[嵌入式]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

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　　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_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 .\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    .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   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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