大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是在MDK開發環境下將關鍵函式重定向到RAM中執行的幾種方法。
這個關鍵函式重定向到 RAM 中執行系列文章，痞子衡已經寫過 《IAR篇》、《MCUXpresso IDE篇》，今天一鼓作氣把 Keil MDK 篇也寫了，做個全家桶。
把 Keil MDK 放到最後來寫，其實痞子衡是有用意的。第一篇寫 IAR，我們基本上是要純手工改連結檔案。第二篇寫 MCUXpresso IDE，我們除了手工改連結檔案，也在利用它的連結檔案配置自動生成功能。現在到了 Keil MDK，這個 IDE 其實跟 MCUXpresso IDE 一樣也支援連結檔案配置自動生成，但是具體功能設計上有各有千秋，今天我們就來了解下：
- Note： 本文使用的 Keil uVision 軟體版本是 v5.31.0.0。
一、準備工作
為了便於描述後面的函式重定向方法實現，我們先做一些準備工作，選定的硬體平臺是恩智浦 MIMXRT1170-EVK，主晶片內部有2MB RAM，外掛了 16MB Flash 和 2 片 32MB SDRAM。這些儲存裝置在晶片系統中對映地址空間如下：
NOR Flash: 0x30000000 - 0x30FFFFFF （16MB）
ITCM RAM: 0x00000000 - 0x0003FFFF （256KB）
DTCM RAM: 0x20000000 - 0x2003FFFF （256KB）
OCRAM: 0x20200000 - 0x2037FFFF （1.5MB）
SDRAM: 0x80000000 - 0x83FFFFFF （64MB）
我們隨便選擇一個測試例程：\SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\mdk，其中 flexspi_nor 工程是最典型的程式碼連結場景（見 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 檔案），全部的 readonly 段分配在 0x30000000 - 0x30FFFFFF 空間（在 Flash 中），全部的 readwrite 段分配在 0x20000000 - 0x2003FFFF 空間（在 DTCM 中）。連結檔案精簡如下：
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 {
}
}
現在我們再建立一個新原始檔 critical_code.c 用於示例關鍵函式，將這個原始檔新增進 hello_world_demo_cm7.uvprojx 工程裡，critical_code.c 檔案中只有如下三個測試函式（它們在 main 函式裡會被呼叫）：
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);
}
編譯連結修改後的工程，然後檢視其對映檔案（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 檔案相關的內容如下，顯然 critical_code.c 中的三個函式都會被鏈在 Flash 空間裡（均在 .text 段裡）。
===============================================================================
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
我們現在要做的事就是將 critical_code.c 檔案中的函式重定向到 RAM 裡執行，原連結檔案 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 中指定的是 DTCM 來存放 readwrite 段，那我們就嘗試將關鍵函式放到 DTCM 裡（如需改到 ITCM、OCRAM、SDRAM，方法類似）。
2.1 自定義section指定函式 - 針對單個函式
第一種方法是用 __attribute__((section("UserSectionName"))) 語法來修飾函式定義，將其放到自定義程式段裡。這種方法主要適用重定向單個關鍵函式，比如我們將 critical_func1() 函式放到名為 .criticalFunc 的自定義段裡：
__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);
}
然後在工程連結檔案 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 裡將這個自定義的 section .criticalFunc 也放進 RW_m_data 執行域中：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
; ...
RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
.ANY (+RW +ZI)
* (.criticalFunc) ;新增 .criticalFunc 段
; 第二種寫法：*.o (.criticalFunc)
}
; ...
}
編譯連結修改後的工程，然後檢視其對映檔案（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 檔案相關的內容如下，此時 critical_func1() 已經被放到自定義段 .criticalFunc 裡，並且這個段被 MDK 底層連結器連結到了 RAM 裡（RW_m_data 執行域空間）。
===============================================================================
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 自定義section指定函式 - 針對同一檔案裡的多個函式
第二種方法是利用 #pragma 語法來修飾函式定義（注意 AC5 編譯器 Armcc 和 AC6 編譯器 Armclang 語法不太一樣），將同一原始檔裡緊挨在一起的多個關鍵函式放到自定義段裡。比如我們將 critical_func1() 和 critical_func2() 函式放到名為 .criticalFunc 的自定義段裡：
- Note: 這種方法一般情況下不太推薦，程式碼可移植性較差。
#pragma clang section text = ".criticalFunc" // 適用 AC6 編譯器（範圍開始）
//#pragma arm section code = ".criticalFunc" // 適用 AC5 編譯器（範圍開始）
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 = "" // 適用 AC6 編譯器（範圍結束）
//#pragma arm section code // 適用 AC5 編譯器（範圍結束）
void critical_func3(uint32_t n)
{
PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n);
}
然後也是同樣在工程連結檔案 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 裡將這個自定義的 section .criticalFunc 也放進 RW_m_data 執行域中：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
; ...
RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
.ANY (+RW +ZI)
* (.criticalFunc) ;新增 .criticalFunc 段
}
; ...
}
編譯連結修改後的工程，然後檢視其對映檔案（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 檔案相關的內容如下，此時 critical_func1/2() 均已經被放到自定義段 .criticalFunc 裡，並且這個段被 MDK 底層連結器連結到了 RAM 裡（RW_m_data 執行域空間）。
===============================================================================
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 針對原始檔中全部函式
前兩種重定向方法都是針對具體函式的（如果是多個關鍵函式分散在多個檔案裡，按方法逐一新增修飾當然也行），但如果某個庫原始檔特別多，並且我們希望將這些原始檔裡函式全部重定向到 RAM 裡，有沒有更便捷的方法呢？當然有！
我們現在將 critical_code.c 檔案裡全部函式都重定向，只需要在工程連結檔案 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 裡做如下修改：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
; ...
RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
.ANY (+RW +ZI)
critical_code.o (+RO +RW +ZI) ;新增 critical_code.o 全部目標
}
; ...
}
編譯連結修改後的工程，然後檢視其對映檔案（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 檔案相關的內容如下，此時 critical_func1/2/3() 都連結在 RAM 裡了。
===============================================================================
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、連結檔案自動生成功能
第二節裡介紹的方法都是基於使用者自己提供的連結檔案，如果想啟動 MDK 的連結檔案自動生成功能，需要在工程 Option / Linker 裡將 Use Memory Layout from Target Dialog 選項勾選上，這時候使用者提供的 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 檔案就失效了，MDK 會自動生成一個名為 hello_world_demo_cm7.sct 的連結檔案。
自動生成的 hello_world_demo_cm7.sct 連結檔案配置非常簡單，在工程 Option / Target 裡有 Read/Only Memory Areas 和 Read/Write Memory Areas 指定，這裡僅簡單提供了 RO 和 RW 段空間指定設定，沒有關於使用者自定義段的單獨設定。
不過比較特色的是，在 MDK 裡可以單獨為某個檔案指定 Memory Assignment，這樣我們也能跟 2.3 節裡的方法一樣實現整個檔案裡的函式重定向。
四、啟動檔案中拷貝過程
三種函式重定向方法都介紹完了，不知道你是否曾有過這樣的疑問，這些關鍵函式機器碼到底是什麼時候怎麼從 Flash 中拷貝到 RAM 裡的？這要從工程啟動檔案 startup_MIMXRT1176_cm7.S 談起。在復位函式 Reset_Handler 的最後呼叫了 MDK 內建函式 __main，這個函式中隱藏著玄機，我們可以在 ARM CMSIS 庫中找到該函式原型，順著原型你應該可以發現其中的奧祕。
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開發環境下將關鍵函式重定向到RAM中執行的幾種方法痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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