痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下将应用程序RW段分散链接的几种方法

2021-10-31 00:09:13

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是MCUXpresso IDE下将应用程序RW段分散链接的几种方法。

　　早期的 MCU 芯片，一般都会嵌入内部 Flash 和 RAM，并且 Flash 和 RAM 都只有一块（即均在连续的映射地址范围内），因此在链接应用程序时处理比较简单，程序 RO 段全部放在单一 Flash 空间，程序 RW 段全部放在单一 RAM 空间即可。

　　随着时代发展，现在的 MCU 越来越高端了，比如那些 Cortex-M7 内核的 MCU 中（最典型的代表 - 恩智浦 i.MXRT 系列）普遍引入了高速 TCM RAM，然后芯片内部也还有一些普通 On-chip RAM，当然芯片也能支持外扩大容量 SDRAM、PSRAM 等，在这种情况下就出现了多块地址空间不连续的 RAM 区域，这时候该如何链接程序 RW 段到这些分散的 RAM 空间里呢？

　　最近痞子衡在支持一个美国G客户，客户做项目选用的 MCUXpresso IDE，在这个 IDE 下客户没有找到完美的 RW 段分散链接解决方案。今天痞子衡就给大家介绍一下 MCUXpresso IDE 下分散链接的几种方法，也顺便提一下 IAR、MDK 下的做法。

Note：本篇是《MCUXpresso IDE下工程链接文件配置管理与自动生成机制》一文的进阶篇。

一、准备开发环境

　　首先需要准备好环境，包含必要的软件，痞子衡的环境如下：

集成开发环境： MCUXpresso IDE_11.4.0_6224，点此下载

软件开发包： SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170（Toolchain需包含MCUXpresso IDE），点此下载

二、引入RW段分散链接问题

　　我们先按照《MCUXpresso IDE下SDK工程导入与workspace管理机制》一文步骤从 SDK 包里导入生成一个工程（就选最简单的 hello_world 吧）。工程导入成功后，会在 \MCUXpressoIDE_11.4.0_6224\workspace\evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7 下看到 .project 工程文件，在 MCUXpresso IDE 下打开这个工程，然后调整工程设置 Memory 定义中顺序如下：

　　原始 hello_world 程序里 RW 段大小为 264 bytes（包含 .data 和 .bss），再加上默认 4KB Heap 和 4KB Stack，这链接在 256 KB 的 SRAM_DTC_cm7 空间里（Alias 名为 RAM）肯定是没问题的。

　　我们现在在 hello_world.c 文件里加两个全局变量 s_buf1 和 s_buf2，再重新编译工程，发现工程编译不过，因为默认链接配置下 IDE 把所有 RW 段全往 Alias 名为 RAM 的空间里放，导致 RAM 空间不够用，但实际上芯片上还有很多空余 RAM2-8。怎么把空余 RAMx 利用起来？这就是问题所在，后面我们会尝试利用 RAM 和 RAM4 来解决问题。

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

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

    // 代码省略...
}

三、回顾IAR/MDK上解决方案

　　在研究 MCUXpresso IDE 下分散链接解决方案之前，我们先看看经典 IDE 下是怎么实现的。

　　首先来看 IAR 下 RW 段分散链接解决方案，我们只需要修改对应链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.icf 如下，注释掉原来 DATA_Region 和 DATA2_region 的分别定义，然后使用 | 运算符将它们的 mem 空间连在一起组成新的 DATA_Region 即可，底下 IAR 链接器就会自动分配 RW, ZI 段到这个新 DATA_Region 里。

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

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

　　再来看 MDK 下 RW 段分散链接解决方案，我们也只需要修改对应链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 如下，需要新增加一个 RW_m_data2 执行域（注意语句摆放位置），在新执行域中也按原 RW_m_data 域中一样添加 .ANY (+RW +ZI) 即可，底下 MDK 链接器就会自动分配 RW, ZI 段到这两个 RW_m_data 空间里。

#define m_data_start                   0x20000000
#define m_data_size                    0x00040000

#define m_data2_start                  0x202C0000
#define m_data2_size                   0x00080000

四、MCUXpresso IDE下几种解决方案

　　现在回到主题 MCUXpresso IDE 下分散链接是怎么实现的，一共有三种方法：

4.1 借助 cr_section_macros.h 里的宏

　　第一种方法是借助 MCUXpresso IDE 自带的头文件 cr_section_macros.h 里的宏。用 __DATA(RamAliasName) 或者 __BSS(RamAliasName) 宏来修饰变量定义，这样 MCUXpresso IDE 在链接时会自动将该变量放到指定 RAMx 里。

4.2 借助 GNU C 的 attribute 机制

　　第二种方法本质上与第一种一样，只不过换个形式，需要借助 GNU C 里的 __attribute__ 机制，即用 __attribute__((section("UserSectionName"))) 语法来修饰变量定义，将其放到自定义程序段里，然后在 MCUXpresso IDE 链接配置设置界面 Extra linker script input sections 框里，将自定义程序段指定到具体 RAMx 里。

4.3 手动修改 .ld 链接文件

　　前两种方法虽然能解决问题，但是遇到多源文件里大量变量定义时就比较麻烦了，不但需要挨个加相应修饰代码，而且也要手工计算好空间大小（合理控制自定义段大小），随着代码增删改动，做不到自适应。那么在 MCUXpresso IDE 下有没有像 IAR/MDK 解决方案那样省心的方式呢？

　　答案当然是有的！在 MCUXpresso IDE 链接配置设置界面去掉 Manage linker script 选项的勾选，将自动生成的 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug.ld 文件在同路径下拷贝一份重新命名，然后在 Linker script 路径里指定新的链接文件。

　　打开链接文件 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug_User.ld，在里面分别找到 Main DATA/BSS SECTION 执行域，跟在后面紧接着加上 Secondary DATA/BSS SECTION 执行域就行了（仿照 Main Section 里的写法，仅需要把 RAM 名字替换掉即可），底下 MCUXpresso IDE 链接器就会自动分配 RW, ZI 段到这两个 RAM 空间里。