MDK的編譯過程及檔案類型全解——（四）

前言：

為了友善檢視部落格，特意申請了一個公衆号，附上二維碼，有興趣的朋友可以關注，和我一起讨論學習，一起享受技術，一起成長。

本文轉載自：第48章 MDK的編譯過程及檔案類型全解—零死角玩轉STM32-F429系列

1. sct分散加載檔案的格式與應用

1.1 sct分散加載檔案簡介

當工程按預設配置建構時，MDK 會根據我們選擇的晶片型号，獲知晶片的内部 FLASH 及内部 SRAM 存儲器概況，生成一個以工程名命名的字尾為 .sct 的分散加載檔案 (Linker Control File，scatter loading)，連結器根據該檔案的配置配置設定各個節區位址，生成分散加載代碼，是以我們通過修改該檔案可以定制具體節區的存儲位置。

例如：

（1）可以設定源檔案中定義的所有變量自動按位址配置設定到外部 SDRAM，這樣就不需要再使用關鍵字 “__ attribut e__” 按具體位址來指定了；

（2）利用它還可以控制代碼的加載區與執行區的位置，例如可以把程式代碼存儲到機關容量價格便宜的 NAND-FLASH 中，但在 NAND-FLASH 中的代碼是不能像内部 FLASH 的代碼那樣直接提供給核心運作的，這時可通過修改分散加載檔案，把代碼加載區設定為 NAND-FLASH 的程式位置，而程式的執行區設定為 SDRAM 中的位置，這樣連結器就會生成一個配套的分散加載代碼，該代碼會把 NAND-FLASH 中的代碼加載到 SDRAM 中，核心再從 SDRAM 中運作主體代碼，大部分運作 Linux 系統的代碼都是這樣加載的。

1.2 分散加載檔案的格式

************************************************************

 ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***

 ; *************************************************************

 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; 注釋:加載域，基位址空間大小

 ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; 注釋:加載位址 = 執行位址

 *.o (RESET, +First)

 *(InRoot$$Sections)

 .ANY (+RO)

 }

 RW_IRAM1 0x20000000 0x00030000 { ; 注釋:可讀寫資料

 .ANY (+RW +ZI)

 }

 }


           

在預設的 sct 檔案配置中僅配置設定了 Code、RO-data、RW-data 及 ZI-data 這些大區域的位址，連結時各個節區(函數、變量等)直接根據屬性排列到具體的位址空間。

sct 檔案中主要包含描述加載域及執行域的部分，一個檔案中可包含有多個加載域，而一個加載域可由多個部分的執行域組成。同等級的域之間使用花括号 “{}” 分隔開，最外層的是加載域，第二層 “{}” 内的是執行域，其整體結構如下圖：

1.2.1 加載域

//方括号中的為選填内容

 加載域名 (基位址 | ("+"位址偏移)) [屬性清單] [最大容量]

 "{"

 執行區域描述+

 "}"
           

配合前面分散加載檔案内容，各部分介紹如下：

（1） 加載域名： 名稱，在 map 檔案中的描述會使用該名稱來辨別空間。如本例中隻有一個加載域，該域名為 LR_IROM1。

（2） 基位址+位址偏移： 這部分說明了本加載域的基位址，可以使用+号連接配接一個位址偏移，算進基位址中，整個加載域以它們的結果為基位址。如本例中的加載域基位址為 0x08000000，剛好是 STM32 内部 FLASH 的基位址。

（3） 屬性清單： 屬性清單說明了加載域的是否為絕對位址、N 位元組對齊等屬性，該配置是可選的。本例中沒有描述加載域的屬性。

（4） 最大容量： 最大容量說明了這個加載域可使用的最大空間，該配置也是可選的，如果加上這個配置後，當連結器發現工程要配置設定到該區域的空間比容量還大，它會在工程建構過程給出提示。本例中的加載域最大容量為 0x00100000，即 1MB，正是本型号 STM32 内部 FLASH 的空間大小。

1.2.2 執行域

//方括号中的為選填内容

 執行域名 (基位址 | "+"位址偏移) [屬性清單] [最大容量 ]

 "{"

 輸入節區描述

 "}"

           

執行域的格式與加載域是類似的，差別隻是輸入節區的描述有所不同，前面的例子中包含了 ER_IROM1 及 RW_IRAM 兩個執行域，它們分别對應描述了 STM32 的内部 FLASH 及内部 SRAM 的基位址及空間大小。而它們内部的"輸入節區描述"說明了哪些節區要存儲到這些空間，連結器會根據它來處理編排這些節區。

1.2.3 輸入節區描述

配合加載域及執行域的配置，在相應的域配置"輸入節區描述"，即可控制該節區存儲到域中，其格式如下：

//除子產品選擇樣式部分外，其餘部分都可選選填

 子產品選擇樣式"("輸入節區樣式",""+"輸入節區屬性")"

 子產品選擇樣式"("輸入節區樣式",""+"節區特性")"

 子產品選擇樣式"("輸入符号樣式",""+"節區特性")"

 子產品選擇樣式"("輸入符号樣式",""+"輸入節區屬性")"

           

配合前面舉例的分散加載檔案内容，各部分介紹如下：

（1） 子產品選擇樣式： 子產品選擇樣式可用于選擇 .o 及 .lib 目标檔案作為輸入節區，它可以直接使用目标檔案名或 * 通配符，也可以使用 “.ANY”。

例如：使用語句 “bsp_led.o” 可以選擇 bsp_led.o 檔案，使用語句 “.o" 可以選擇所有 .o 檔案，使用 ".lib” 可以選擇所有 .lib 檔案，使用 * 或 “.ANY” 可以選擇所有的 .o 檔案及 .lib 檔案。其中 “.ANY” 選擇語句的優先級是最低的，所有其它選擇語句選擇完剩下的資料才會被 “.ANY” 語句選中。

（2） 輸入節區樣式： 我們知道在目标檔案中會包含多個節區或符号，通過輸入節區樣式可以選擇要控制的節區。

示例檔案中 “(RESET，+First)” 語句的 RESET 就是輸入節區樣式，它選擇了名為 RESET 的節區，并使用後面介紹的節區特性控制字 “+First” 表示它要存儲到本區域的第一個位址。示例檔案中的 “*(InRoot$$Sections)” 是一個連結器支援的特殊選擇符号，它可以選擇所有标準庫裡要求存儲到 root 區域的節區，如 __main.o、__scatter.o 等内容。

（3） 輸入符号樣式： 同樣地，使用輸入符号樣式可以選擇要控制的符号，符号樣式需要使用 “:gdef:” 來修飾。例如：可以使用 “*(:gdef:Value_Test)” 來控制選擇符号 “Value_Test”。

（4） 輸入節區屬性： 通過在子產品選擇樣式後面加入輸入節區屬性，可以選擇樣式中不同的内容，每個節區屬性描述符前要寫一個 “+” 号，使用空格或 “，” 号分隔開，可以使用的節區屬性描述符見下表：

節區屬性描述符	說明
RO-CODE & CODE	隻讀代碼段
RO-DATA & CONST	隻讀資料段
RO & TEXT	包括 RO-CODE & RO-DATA
RW-DATA	可讀寫資料段
RW-CODE	可讀寫代碼段
RW & DATA	包括RW-DATA & RW-CODE
ZI & BSS	初始化為 0 的可讀寫資料段
XO	隻可執行的區域
ENTRY	節區入口點

eg：

示例檔案中使用 “.ANY(+RO)” 選擇剩餘所有節區 RO 屬性的内容都配置設定到執行域 ER_IROM1 中，使用 “.ANY(+RW +ZI)” 選擇剩餘所有節區 RW 及 ZI 屬性的内容都配置設定到執行域 RW_IRAM1 中。

（5）節區特性： 節區特性可以使用 “+FIRST” 或 “+LAST” 選項配置它要存儲到的位置，FIRST 存儲到區域的頭部，LAST 存儲到尾部。通常重要的節區會放在頭部，而 CheckSum (校驗和)之類的資料會放在尾部。

示例檔案中使用 “(RESET,+First)” 選擇了 RESET 節區，并要求把它放置到本區域第一個位置，而 RESET 是工程啟動代碼中定義的向量表，該向量表中定義的堆棧頂和複位向量指針必須要存儲在内部 FLASH 的前兩個位址，這樣 STM32 才能正常啟動，是以必須使用 FIRST 控制它們存儲到首位址。

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset

 AREA RESET, DATA, READONLY

 EXPORT __Vectors

 EXPORT __Vectors_End

 EXPORT __Vectors_Size


 __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack

 DCD Reset_Handler ; Reset Handler

 DCD NMI_Handler ; NMI Handler

           

總的來說，我們的 sct 示例檔案配置如下：

程式的加載域為内部 FLASH 的 0x08000000，最大空間為 0x00100000；程式的執行基位址與加載基位址相同，其中 RESET 節區定義的向量表要存儲在内部 FLASH 的首位址，且所有 .o 檔案及 .lib 檔案的 RO 屬性内容都存儲在内部 FLASH 中；程式執行時 RW 及 ZI 區域都存儲在以 0x20000000 為基位址，大小為 0x00030000 的空間(192KB)，這部分正好是 STM32 内部主 SRAM 的大小。

連結器根據 sct 檔案連結，連結後各個節區、符号的具體位址資訊可以在 map 檔案中檢視。

2. 通過MDK配置選項來修改sct檔案

了解 sct 檔案的格式後，可以手動編輯該檔案控制整個工程的分散加載配置，但sct 檔案格式比較複雜，是以 MDK 提供了相應的配置選項可以友善地修改該檔案，這些選項配置能滿足基本的使用需求，以下将對這些選項進行說明。

2.1 選擇sct檔案的産生方式

首先需要選擇 sct 檔案産生的方式，選擇使用 MDK 生成還是使用使用者自定義的 sct 檔案。在 MDK 的 “Options for Target->Linker->Use Memory Layout from Target Dialog” 選項即可配置該選擇，見下圖：

該選項的譯文為 “是否使用 Target 對話框中的存儲器分布配置”，勾選後，它會根據 “Options for Target” 對話框中的選項生成 sct 檔案，這種情況下，即使我們手動打開它生成的 sct 檔案編輯也是無效的，因為每次建構工程的時候，MDK 都會生成新的 sct 檔案覆寫舊檔案。該選項在 MDK 中是預設勾選的，若希望 MDK 使用我們手動編輯的 sct 檔案建構工程，需要取消勾選，并通過 Scatter File 框中指定 sct 檔案的路徑，見下圖：

2.2 通過Target對話框控制存儲器配置設定

我們在 Linker 中勾選了 “使用 Target 對話框的存儲器布局” 選項，那麼 “Options for Target” 對話框中的存儲器配置就生效了。主要配置是在 Device 标簽頁中選擇晶片的類型，設定晶片基本的内部存儲器資訊以及在 Target 标簽頁中細化具體的存儲器配置(包括外部存儲器)，見以下圖檔：

上圖中 Device 标簽頁中標明了晶片的型号為 STM32F429IGTx，選中後，在 Target 标簽頁中的存儲器資訊會根據晶片更新。

在 Target 标簽頁中存儲器資訊分成隻讀存儲器 (Read/Only Memory Areas) 和可讀寫存儲器 (Read/Write Memory Areas) 兩類，即 ROM 和 RAM，而且它們又細分成了片外存儲器 (off-chip) 和片記憶體儲器 (on-chip) 兩類。

例如：

由于我們已經標明了晶片的型号，MDK 會自動根據晶片型号填充片内的 ROM 及 RAM 資訊，其中的 IROM1 起始位址為 0x80000000，大小為 0x100000，正是該 STM32 型号的内部 FLASH 位址及大小；而 IRAM1 起始位址為 0x20000000，大小為 0x30000，正是該 STM32 内部主 SRAM 的位址及大小。圖中的 IROM1 及 IRAM1 前面都打上了勾，表示這個配置資訊會被采用，若取消勾選，則該存儲配置資訊是不會被使用的。

在标簽頁中的 IRAM2 一欄預設也填寫了配置資訊，它的位址為 0x10000000，大小為 0x10000，這是 STM32F4 系列特有的内部 64KB 高速 SRAM(被稱為CCM)。當我們希望使用這部分存儲空間的時候需要勾選該配置，另外要注意這部分高速 SRAM 僅支援 CPU 總線的通路，不能通過外設通路。

下面我們嘗試修改 Target 标簽頁中的這些存儲資訊，例如：把 IRAM1 的基位址改為 0x20001000，然後編譯工程，檢視到工程的 sct 檔案，和同時使用 IRAM1 和 IRAM2，然後編譯工程，做一個比較。

//修改了IRAM1基位址後的sct檔案内容

 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region

 ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address

 *.o (RESET, +First)

 *(InRoot$$Sections)

 .ANY (+RO)

 }

 RW_IRAM1 0x20001000 0x00030000 { ; RW data

 .ANY (+RW +ZI)

 }

 }

//使用IRAM2時的sct檔案内容

 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region

 ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address

 *.o (RESET, +First)

 *(InRoot$$Sections)

 .ANY (+RO)

 }

 RW_IRAM1 0x20000000 0x00030000 { ; RW data

 .ANY (+RW +ZI)

 }

 RW_IRAM2 0x10000000 0x00010000 {

 .ANY (+RW +ZI)

 }

 }

           

可以發現，sct 檔案都根據 Target 标簽頁做出了相應的改變，除了這種修改外，在 Target 标簽頁上還控制同時使用 IRAM1 和 IRAM2、加入外部 RAM (如外接的 SDRAM)，外部 FLASH 等。

2.3 控制檔案配置設定到指定的存儲空間

設定好存儲器的資訊後，可以控制各個源檔案定制到哪個部分存儲器，在 MDK 的工程檔案欄中，選中要配置的檔案，右鍵，并在彈出的菜單中選擇 “Options for File xxxx” 即可彈出一個檔案配置對話框，在該對話框中進行存儲器定制，見下圖：

在彈出的對話框中有一個 “Memory Assignment” 區域(存儲器配置設定)，在該區域中可以針對檔案的各種屬性内容進行配置設定，如 Code/Const 内容 (RO)、Zero Initialized Data 内容 (ZI-data) 以及 Other Data 内容 (RW-data)，點選下拉菜單可以找到在前面 Target 頁面配置的 IROM1、IRAM1、IRAM2 等存儲器。

例如：圖中我們把這個 bsp_led.c 檔案的 Other Data 屬性的内容配置設定到了 IRAM2 存儲器(在 Target 标簽頁中我們勾選了 IRAM1 及 IRAM2)，當在 bsp_led.c 檔案定義了一些 RW-data 内容時(如初值非 0 的全局變量)，該變量将會被配置設定到 IRAM2 空間，配置完成後點選 OK，然後編譯工程，檢視到的 sct 檔案内容如下：

//修改bsp_led.c配置後的sct檔案

 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region

 ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address

 *.o (RESET, +First)

 *(InRoot$$Sections)

 .ANY (+RO)

 }

 RW_IRAM1 0x20000000 0x00030000 { ; RW data

 .ANY (+RW +ZI)

 }

 RW_IRAM2 0x10000000 0x00010000 {

 bsp_led.o (+RW)

 .ANY (+RW +ZI)

 }

 }

           

可以看到在 sct 檔案中的 RW_IRAM2 執行域中增加了一個選擇 bsp_led.o 中 RW 内容的語句。

類似地，我們還可以設定某些檔案的代碼段被存儲到特定的 ROM 中，或者設定某些檔案使用的 ZI-data 或 RW-data 存儲到外部 SDRAM 中(控制 ZI-data 到 SDRAM 時注意還需要修改啟動檔案設定堆棧對應的位址，原啟動檔案中的位址是指向内部 SRAM 的)。

雖然 MDK 的這些存儲器配置選項很友善，但有很多進階的配置還是需要手動編寫 sct 檔案實作的，例如：MDK 選項中的内部 ROM 選項最多隻可以填充兩個選項位置，若想把内部 ROM 分成多片位址管理就無法實作了；另外 MDK 配置可控的最小粒度為檔案，若想控制特定的節區也需要直接編輯 sct 檔案。