首頁 > 資源中心 > FAQ 一、文檔背景
掌握分散加載，如圖1所示，可以使我們方便地指定程序代碼和變量的存儲位置，達到優(yōu)化性能和降低成本的優(yōu)勢，比如我們想把時間關鍵代碼存放在ITCM RAM里面運行，而占用空間超大又不需要快速運行的代碼，我們可以放到QSPI Flash里面，因為QSPI Flash的容量一般都比較大，又或者，將內部Flash和外部的QSPI Flash混合使用。所以，通過學習分散加載，我們可以很方便地實現(xiàn)這些功能，獲取到更好的性能和成本優(yōu)勢。
圖1
二、分散加載
1、基礎知識
（1）、其實在我們建立工程的時候，肯定也是用過分散加載這個功能的，為什么這么說呢，我們打開option選項里的target，如圖2所示。圖2里對ROM配置還有RAM配置部分的修改，其實本質上就是對分散加載文件的修改。
圖2
（2）、分散加載文件在option選項里的Linker選項卡中可以找到，具體操作如圖3左側所示，點擊下方的Edit，即可在keil中打開如圖3右邊所示的分散加載文件。也可以看到，文件中的配置，和圖2中target內設置的地址、大小也是一 一對應的，其中每一行的代碼含義我們稍后也會一 一進行講解。然后，如圖4所示，改動一下target中的ROM分配，對應的，圖4右邊的分散加載文件就多出了對應的地址和大小。
圖3
圖4
（3）、如果用戶想自行修改分散加載文件，則需要在option選項里的Linker選項卡中，去掉Use Memory Layout from Target Dialog的勾選，去掉之后，就可以任意指定一個分散加載文件了，但是要注意，指定文件以后，我們Target選項卡中的設置就不再起作用了，具體操作如圖5所示。
圖5
2、代碼解讀
圖6
（4）、接下來，對圖6 中分散加載文件的代碼進行逐行解讀：
第5行：LR_IROM1 0x08000000 0x00200000 { ; load region size_region
LR是加載域(load region)的縮寫，加載域是指編譯時程序的實際存儲位置。LR_IROM1是加載域的名稱，開發(fā)者可以自定義。0x08000000 是加載域的起始地址，對應 Flash 的基地址（通常用于存儲代碼和常量數(shù)據(jù)）。0x00200000 是加載域的大?。? MB）。
第6行： ER_IROM1 0x08000000 0x00200000 { ; load address = execution address
ER是執(zhí)行域(execution region)的縮寫，加載地址（Load Address）和執(zhí)行地址（Execution Address）一致，表明該段數(shù)據(jù)無需從 Flash 移動到 RAM 才能運行。0x08000000 是執(zhí)行域的起始地址，與 LR_IROM1 的地址相同，表示代碼和常量數(shù)據(jù)在 Flash 中加載后直接在該地址執(zhí)行。0x00200000 是執(zhí)行域的大?。? MB）。
第7行： *.o (RESET, +First)
*是通配符，*.o 表示所有的目標文件（.o），這行的意思就是說，把所有以.o結尾的目標文件的代碼，都放置在這里，但是，有一個條件，就是要把標識為RESET段的代碼放置在最前面，放置在最前面的操作，是由+First參數(shù)控制的。
這里其實要引申一個知識點，否則基本看不明白這里的操作含義，因為STM32的運行方式是這樣的：CPU 要從地址 0x0000 0000 獲取棧頂值，然后從始于 0x0000 0004 的自舉存儲器開始執(zhí)行代碼。前面已經(jīng)把0x800 0000的FLASH地址配置為啟動的存儲器，因此就會從這里偏移位置0取得棧頂值，從偏移位置4取得第一行執(zhí)行代碼。根據(jù)這個要求，那么每個項目工程的啟動文件，必須是這樣設置才可以運行。如下圖7所示：（DCD 表示分配 1 個 4 字節(jié)的空間）
圖7
前面說到CPU會從偏移位置0處來加載棧頂值，可以從這里的圖6看到，__initial_sp變量被放在第一個位置，意味著這個變量的值會放在這個區(qū)域的第一個位置，這樣就確保了棧頂值是保存在這段代碼布局的首位置了。但是編譯器怎么知道這段代碼一定會放在存儲器的首位置，而不是放置在存儲器的后面位置呢？
如果沒有的特別的聲明，編譯器是可能把它放置在任何位置上的，并不是首位置。關鍵之處，就是sct文件中的*.o (RESET, +First)這一行代碼，這里明確地說明，要把RESET的代碼放在首位置，就是偏移0的位置。
然后我們回頭再看圖6，就會發(fā)現(xiàn)，第55行早就已經(jīng)說明，這一段代碼區(qū)域被命名為RESET了，那么，當編譯器看到這個名稱時，就會把這段代碼放置在存儲器的首位置，這樣CPU就會從這里獲得棧頂值，就可以開始加載代碼進行運行了，從偏移4的位置，也就是Reset_Handler的值，把它放到CPU的執(zhí)行指令寄存器，就進入代碼運行了。
第8行： *(InRoot$$Sections)
某些 Arm C 和 C++ 庫部分必須放置在根區(qū)域中，例如 _main.o、_scatter*.o、_ dc*.o 和 *Region$$Table。此列表可能會因版本而異。鏈接器可以使用 InRoot$$Sections 自動放置所有這些段，以防未來發(fā)生變化。如圖8所示：
圖8
第9行： .ANY (+RO)
把只讀數(shù)據(jù)（包括代碼、常量等）放入執(zhí)行區(qū)域中。（其實就是自動匹配未分配的只讀段）
第10行： .ANY (+XO)
把僅執(zhí)行數(shù)據(jù)（Executable Only）放入執(zhí)行區(qū)域中。（其實就是自動匹配未分配的僅執(zhí)行段）
第12行： RW_IRAM1 0x20000000 0x00050000 { ;
RW_IRAM1是讀寫區(qū)域的名稱。0x20000000 是 RAM 的基地址，0x00050000 是讀寫區(qū)域的大?。?20 KB）。這個區(qū)域，用于存放全局變量、堆棧等運行時需要讀寫的數(shù)據(jù)。
第13行： .ANY (+RW +ZI)
把所有需要讀寫的、已初始化全局變量和所有的零初始化變量放在 RW_IRAM1區(qū)域。（其實就是自動匹配未分配的讀寫和零初始化段）
（5）、然后.ANY和星號（*）在使用方面，其實是有一個比較關鍵的區(qū)別的，就是如果指定的區(qū)域滿了，* 不會自動向下分配，而是報錯，.ANY就可以連續(xù)向下分配，不報錯。具體示例如下圖9，我們在sct文件中劃分兩個RAM區(qū)域，第一個RAM區(qū)域只分配128KB，并且使用星號來進行匹配。
圖9
然后再在程序中，定義一個128KB的數(shù)組，如圖10所示，數(shù)組后面的__attribute__((used))其實是一種：函數(shù)或變量屬性修飾符，用于確保被標記的函數(shù)或變量在程序中不會被優(yōu)化器錯誤地移除。
圖10
然后，我們觀察一下是否可以分配成功，很明顯，如圖11所示，程序報錯了。
報錯信息表示，我們的RW_IRAM1被限制為只有131072bytes，也就是128KB，但是程序實際使用了168848bytes，也就是164KB。顯而易見，星號（*）無法自動向下分配。
圖11
同樣的，我們更改星號（*）為.ANY后，同樣的代碼，就可以完成數(shù)據(jù)的向下自動分配，而不報錯，如圖12所示：
圖12
3、SCT的應用
（6）、應用①：
在STM32里面，經(jīng)常會有很多RAM空間，比如AXI SRAM 、SARM 、SDRAM，這三種RAM的訪問速度都不太一樣，三者的速度排序通常是：AXI SRAM > SRAM > SDRAM。根據(jù)他們的特性，工程師往往會有不同的需求，比如在AXI SRAM中存放一些需要高速執(zhí)行的代碼和數(shù)據(jù)；在SRAM中存放一些代碼、堆?；蝾l繁訪問的數(shù)據(jù)；在SDRAM中適合存放一些大容量數(shù)據(jù)，但不適合時間敏感的實時應用，比如一些字庫數(shù)據(jù)等。
所以以上這些需求，我們完全可以通過更改分散加載文件，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的指定。如圖13所實現(xiàn)的樣例，其實就是通過更改圖14中的分散加載文件，來實現(xiàn)圖13中內存的劃分的。
注意，圖13的代碼中，__attribute__((section (".section_name")))，是用來指定變量或函數(shù)的存儲位置的，告訴編譯器，需要將特定的代碼或數(shù)據(jù)放置到用戶定義的內存區(qū)域（Section）中。然后SDRAM段那里多用了一個zeroinit參數(shù)，且對應的在sct文件中，SDRAM段也有一個UNINIT，這里的作用是，在不掉電復位的場景下，用UNINIT保住sdram段里復位之前的數(shù)據(jù)，復位后，需要被初始化為0的數(shù)據(jù)，就用zeroinit初始化為0，實現(xiàn)對 SDRAM 數(shù)據(jù)的精確控制，這是需要注意的一點。
然后需要注意的是，我這里自定義的區(qū)域，都是用的星號（*）作為前綴，而不是.ANY，如圖14所示。這個意思其實也很明顯，就是想讓用戶對指定的這些內存，擁有絕對的把控，指定哪些變量在哪，就必須在哪里，不可以自動往下分配，防止把變量存儲位置給弄混了，不便于我們后續(xù)給不同的代碼分配不同的訪問速度。
圖13
圖14
最后我們點擊編譯一下工程，然后打開map文件，如圖15可以看到，map文件中列出了對應的 .RAM_D1、.RAM_D2、.RAM_D3 和 .RAM_SDRAM這些段的定義及內存基地址。如圖16可以看到，map文件中展示了變量（如 AXISRAMBuf、D2SRAMBuf、D3SRAMBuf 和 SDRAMSRAMBuf 等）及其所在的內存地址、類型、大小以及對應的段（如 .RAM_D1、.RAM_D2、.RAM_D3 和 .RAM_SDRAM）。在map文件中，這些內存分配結果，都是齊全且顯而易見的。
圖15
圖16
（7）、應用②：可以把一些時間關鍵代碼放置在ITCM RAM里，這個ITCM RAM可以被認為成一個更適合指令的運行RAM空間，速度更快一些，有這么一個優(yōu)勢。
在如下圖17中，可以看到手冊中規(guī)定了，ITCM的位置以及大小，所以我們根據(jù)手冊上的數(shù)據(jù)，在keil的Option選項中，把ITCM RAM的空間給定義到里面。（注意，此應用示例，勾選使用了Option選項中l(wèi)inker里的Use Memory Layout from Target Dialog，所以target選項里的RAM定義才會生效。）
圖17
如果想要指定時間關鍵代碼，將其放在ITCM RAM中，可以不需要像之前那樣，在sct文件里手動添加導入，可以如圖18所示，右鍵工程內部的文件夾，直接對該文件夾下的全部代碼進行內存劃分。比如直接單獨把APP文件夾下的代碼數(shù)據(jù)全部劃分到IRAM2[0x0-0xFFFF]中。同理，也可以把BSP文件夾下的代碼數(shù)據(jù)和SEGGER/HardFault文件夾下的代碼數(shù)據(jù)都規(guī)劃到這里，以提高程序的運行速度，但是要注意的是，這里的ITCM RAM只有64KB，別放超了。
圖18
然后我們可以打開對應的sct文件，看一下keil是否已經(jīng)幫我們把特定的數(shù)據(jù)放到了ITCM RAM里，如圖19所示，可以看到，keil確實幫我們把特定的目標文件的數(shù)據(jù)，給放入到了ITCM RAM中。
圖19
那么接下來，我們再進一步確認一下，當程序運行到特定文件時，他的運行地址是否會切換到ITCM RAM的地址范圍呢，如圖20所示，當我們從main.c運行到MainRAM.c中時，運行地址確實成功切換了。所以，我們想讓時間關鍵代碼運行在更快的RAM中的目標， 也確實實現(xiàn)了。
圖20
且如圖21所示，在map文件中，IRAM2執(zhí)行域確實也變成了0x0000 0000開始的地址。
圖21
（8）、應用③：我們可以利用內部Flash和外部QSPI Flash，做出一個混合運行的程序。這個應用的優(yōu)勢在于，比如我們的數(shù)據(jù)量很大，有一些字庫、圖庫之類的，全部存在CPU內部那點Flash上絕對是不現(xiàn)實的，肯定是要放到外部的，比如QSPI Flash中?；蛘哌€有一些對執(zhí)行速度要求不高的代碼，也都可以全部放置到QSPI Flash里。因為目前128MB的QSPI Flash還是很常見的，所以對于大多數(shù)程序來說，在大小方面已經(jīng)夠了。
然后這個示例，我們也不直接手動更改sct文件了，因為要演示放入到QSPI Flash中的文件會非常多，右鍵工程內部的文件夾，直接對該文件夾下的全部代碼進行劃分即可。
首先，我們要把外部Flash定義在keil的target中，這個定義可以參考ST手冊中對應內核的內存映射表，確定一下外部存儲器應該被定義的地址范圍，比如如下圖22所示，可以看到QSPI Flash的范圍應該是[0x9000 0000-0x9FFF FFFF]。然后由于我們的QSPI Flash只有32MB，所以這里只填入0x9000 0000和0x2000000即可。
圖22
然后我們通過右鍵工程文件夾，來為文件進行批量的劃分，把一些對執(zhí)行速度要求不高的代碼，或者字庫數(shù)據(jù)，全部扔到我們的外部存儲器即可，如圖23所示操作即可。
圖23
接下來還是檢查一下，打開對應的sct文件、map文件，看一下keil是否已經(jīng)幫我們把特定的數(shù)據(jù)放到了QSPI Flash里。如圖24所示，沒有問題，都已經(jīng)被自動規(guī)劃好了。
圖24
然后我們可以調試一下，看一下效果，這里需要注意，在調試前，需要在Flash Download里，選擇上對應的燒錄算法，如圖25所示，內部Flash和外部QSPI Flash的兩個算法都要加載到軟件里來。
圖25
進入到調試后可以看到，程序現(xiàn)象也是符合的，如圖26，至此，我們就完成了一個內部Flash和外部QSPI Flash混合運行的程序。
圖26
三、討論分析
問①：將時間關鍵代碼放置在ITCM RAM里的優(yōu)勢是什么？
答①：ITCM RAM為指令緩存內存，通常具有極低的訪問延遲和較高的帶寬，適合存放時間關鍵代碼，如實時操作系統(tǒng)的調度、ISR（中斷服務程序）等。
四、結論
在嵌入式開發(fā)中，如何合理利用不同類型的內存存儲代碼是優(yōu)化性能和降低成本的關鍵。通過合理配置sct文件，可以實現(xiàn)如本文所描述的：將時間關鍵代碼放置在ITCM中，減小延遲并提高響應速度；而不常用的代碼則可以存放在外部SDRAM或QSPI Flash中，既能節(jié)省內存空間，又能提高程序的擴展性。
理解這些內存和存儲技術的優(yōu)勢和適用場景，可以幫助我們開發(fā)者在實際項目中做出更高效的內存管理決策。
