土银触手宇宙生命:Scatter File的用法

对于嵌入式开发来说，scatterfile显得异常重要，尤其是想把某段内容链接到指定的地址区域的时候，这些内容可以是code、const常量和变量。

如果是ARM平台的话，在ARM的linker guide里有详细介绍scatterfile的用法。其实DSP程序的开发也会有类似scatter file的东西，记得当时用TIDSP的时候有个叫做cmd文件的东西，里面会要求指定各个段的链接地址，包括起始地址和size。从理论上来说，可以指定每一个变量，每一段代码链接的位置，当然，其实许多时候并没有必要这样做。但是scatterfile确实提供了这样一种精确控制的方法。记得有看过一点tms3202812的例子程序，好像在cmd文件中进行了精细的控制，为每个寄存器定义了一个名字（一个变量），然后在cmd文件中指定了这个变量的链接链接地址，这样就可以实现操作这个变量即是操作指定的寄存器，用起来很方便。（只是记得是这样，具体没有仔细看）

在基于ARM的嵌入式开发中，scatterfile是一个文本文件，其为linker所用，linker会按照指定的原则来进行链接。为了讲解如何将某个变量或者某段代码链接到指定位置，我们先来看几个概念。

段（Section）：段分为输入段（input section）和输出段（outputsection），段是连接器操作的基本单位。

输入段（InputSection）：输入段作为linker的输入，分布在多个目标文件或者库中。

输出段（OutputSection）：Linker的输出是一个可执行的映像，在这个映像中各个变量等被链接到指定的地址区域，这些地址区域就是scatterfile中指定的执行区。

段的属性：段的属性有三种，包括Read-Only（简称RO，只读，包括只读的数据和代码）、Read-Write（简称RW，可读写）、Zero-Initialized（简称ZI，初始化为0的可读写数据，通常未初始化的数据也包含在内）。另外段还可以有一个名字，通过这个名字来区分同一个段的不同部分。

讲完段（section）以后，我们看一下以下几个概念，Image（映像）、Load region（加载区）、Executionregion（执行区）。

Image（映像）：Linker将目标文件（object）和库（lib）链接之后的输出即是Image，Image通常是可执行的二进制文件（当然也可能是不可执行的资源文件等）。在Image中通常包含了只读的code和data、初始化的数据。（可以想一下为什么不包含ZI数据？）

LoadRegion（加载区）：在系统上电以后，Image被加载到目标系统中（通常是bootloader将Image搬到RAM中），这个时候Image还没有开始执行（即内核文件还未解压，可以想一下为什么需要解压），此时各个段在RAM中的区域就是LoadRegion。

ExecutionRegion（执行区）：系统上电加载到RAM中以后开始执行，这个时候内核就需要解压。为什么需要解压？之前有讲到Image并没有包含ZI数据，因为ZI数据都是0，只要在解压的时候将这些变量初始化为0就行了，没有必要把这些0值都放在Image里面来占用空间；而RW数据都是初始化的数据，这些变量如果不保存一个初始值linker就不知道该初始化为多少。内核解压就是要将RW数据和ZI数据在指定的区域进行初始化，初始化为初始值或者0。这些指定的区域就是ExecutionRegion（执行区）。另外RO（只读的数据和代码）也有可能会搬动。

对于scatter file的用法这里不会做过多介绍，具体内容可以参考ADS LinkerGuide，在ARM网站上就有。下面主要讲如何将指定的段链接到指定的地址区域上去。

这里假设我有一个文件叫做example.c，编译结束后会生成目标文件example.obj，我打算将RW数据链接到0×80000000开始的4KB（0×1000）区域内，将ZI数据链接到0×40000000开始的8KB（0×2000）区域内，ROdata和code保留在原有位置不动。这样的设置只要设置scatter file即可达到目的，scatterfile如下所示：

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ROM 0x0 0x1000000    ;该行指定映像加载区的起始位置为0x0，最大32MB
{
        RAM_A 0x0 0x100000    ;该行指定执行区的起始位置在0x0，最大1MB
        {
                Example.obj (+RO)
                * (+RO)            ;使用通配符*将其余文件的RO段也放在RAM_A区域内
        }
        RAM_B 0x80000000 0x1000    ;RW数据放在2GB开始的4KB区域
        {
                Example.obj (+RW)
        }
        RAM_C 0x40000000 0x2000    ;ZI数据放在1GB开始的8KB区域
        {
                Example.obj (+ZI)
        }
        ……
}

这里面需要注意的一点是ROM和RAM_A的起始位置必须要相同，RAM_A是系统上电后要执行的第一段代码，中断向量表和内核解压的代码也就在这里面。如果这个区域链接到了其他的位置，那么系统从ROM的起始地址开始执行，第一条指令就不是RAM_A的第一条指令了。

上面的例子是一种简单的情况，如果我有这样一种需求，我想把example.c文件中定义的某个数组和部分的ROData和Code链接到内部RAM（假设从0×20000000开始的32KB区域），而把其他的RW和ZI变量链接到到外部RAM（假设从0×40000000开始的32MB区域）。对于这种需求就需要将同一个段中不同的部分进行区分，这就需要为段命名。可按照如下步骤进行操作：

1、在将要链接到INTSRAM_CODE区域的code用下面一对预编译指令包起来

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#pragma arm section code = "INTSRAMCODE"

#pragma arm section code

2、在要链接到INTSRAM_CONST区域的常量用下面一对预编译指令包起来

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#pragma arm section rodata = "INTSRAMCONST"

#pragma arm section rodata

3、在要链接到INTSRAM_DATA区域的变量用下面一对预编译指令包起来

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#pragma arm section rwdata = "INTERNRW" 

#pragma arm section rwdata

4、设置scatter file如下所示：

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ROM 0x0 0x1000000
{
        RAM_A 0x0 0x100000
        {
                * (+RO)    ;默认情况下所有的code都放在RAM_A中
        }
        INTSRAM_CODE 0x20000000 0x1000    ;内部RAM的前4KB区域放指定的code
        {
                Example.obj (INTSRAMCODE)      ;名为INTSRAMCODE段中code都会放在这里
        }
        INTSRAM_CONST +0x0 0x4000  ;前一个区域之后接着就是16KB的INTSRAM_CONST区域
        {
                Example.obj (INTSRAMCONST)    ;名为INTSRAMCONST的rodata都会放在这里
        }
        INTSRAM_DATA +0x0 0x2000   ;前一个区域之后紧接着就是8KB的INTSRAM_DATA区域
        {
                Example.obj (INTERNRW)  ;名为INTERNRW的rwdata都会放在这里
        }
        EXTRAM 0x40000000 0x1000000    ;起始于0x40000000的32MB外部RAM
        {
                * (+RW +ZI)    ;其他的RW和ZI数据都会默认放在这里
        }
}

5、这样设定后重新编译链接工程即可。

需要注意的几点：

1、上面声明的一些section name，可以任意起名字，只要保持与scatterfile中设置相同即可，当然起一些有意义的名字更容易理解。

2、可以将code、rodata、rwdata、zidata组合在一起写，只要将要搬的内容包起来即可，如下所示

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#pragma arm section code = "INTSRAMCODE", rodata = "INTSRAMCONST", rwdata = "INTSRAMRW" , zidata = "INTSRAMZI"

#pragma arm section code, rodata, rwdata , zidata

本文结束！