痞子衡嵌入式:MCUXpresso IDE下將應用程式RW段分散連結的幾種方法

痞子衡發表於2021-09-10

  大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是MCUXpresso IDE下將應用程式RW段分散連結的幾種方法

  早期的 MCU 晶片,一般都會嵌入內部 Flash 和 RAM,並且 Flash 和 RAM 都只有一塊(即均在連續的對映地址範圍內),因此在連結應用程式時處理比較簡單,程式 RO 段全部放在單一 Flash 空間,程式 RW 段全部放在單一 RAM 空間即可。

  隨著時代發展,現在的 MCU 越來越高階了,比如那些 Cortex-M7 核心的 MCU 中(最典型的代表 - 恩智浦 i.MXRT 系列)普遍引入了高速 TCM RAM,然後晶片內部也還有一些普通 On-chip RAM,當然晶片也能支援外擴大容量 SDRAM、PSRAM 等,在這種情況下就出現了多塊地址空間不連續的 RAM 區域,這時候該如何連結程式 RW 段到這些分散的 RAM 空間裡呢?

  最近痞子衡在支援一個美國G客戶,客戶做專案選用的 MCUXpresso IDE,在這個 IDE 下客戶沒有找到完美的 RW 段分散連結解決方案。今天痞子衡就給大家介紹一下 MCUXpresso IDE 下分散連結的幾種方法,也順便提一下 IAR、MDK 下的做法。

一、準備開發環境

  首先需要準備好環境,包含必要的軟體,痞子衡的環境如下:

  • 整合開發環境: MCUXpresso IDE_11.4.0_6224,點此下載
  • 軟體開發包: SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170(Toolchain需包含MCUXpresso IDE),點此下載

二、引入RW段分散連結問題

  我們先按照 《MCUXpresso IDE下SDK工程匯入與workspace管理機制》 一文步驟從 SDK 包裡匯入生成一個工程(就選最簡單的 hello_world 吧)。工程匯入成功後,會在 \MCUXpressoIDE_11.4.0_6224\workspace\evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7 下看到 .project 工程檔案,在 MCUXpresso IDE 下開啟這個工程,然後調整工程設定 Memory 定義中順序如下:

  原始 hello_world 程式裡 RW 段大小為 264 bytes(包含 .data 和 .bss),再加上預設 4KB Heap 和 4KB Stack,這連結在 256 KB 的 SRAM_DTC_cm7 空間裡(Alias 名為 RAM)肯定是沒問題的。

  我們現在在 hello_world.c 檔案里加兩個全域性變數 s_buf1 和 s_buf2,再重新編譯工程,發現工程編譯不過,因為預設連結配置下 IDE 把所有 RW 段全往 Alias 名為 RAM 的空間裡放,導致 RAM 空間不夠用,但實際上晶片上還有很多空餘 RAM2-8。怎麼把空餘 RAMx 利用起來?這就是問題所在,後面我們會嘗試利用 RAM 和 RAM4 來解決問題。

uint8_t s_buf1[1024 * 128] = {1};
uint8_t s_buf2[1024 * 256];

int main(void)
{
    s_buf1[0] = 0;
    s_buf2[0] = 0;

    // 程式碼省略...
}

三、回顧IAR/MDK上解決方案

  在研究 MCUXpresso IDE 下分散連結解決方案之前,我們先看看經典 IDE 下是怎麼實現的。

  首先來看 IAR 下 RW 段分散連結解決方案,我們只需要修改對應連結檔案 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.icf 如下,註釋掉原來 DATA_Region 和 DATA2_region 的分別定義,然後使用 | 運算子將它們的 mem 空間連在一起組成新的 DATA_Region 即可,底下 IAR 連結器就會自動分配 RW, ZI 段到這個新 DATA_Region 裡。

define symbol m_data_start             = 0x20000000;
define symbol m_data_end               = 0x2003FFFF;

define symbol m_data2_start            = 0x202C0000;
define symbol m_data2_end              = 0x2033FFFF;

  再來看 MDK 下 RW 段分散連結解決方案,我們也只需要修改對應連結檔案 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 如下,需要新增加一個 RW_m_data2 執行域(注意語句擺放位置),在新執行域中也按原 RW_m_data 域中一樣新增 .ANY (+RW +ZI) 即可,底下 MDK 連結器就會自動分配 RW, ZI 段到這兩個 RW_m_data 空間裡。

#define m_data_start                   0x20000000
#define m_data_size                    0x00040000

#define m_data2_start                  0x202C0000
#define m_data2_size                   0x00080000

四、MCUXpresso IDE下幾種解決方案

  現在回到主題 MCUXpresso IDE 下分散連結是怎麼實現的,一共有三種方法:

4.1 藉助 cr_section_macros.h 裡的巨集

  第一種方法是藉助 MCUXpresso IDE 自帶的標頭檔案 cr_section_macros.h 裡的巨集。用 __DATA(RamAliasName) 或者 __BSS(RamAliasName) 巨集來修飾變數定義,這樣 MCUXpresso IDE 在連結時會自動將該變數放到指定 RAMx 裡。

4.2 藉助 GNU C 的 __attribute__ 機制

  第二種方法本質上與第一種一樣,只不過換個形式,需要藉助 GNU C 裡的 __attribute__ 機制,即用 __attribute__((section("UserSectionName"))) 語法來修飾變數定義,將其放到自定義程式段裡,然後在 MCUXpresso IDE 連結配置設定介面 Extra linker script input sections 框裡,將自定義程式段指定到具體 RAMx 裡。

4.3 手動修改 .ld 連結檔案

  前兩種方法雖然能解決問題,但是遇到多原始檔裡大量變數定義時就比較麻煩了,不但需要挨個加相應修飾程式碼,而且也要手工計算好空間大小(合理控制自定義段大小),隨著程式碼增刪改動,做不到自適應。那麼在 MCUXpresso IDE 下有沒有像 IAR/MDK 解決方案那樣省心的方式呢?

  答案當然是有的!在 MCUXpresso IDE 連結配置設定介面去掉 Manage linker script 選項的勾選,將自動生成的 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug.ld 檔案在同路徑下拷貝一份重新命名,然後在 Linker script 路徑裡指定新的連結檔案。

  開啟連結檔案 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug_User.ld,在裡面分別找到 Main DATA/BSS SECTION 執行域,跟在後面緊接著加上 Secondary DATA/BSS SECTION 執行域就行了(仿照 Main Section 裡的寫法,僅需要把 RAM 名字替換掉即可),底下 MCUXpresso IDE 連結器就會自動分配 RW, ZI 段到這兩個 RAM 空間裡。

  至此,MCUXpresso IDE下將應用程式RW段分散連結的幾種方法痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪裡~~~

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