痞子衡嵌入式：在MDK开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法
大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是在MDK开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法。
这个关键函数重定向到 RAM 中执行系列文章，痞子衡已经写过 《IAR篇》、《MCUXpresso IDE篇》，今天一鼓作气把 Keil MDK 篇也写了，做个全家桶。
把 Keil MDK 放到最后来写，其实痞子衡是有用意的。第一篇写 IAR，我们基本上是要纯手工改链接文件。第二篇写 MCUXpresso IDE，我们除了手工改链接文件，也在利用它的链接文件配置自动生成功能。现在到了 Keil MDK，这个 IDE 其实跟 MCUXpresso IDE 一样也支持链接文件配置自动生成，但是具体功能设计上有各有千秋，今天我们就来了解下：
- Note： 本文使用的 Keil uVision 软件版本是 v5.31.0.0。
一、准备工作
为了便于描述后面的函数重定向方法实现，我们先做一些准备工作，选定的硬件平台是恩智浦 MIMXRT1170-EVK，主芯片内部有2MB RAM，外挂了 16MB Flash 和 2 片 32MB SDRAM。这些存储设备在芯片系统中映射地址空间如下：
NOR Flash: 0x30000000 - 0x30FFFFFF （16MB）
ITCM RAM: 0x00000000 - 0x0003FFFF （256KB）
DTCM RAM: 0x20000000 - 0x2003FFFF （256KB）
OCRAM: 0x20200000 - 0x2037FFFF （1.5MB）
SDRAM: 0x80000000 - 0x83FFFFFF （64MB）
我们随便选择一个测试例程：\SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\mdk，其中 flexspi_nor 工程是最典型的代码链接场景（见 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 文件），全部的 readonly 段分配在 0x30000000 - 0x30FFFFFF 空间（在 Flash 中），全部的 readwrite 段分配在 0x20000000 - 0x2003FFFF 空间（在 DTCM 中）。链接文件精简如下：
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 {
}
}
现在我们再创建一个新源文件 critical_code.c 用于示例关键函数，将这个源文件添加进 hello_world_demo_cm7.uvprojx 工程里，critical_code.c 文件中只有如下三个测试函数（它们在 main 函数里会被调用）：
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);
}
编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，显然 critical_code.c 中的三个函数都会被链在 Flash 空间里（均在 .text 段里）。
===============================================================================
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
我们现在要做的事就是将 critical_code.c 文件中的函数重定向到 RAM 里执行，原链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 中指定的是 DTCM 来存放 readwrite 段，那我们就尝试将关键函数放到 DTCM 里（如需改到 ITCM、OCRAM、SDRAM，方法类似）。
2.1 自定义section指定函数 - 针对单个函数
第一种方法是用 __attribute__((section("UserSectionName"))) 语法来修饰函数定义，将其放到自定义程序段里。这种方法主要适用重定向单个关键函数，比如我们将 critical_func1() 函数放到名为 .criticalFunc 的自定义段里：
__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);
}
然后在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里将这个自定义的 section .criticalFunc 也放进 RW_m_data 执行域中：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
; ...
RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
.ANY (+RW +ZI)
* (.criticalFunc) ;添加 .criticalFunc 段
; 第二种写法：*.o (.criticalFunc)
}
; ...
}
编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，此时 critical_func1() 已经被放到自定义段 .criticalFunc 里，并且这个段被 MDK 底层链接器链接到了 RAM 里（RW_m_data 执行域空间）。
===============================================================================
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 自定义section指定函数 - 针对同一文件里的多个函数
第二种方法是利用 #pragma 语法来修饰函数定义（注意 AC5 编译器 Armcc 和 AC6 编译器 Armclang 语法不太一样），将同一源文件里紧挨在一起的多个关键函数放到自定义段里。比如我们将 critical_func1() 和 critical_func2() 函数放到名为 .criticalFunc 的自定义段里：
- Note: 这种方法一般情况下不太推荐，代码可移植性较差。
#pragma clang section text = ".criticalFunc" // 适用 AC6 编译器（范围开始）
//#pragma arm section code = ".criticalFunc" // 适用 AC5 编译器（范围开始）
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 = "" // 适用 AC6 编译器（范围结束）
//#pragma arm section code // 适用 AC5 编译器（范围结束）
void critical_func3(uint32_t n)
{
PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n);
}
然后也是同样在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里将这个自定义的 section .criticalFunc 也放进 RW_m_data 执行域中：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
; ...
RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
.ANY (+RW +ZI)
* (.criticalFunc) ;添加 .criticalFunc 段
}
; ...
}
编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，此时 critical_func1/2() 均已经被放到自定义段 .criticalFunc 里，并且这个段被 MDK 底层链接器链接到了 RAM 里（RW_m_data 执行域空间）。
===============================================================================
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 针对源文件中全部函数
前两种重定向方法都是针对具体函数的（如果是多个关键函数分散在多个文件里，按方法逐一添加修饰当然也行），但如果某个库源文件特别多，并且我们希望将这些源文件里函数全部重定向到 RAM 里，有没有更便捷的方法呢？当然有！
我们现在将 critical_code.c 文件里全部函数都重定向，只需要在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里做如下修改：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
; ...
RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
.ANY (+RW +ZI)
critical_code.o (+RO +RW +ZI) ;添加 critical_code.o 全部目标
}
; ...
}
编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，此时 critical_func1/2/3() 都链接在 RAM 里了。
===============================================================================
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
2.4 被淘汰的 __ram 关键字
IAR 和 MCUXpresso IDE 下都内置了 .ramfunc 段，使用关键字 __ramfunc 或者 __RAMFUNC() 来修饰函数就可以直接将该函数放进内置的 .ramfunc 段里，不需要用户再去手工改链接文件。
早期的 Keil native compiler(CARM) 确实是支持类似的特性的，就是用 __ram 来修饰函数，但是到了 AC5/AC6 这个特性被拿掉了，用户一律需要修改自己链接文件来完成。为了代码兼容，在 MDK 下可以自己定义一个宏，然后链接文件里将 .ramfunc 放进 RW_m_data 执行域里。
#define __ramfunc __attribute__((section(".ramfunc")))
三、链接文件自动生成功能
第二节里介绍的方法都是基于用户自己提供的链接文件，如果想启动 MDK 的链接文件自动生成功能，需要在工程 Option / Linker 里将 Use Memory Layout from Target Dialog 选项勾选上，这时候用户提供的 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 文件就失效了，MDK 会自动生成一个名为 hello_world_demo_cm7.sct 的链接文件。
自动生成的 hello_world_demo_cm7.sct 链接文件配置非常简单，在工程 Option / Target 里有 Read/Only Memory Areas 和 Read/Write Memory Areas 指定，这里仅简单提供了 RO 和 RW 段空间指定设置，没有关于用户自定义段的单独设置。
不过比较特色的是，在 MDK 里可以单独为某个文件指定 Memory Assignment，这样我们也能跟 2.3 节里的方法一样实现整个文件里的函数重定向。
四、启动文件中拷贝过程
三种函数重定向方法都介绍完了，不知道你是否曾有过这样的疑问，这些关键函数机器码到底是什么时候怎么从 Flash 中拷贝到 RAM 里的？这要从工程启动文件 startup_MIMXRT1176_cm7.S 谈起。在复位函数 Reset_Handler 的最后调用了 MDK 内置函数 __main，这个函数中隐藏着玄机，我们可以在 ARM CMSIS 库中找到该函数原型，顺着原型你应该可以发现其中的奥秘。
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开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~
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衡杰(痞子衡)，目前就职于某全球顶级半导体原厂MCU系统部门，担任高级嵌入式系统应用工程师。
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