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(chǔ)位置，達(dá)到優(yōu)化性能和降低成本的優(yōu)勢(shì)，比如我們想把時(shí)間關(guān)鍵代碼存放在ITCM RAM里面運(yùn)行，而占用空間超大又不需要快速運(yùn)行的代碼，我們可以放到QSPI Flash里面，因?yàn)镼SPI Flash的容量一般都比較大，又或者，將內(nèi)部Flash和外部的QSPI Flash混合使用。所以，通過學(xué)習(xí)分散加載，我們可以很方便地實(shí)現(xiàn)這些功能，獲取到更好的性能和成本優(yōu)勢(shì)。
圖1
二、分散加載
1、基礎(chǔ)知識(shí)
（1）、其實(shí)在我們建立工程的時(shí)候，肯定也是用過分散加載這個(gè)功能的，為什么這么說呢，我們打開option選項(xiàng)里的target，如圖2所示。圖2里對(duì)ROM配置還有RAM配置部分的修改，其實(shí)本質(zhì)上就是對(duì)分散加載文件的修改。
圖2
（2）、分散加載文件在option選項(xiàng)里的Linker選項(xiàng)卡中可以找到，具體操作如圖3左側(cè)所示，點(diǎn)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(nèi)設(shè)置的地址、大小也是一 一對(duì)應(yīng)的，其中每一行的代碼含義我們稍后也會(huì)一 一進(jìn)行講解。然后，如圖4所示，改動(dòng)一下target中的ROM分配，對(duì)應(yīng)的，圖4右邊的分散加載文件就多出了對(duì)應(yīng)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(xiàng)里的Linker選項(xiàng)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(gè)分散加載文件了，但是要注意，指定文件以后，我們Target選項(xiàng)卡中的設(shè)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(duì)圖6 中分散加載文件的代碼進(jìn)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(shí)程序的實(shí)際存儲(chǔ)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(duì)應(yīng) Flash 的基地址（通常用于存儲(chǔ)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(dòng)到 RAM 才能運(yùn)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)行域的大小（2 MB）。
第7行： *.o (RESET, +First)
*是通配符，*.o 表示所有的目標(biāo)文件（.o），這行的意思就是說，把所有以.o結(jié)尾的目標(biāo)文件的代碼，都放置在這里，但是，有一個(gè)條件，就是要把標(biāo)識(shí)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(shí)要引申一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，否則基本看不明白這里的操作含義，因?yàn)镾TM32的運(yùn)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(chǔ)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(dòng)的存儲(chǔ)器，因此就會(huì)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(gè)要求，那么每個(gè)項(xiàng)目工程的啟動(dòng)文件，必須是這樣設(shè)置才可以運(yùn)行。如下圖7所示：（DCD 表示分配 1 個(gè) 4 字節(jié)的空間）
圖7
前面說到CPU會(huì)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(gè)位置，意味著這個(gè)變量的值會(huì)放在這個(gè)區(qū)域的第一個(gè)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(huì)放在存儲(chǔ)器的首位置，而不是放置在存儲(chǔ)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(guān)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(huì)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(dāng)編譯器看到這個(gè)名稱時(shí)，就會(huì)把這段代碼放置在存儲(chǔ)器的首位置，這樣CPU就會(huì)從這里獲得棧頂值，就可以開始加載代碼進(jìn)行運(yùn)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(jìn)入代碼運(yùn)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(huì)因版本而異。鏈接器可以使用 InRoot$$Sections 自動(dòng)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(shí)就是自動(dòng)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(shí)就是自動(dòng)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(gè)區(qū)域，用于存放全局變量、堆棧等運(yùn)行時(shí)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(shí)就是自動(dòng)匹配未分配的讀寫和零初始化段）
（5）、然后.ANY和星號(hào)（*）在使用方面，其實(shí)是有一個(gè)比較關(guān)鍵的區(qū)別的，就是如果指定的區(qū)域滿了，* 不會(huì)自動(dòng)向下分配，而是報(bào)錯(cuò)，.ANY就可以連續(xù)向下分配，不報(bào)錯(cuò)。具體示例如下圖9，我們?cè)趕ct文件中劃分兩個(gè)RAM區(qū)域，第一個(gè)RAM區(qū)域只分配128KB，并且使用星號(hào)來進(jìn)行匹配。
圖9
然后再在程序中，定義一個(gè)128KB的數(shù)組，如圖10所示，數(shù)組后面的__attribute__((used))其實(shí)是一種：函數(shù)或變量屬性修飾符，用于確保被標(biāo)記的函數(shù)或變量在程序中不會(huì)被優(yōu)化器錯(cuò)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(bào)錯(cuò)了。
報(bào)錯(cuò)信息表示，我們的RW_IRAM1被限制為只有131072bytes，也就是128KB，但是程序?qū)嶋H使用了168848bytes，也就是164KB。顯而易見，星號(hào)（*）無法自動(dòng)向下分配。
圖11
同樣的，我們更改星號(hào)（*）為.ANY后，同樣的代碼，就可以完成數(shù)據(jù)的向下自動(dòng)分配，而不報(bào)錯(cuò)，如圖12所示：
圖12
3、SCT的應(yīng)用
（6）、應(yīng)用①：
在STM32里面，經(jīng)常會(huì)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(huì)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(shí)間敏感的實(shí)時(shí)應(yīng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的指定。如圖13所實(shí)現(xiàn)的樣例，其實(shí)就是通過更改圖14中的分散加載文件，來實(shí)現(xiàn)圖13中內(nèi)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(chǔ)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(nèi)存區(qū)域（Section）中。然后SDRAM段那里多用了一個(gè)zeroinit參數(shù)，且對(duì)應(yīng)的在sct文件中，SDRAM段也有一個(gè)UNINIT，這里的作用是，在不掉電復(fù)位的場景下，用UNINIT保住sdram段里復(fù)位之前的數(shù)據(jù)，復(fù)位后，需要被初始化為0的數(shù)據(jù)，就用zeroinit初始化為0，實(shí)現(xiàn)對(duì) SDRAM 數(shù)據(jù)的精確控制，這是需要注意的一點(diǎn)。
然后需要注意的是，我這里自定義的區(qū)域，都是用的星號(hào)（*）作為前綴，而不是.ANY，如圖14所示。這個(gè)意思其實(shí)也很明顯，就是想讓用戶對(duì)指定的這些內(nèi)存，擁有絕對(duì)的把控，指定哪些變量在哪，就必須在哪里，不可以自動(dòng)往下分配，防止把變量存儲(chǔ)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(diǎn)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(duì)應(yīng)的 .RAM_D1、.RAM_D2、.RAM_D3 和 .RAM_SDRAM這些段的定義及內(nèi)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(nèi)存地址、類型、大小以及對(duì)應(yīng)的段（如 .RAM_D1、.RAM_D2、.RAM_D3 和 .RAM_SDRAM）。在map文件中，這些內(nèi)存分配結(jié)果，都是齊全且顯而易見的。
圖15
圖16
（7）、應(yīng)用②：可以把一些時(shí)間關(guān)鍵代碼放置在ITCM RAM里，這個(gè)ITCM RAM可以被認(rèn)為成一個(gè)更適合指令的運(yùn)行RAM空間，速度更快一些，有這么一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
在如下圖17中，可以看到手冊(cè)中規(guī)定了，ITCM的位置以及大小，所以我們根據(jù)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)，在keil的Option選項(xiàng)中，把ITCM RAM的空間給定義到里面。（注意，此應(yīng)用示例，勾選使用了Option選項(xiàng)中l(wèi)inker里的Use Memory Layout from Target Dialog，所以target選項(xiàng)里的RAM定義才會(huì)生效。）
圖17
如果想要指定時(shí)間關(guān)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(dòng)添加導(dǎo)入，可以如圖18所示，右鍵工程內(nèi)部的文件夾，直接對(duì)該文件夾下的全部代碼進(jìn)行內(nèi)存劃分。比如直接單獨(dú)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(yùn)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(duì)應(yīng)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(shí)幫我們把特定的目標(biāo)文件的數(shù)據(jù)，給放入到了ITCM RAM中。
圖19
那么接下來，我們?cè)龠M(jìn)一步確認(rèn)一下，當(dāng)程序運(yùn)行到特定文件時(shí)，他的運(yùn)行地址是否會(huì)切換到ITCM RAM的地址范圍呢，如圖20所示，當(dāng)我們從main.c運(yùn)行到MainRAM.c中時(shí)，運(yùn)行地址確實(shí)成功切換了。所以，我們想讓時(shí)間關(guān)鍵代碼運(yùn)行在更快的RAM中的目標(biāo)， 也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了。
圖20
且如圖21所示，在map文件中，IRAM2執(zhí)行域確實(shí)也變成了0x0000 0000開始的地址。
圖21
（8）、應(yīng)用③：我們可以利用內(nèi)部Flash和外部QSPI Flash，做出一個(gè)混合運(yùn)行的程序。這個(gè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)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(nèi)部那點(diǎn)Flash上絕對(duì)是不現(xiàn)實(shí)的，肯定是要放到外部的，比如QSPI Flash中?；蛘哌€有一些對(duì)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?yàn)槟壳?28MB的QSPI Flash還是很常見的，所以對(duì)于大多數(shù)程序來說，在大小方面已經(jīng)夠了。
然后這個(gè)示例，我們也不直接手動(dòng)更改sct文件了，因?yàn)橐菔痉湃氲絈SPI Flash中的文件會(huì)非常多，右鍵工程內(nèi)部的文件夾，直接對(duì)該文件夾下的全部代碼進(jìn)行劃分即可。
首先，我們要把外部Flash定義在keil的target中，這個(gè)定義可以參考ST手冊(cè)中對(duì)應(yīng)內(nèi)核的內(nèi)存映射表，確定一下外部存儲(chǔ)器應(yīng)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(yīng)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(jìn)行批量的劃分，把一些對(duì)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(chǔ)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(duì)應(yīng)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(dòng)規(guī)劃好了。
圖24
然后我們可以調(diào)試一下，看一下效果，這里需要注意，在調(diào)試前，需要在Flash Download里，選擇上對(duì)應(yīng)的燒錄算法，如圖25所示，內(nèi)部Flash和外部QSPI Flash的兩個(gè)算法都要加載到軟件里來。
圖25
進(jìn)入到調(diào)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(gè)內(nèi)部Flash和外部QSPI Flash混合運(yùn)行的程序。
圖26
三、討論分析
問①：將時(shí)間關(guān)鍵代碼放置在ITCM RAM里的優(yōu)勢(shì)是什么？
答①：ITCM RAM為指令緩存內(nèi)存，通常具有極低的訪問延遲和較高的帶寬，適合存放時(shí)間關(guān)鍵代碼，如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的調(diào)度、ISR（中斷服務(wù)程序）等。
四、結(jié)論
在嵌入式開發(fā)中，如何合理利用不同類型的內(nèi)存存儲(chǔ)代碼是優(yōu)化性能和降低成本的關(guān)鍵。通過合理配置sct文件，可以實(shí)現(xiàn)如本文所描述的：將時(shí)間關(guān)鍵代碼放置在ITCM中，減小延遲并提高響應(yīng)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(nèi)存空間，又能提高程序的擴(kuò)展性。
理解這些內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和適用場景，可以幫助我們開發(fā)者在實(shí)際項(xiàng)目中做出更高效的內(nèi)存管理決策。
