2019年04月01日 | STM32 分散加载文件 .sct 解析

1、STM32 启动文件与 .sct 文件分析

1) 定义STACK段，{NOINIT，读写}：分配一段内存大小为0.5K;

2) 定义HEAP段， {NOINIT，读写}：分配一段内存大小为1K;

3) 定义RESET段，{DATA，只读}：DCD各种中断向量;

4) 定义|.text|段，{CODE，只读}：Reset_Handler函数，函数中最后加载了__main；

对剩余的中断函数进行了弱定义；

在最后还有一段用户初始化堆栈的代码__user_initial_stackheap。

那这些代码都存放在什么位置呢？

5) 分析 .sct 文件：

分散加载文件（即scatter file，后缀为.scf）。

分散加载文件是一个文本文件，通过编写一个分散加载文件来指定ARM连接器在生成映像文件时如何分配RO,RW,ZI等数据的存放地址。

如果不用SCATTER文件指定，那么ARM连接器会按照默认的方式来生成映像文件，一般情况下我们是不需要使用分散加载文件的。

但在某些场合，我们希望把某些数据放在指定的地址处，那么这时候SCATTER文件就发挥了非常大的作用。

而且SCATTER文件用起来非常简单好用。

举个例子：

比如像LPC2378芯片具有多个不连续的SRAM，通用的RAM是32KB，可是32KB不够用，我想把某个.C中的RW数据放在USB的SRAM中，那么就可以通过SCATTER文件来完成这个功能。

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region

  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address

   *.o (RESET, +First)

   *(InRoot$$Sections)

   .ANY (+RO)

  }

  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data

   .ANY (+RW +ZI)

  }

}

STACK段和HEAP段是RW属性，存在RAM（0x20000000-0x20010000）中，具体的地址由编译器在后面链接时决定，并不是一定存在RAM的开头地址。

RESET段存在FLASH（0x08000000-0x08080000）中，而且是FLASH的最开头，再结合CORTEX-M3的特性，其上电后根据启动引脚来决定PC位置，比如启动设置为FLASH启动，则启动后PC跳到0x08000000。

此时CPU会先取2个地址（硬件决定），第一个是栈顶地址，第二个是复位异常地址，这样就跳到Reset_Handler，Reset_Handler执行到将最后跳转到ç库的__main。

|.text |段是CODE属性，也存在FLASH区。

启动代码所做的工作如下：

先是建立了堆栈，之后上电后寻找到中断向量表中的复位函数Reset_Handler执行，之后跳转到__main执行Ç库函数，最后由__main调用main()函数，进入C的世界。

2、__user_initial_stackheap

这段代码位于裸机启动文件的末尾：

       IF      :DEF:__MICROLIB                

                 EXPORT  __initial_sp

                 EXPORT  __heap_base

                 EXPORT  __heap_limit

                 ELSE               

                 IMPORT  __use_two_region_memory

                 EXPORT  __user_initial_stackheap                 

__user_initial_stackheap

                 LDR     R0, =  Heap_Mem

                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)

                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)

                 LDR     R3, = Stack_Mem

                 BX      LR

若是使用了microlib，则只需要将__initial_sp，__ heap_base的，__ heap_limit三个变量定义成全局变量即可（这三个变量也是固定的可被Ç库引用，在库中需要使用到这三个变量对堆栈进行初始化）；

否则，就需要自己定义__user_initial_stackheap。

microlib缺省的情况下使用的是Keil C库。

但是事实上，μVision库里包含了更多__user_initial_stackheap()的函数体，这样编译器可以根据开发人员scatter文件的内容自动选择合适的函数体。

换句话说，针对RVCT v3.x及之后的版本，使用scatter文件的开发人员可以不再重新实现__user_initial_stackheap()的函数体。

也就是说不必再自己写了__user_initial_stackheap，自己在做实验验证时，没有使用microlib库，同时也将这部分函数注释掉，并没有产生任何异常。

所以对__user_initial_stackheap在这里就不再做更多深入的研究了，这一部分太烧脑了，就当作C库已经为我们准备好了这个函数。

3、堆栈的单区模型和双区模型

堆栈分为单区模型和双区模型：

单区模型堆和栈在同一存储器区中互相朝向对方增长

双区模型将堆和栈分别放置在存储器不同的区中，__ user_initial_stackheap()建立的专用堆限制来检查堆，需要设置堆栈的长度。

1）选择使用单区模型，在SCT文件中定义一个特殊的执行域，使用符号：

ARM_LIB_STACKHEAP，并使用EMPTY属性这样库管理器就选择了一个把这个域当作堆和栈合并在一起的__user_initial_stackheap()函数。

在这个函数中使用了“Image$ $ ARM_LIB_STACKHEAP$ $Base”和“Image$ $ARM_LIB_STACKHEAP$ $ZI$ $Limit”符号。

2）选择使用双区模型，在sct文件中定义两个特殊的执行域，使用符号：

ARM_LIB_STACK和ARM_LIB_HEAP，都要使用EMPTY属性。这样库管理器就会选择使用符号：“Image$ $ARM_LIB_HEAP$ $Base” ，“Image$ $ARM_LIB_STACK$ $ZI$ $ limit”，“Image$ $ARM_LIB_STACK$ $Base”，“Image$ $ARM_LIB_STACK$ $ZI$ $Limit”的__user_initial_stackheap()函数。

从裸机的启动文件可以看出，裸机使用的是双区模型。

4、Huawei_LiteOS 启动文件与 sct 文件

启动文件：

LOS_Heap_Min_Size   EQU     0x400

                AREA    LOS_HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

__los_heap_base

LOS_Heap_Mem    SPACE   LOS_Heap_Min_Size

                AREA    LOS_HEAP_INFO, DATA, READONLY, ALIGN=2

                IMPORT  |Image$$ARM_LIB_STACKHEAP$$ZI$$Base|

                EXPORT  __LOS_HEAP_ADDR_START__

                EXPORT  __LOS_HEAP_ADDR_END__

__LOS_HEAP_ADDR_START__

                DCD     __los_heap_base

__LOS_HEAP_ADDR_END__

                DCD     |Image$$ARM_LIB_STACKHEAP$$ZI$$Base| - 1

                PRESERVE8

                AREA    RESET, CODE, READONLY

                THUMB

                IMPORT  ||Image$$ARM_LIB_STACKHEAP$$ZI$$Limit||

                IMPORT  osPendSV

                EXPORT  _BootVectors

                EXPORT  Reset_Handler

_BootVectors

                DCD     ||Image$$ARM_LIB_STACKHEAP$$ZI$$Limit||

                DCD     Reset_Handler

Reset_Handler

                IMPORT  SystemInit

                IMPORT  __main

                LDR     R0, =SystemInit

                BLX     R0

                LDR     R0, =__main

                BX      R0

                ALIGN

                END

定义LOS_HEAP段，{NOINIT，读写}：分配一段内存大小为1K；

定义LOS_HEAP_INFO段，{DATA，只读}：定义__LOS_HEAP_ADDR_START__和__LOS_HEAP_ADDR_END__这两个全局变量供OS使用；

定义RESET段，{CODE，只读}：启动向量，第一个是栈顶地址，第二个是Reset_Handler；将Reset_Handler主体也写入了RESET段；

首先，可以看出，分配堆栈的方式与裸机不同，使用的是单区模型，从下向上排列

__LOS_HEAP_ADDR_START __ = __ los_heap_base，为堆低地址;

__LOS_HEAP_ADDR_END __ = |Image$ $ARM_LIB_STACKHEAP$ $ZI$ $Base | - 1，为堆顶（不确定的地址）;

|Image$ $ARM_LIB_STACKHEAP$ $ZI$ $Base|，为栈底（不确定的地址）;

|Image$ $ARM_LIB_STACKHEAP$ $ZI$ $Limit|，为栈顶地址;

所以，由上文可知，在sct文件中必然会出现ARM_LIB_STACKHEAP这个执行域：

LR_IROM1 0x08000000 0x00020000  {    ; load region size_region

    ER_IROM1 0x08000000 0x00020000  {    ; load address = execution address

        *.o (RESET, +First)

        *(InRoot$$Sections)

        .ANY (+RO)

        * (LOS_HEAP_INFO)

    }

    VECTOR 0x20000000 0x400  {    ; Vector

        * (.data.vector)

    }

    RW_IRAM1 0x20000400 0x00004800  {    ; RW data

        ;.ANY (+RW +ZI)

        * (.data, .bss)

        * (LOS_HEAP)

    }

    ARM_LIB_STACKHEAP 0x20004C00 EMPTY 0x400  {    ;LiteOS MSP

    }

}

那么其他的异常中断向量入口在哪里呢？定义在los_hwi.c文件中被定义成了数组的形式：

#ifdef __ICCARM__

#pragma  location = ".data.vector"

#elif defined (__CC_ARM) || defined (__GNUC__)

LITE_OS_SEC_VEC

#endif

HWI_PROC_FUNC m_pstHwiForm[OS_VECTOR_CNT] =

{

    (HWI_PROC_FUNC)0,                    // [0] Top of Stack

    (HWI_PROC_FUNC)Reset_Handler,        // [1] reset

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [2] NMI Handler

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [3] Hard Fault Handler

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [4] MPU Fault Handler

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [5] Bus Fault Handler

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [6] Usage Fault Handler

    (HWI_PROC_FUNC)0,                    // [7] Reserved

    (HWI_PROC_FUNC)0,                    // [8] Reserved

    (HWI_PROC_FUNC)0,                    // [9] Reserved

    (HWI_PROC_FUNC)0,                    // [10] Reserved

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [11] SVCall Handler

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [12] Debug Monitor Handler

    (HWI_PROC_FUNC)0,                    // [13] Reserved

    (HWI_PROC_FUNC)osPendSV,             // [14] PendSV Handler

    (HWI_PROC_FUNC)osHwiDefaultHandler,  // [15] SysTick Handler

};

这一部分代码被分散加载文件加载到了VECTOR段，位于RAM的开头部分。

在内核初始化时会进行中断向量表重映射的工作。