关选项等价,具体可以参考ARM linker的文档;对于image中的地址映射关系比较复杂的情况,可以使用一个配置文件,该文件被称为scatter file。2.Scatter FileScatter文件是一个文本文件,它可以用来描述ARM linker生成image是需要的信息。具体来说,在scatter文件中可以指定下列信息:1各个加载时域(load region的加载时起始地址(load ad

5、dress和最大尺寸 2各个加载时域的属性3从每个加载时域中分割出的运行时域 4各个运行时域的运行时起始地址(execution address和最大尺寸5各个运行时域的存储访问特性6各个运行时域的属性7各个运行时域中包含的输入段编写Scatter文件时需要遵循BNF语法。里面关键字的也在ARM linker的文档中有提及。三,S64的flash编程1.S64简介S64是A TMEL推出的基于ARM7TDMI的微控制器(MCU。具有64KB片上flash, 16KB片上RAM。详细信息请参考其数据手册。2.S64的flash由于S64的flash只有一个plain,那么当试图编程片上flash

6、时,就不能够运行flash 上的代码。为了达到在运行时编程flash的目的,必须将操作flash的代码放置到RAM 里运行。根据数据手册,在对flash的操作过程中,必须要遵循如下几点:1 Flash必须以page为单位操作,大小取决于flash,S64是每个page 128字节。2 Flash在编程之前必须执行擦除操作,这个操作在S64上可以选择为自动完成。3 对内部flash的buffer进行操作时,必须以字(32bit,4字节为单位。3.S64的flash应用由于S64的page size小,可以使用片上flash作为小批量数据的存储介质,当作片上EEPROM使用。下面的例子将演示操作f

7、lash的过程,相关代码运行于RAM。四,编译代码1. 建立工程运行keil,建立一个新的工程,目标器件选择S64,当keil提示可以为工程添加启动代码时,选择否,本工程不采用keil提供的启动代码,而是采用自定义的代码来完成。工程建立完,需要做相关的设置。首先选择目标器件为S64: 设置频率等参数: 注意当前选择的是ARM模式。在工程文件下建立一个文件夹,用于保存编译的目标文件,比如output, Name of Executable就是编译最后生成的文件的文件名字。选择编译器的相关输出的文件夹,也可以指定到output: 建议选择所有输出,这其中的map文件很重要,可以看到代码连接的相关信

8、息。User选项卡内可以设置一些用户操作,keil会在相关时段执行这些操作,比如下面的设置: 就会在build完成后自动运行两个用户命令,一个完成bin文件的生成,一个完成axf文件代码大小的显示。在下方的build窗口可看到效果。C/C+窗口可以指定C/C+编译器的一些参数,比如优化级别,常量定义(define,头文件路径(Include Paths,用户也可以指定命令行参数(Misc Controls: ASM选项卡用来指定汇编器的相关参数: 使用Scatter-loading需要设置好Linker选项卡: 具体上来说,就是不选择Use Memory Layout from Target

9、Dialog,然后指定一个Scatter File,Misc Controls里面可以输入一些link的参数。设置完成后可以编写或者添加相关的代码到工程。2. Scatter-Loading文件编写方便起见,可以将scatter file添加到工程里面,如下: 注意这样添加近来的文件将会被编译,而目前的scatter file还不需要被编译处理,因此需要修改其属性: 将文件类型改成txt: 确定后,文件上的编译处理箭头消失: Scatter file 的具体内容如下: 整个imgae只有一个load region,也就是说在代码还没运行的时候,image在flash 上是连续存放的: 而在代码

10、运行时,其内存分布看上去应该如下: 一部分代码在flash上运行,一部分代码在RAM里运行。注意:由于此时flash上的代码并没有擦除,因此flash上还能看到和加载的时候一样的代码存放,只是其它的和运行无关,因此图上没有再标出。可以想象到,RAM在开机时没有代码,要让代码在RAM里面运行,就必须有一个copy的过程,否则当调用flash.o中的代码时,PC跳到RAM内执行,会由于取不到正确的代码而abort。这个copy的过程可以在启动代码中完成,因为link会输出相关段的信息。上面两幅图中标识了link提供的一些段的符号信息。根据这些信息,可以书写如下的copy代码: 可以看到,在获得了相

11、关段的地址后,代码的工作就是复制数据而已。Debug选项卡里可以设置debug的相关信息: 可以指定一个初始化文件,以在debug之前完成一些配置,如上图的ROMstart.ini。Utilities选项卡里面可以设置flash编程工具,注意勾选Update Target before Debugging,这样可以在debug之前自动更新flash。 3. 编译代码在写好代码框架后,可以先行编译,剔除语法错误,build成功后就会在output文件夹下输出map文件,从这个文件就可以看到image的各方面信息,包括符号的地址,各段的地址以及段的大小。 从上面的输出可以看到相关代码在内存中的分布

12、。Flash.o中的代码被置于RAM中: 五,调试代码编写代码完成,编译后将代码下载到flash。如果采用ulink调试,那么在keil下面可以直接将代码下载到flash。如果采用不带下载功能的仿真器,必须先使用第三方工具将代码下载到flash中,比如SAM-BA。下面以使用RVD中的调试为例,说明调试的过程。在keil中调试直接选择debug即可,具体请参考本站的ulink说明文档。六,一些事项1当在无OS的裸机上开发程序时,初始化运行环境的代码很重要,比如:各种模式堆栈指针的初始化;将代码和RW data从ROM拷贝到RAM;初始化.bss段(zeroinitialized空间等。此时会有大量的内存操作,如果enable了Cache,那么在拷贝完代码之后,一定要invalidate ICache和flush DCache。否则将会出现缓存中的代码或数据与内存中的不一致,程序跑飞。2对硬件的操作要小心。很多寄存器值都是被硬件改变的,读写时,要保证确实访问到它的地址。首先,在C语言代码中声明为volatile变量,以防止内存读写被编译器优化掉;另外,设置好TLB,使得寄存器映射的地址空间不被缓存。总之,需要保证cache中的数据和主内存中的一致性。3程序员应当很清楚自己的程序中,那里有大量的运算,哪里有无数的循环或递归,而这正是Cache的用武之地,将这些空间进行缓存将大大提高运