痞子衡嵌入式：ARM Cortex-M文件那些事（5）- 映射文件(.map)
大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家讲的是嵌入式开发里的map文件。
第四节课里，痞子衡给大家介绍了第一种output文件-relocatable文件，本文继续给大家讲project生成的第二种output文件-map文件，map文件记录了很多重要的信息，这对于后续调试有很大帮助。
文件关系：链接文件(.icf) + 工程文件(.ewp) + 可重定向文件(.o/.a) -> 映射文件(.map)
痞子衡在第四节课可重定向文件(.o/.a)里分析object文件里的symbol list时讲到由于object文件并没有经过链接，所以所有symbol地址信息是无效的（待分配的），而map文件就是所有relocatable文件经过链接器统一链接后生成的记录链接信息的文件，map文件里可以查到所有symbol在存储器中具体分配地址。话不多说，让我们直接开启map文件分析之旅，以第三节课工程文件(.ewp)里demo工程为例。
一、解析map文件
在IAR软件选项设置options->Linker->List里选中Generate linker map file，编译链接demo工程可在D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\List路径下得到demo.map文件。让我们从头到尾逐一分析里面内容：
1.1 工程文件信息
map文件里第一部分信息记录的是工程文件相关信息，包括工程使用的软件版本，工程编译时间，工程文件目录，工程文件生成文件信息。
###############################################################################
#
# IAR ELF Linker V8.11.2.13589/W32 for ARM 12/Jan/2018 17:37:39
# Copyright 2007-2017 IAR Systems AB.
#
# Output file = D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Exe\demo.elf
# Map file = D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\List\demo.map
# Command line =
# -f C:\Users\Baoge\AppData\Local\Temp\EW5D86.tmp
# (D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj\main.o
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj\reset.o
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj\startup.o
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj\startup_MKL25Z4.o
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj\system_MKL25Z4.o
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj\task.o -o
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Exe\demo.elf --map
# D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\List\demo.map --config
# D:\myProject\bsp\builds\demo/../../linker/iar/KL25Z128xxx4_flash.icf
# --entry Reset_Handler --inline --vfe --text_out locale)
#
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1.2 系统库使用信息
map文件里第二部分信息记录的是工程系统库使用情况，由于task.c里调用了malloc()、free()等HEAP相关操作的API，所以自然我们在编译链接工程时会使用到HEAP相关系统库，这里告诉我们用的是DLib里的DLMalloc，而DLMalloc有很多种不同的HEAP实现策略，我们可在options->General Options->Library Option 2->Heap selection指定具体策略，由于demo工程选的是Automatic，也就是让IDE自动选择，这里告诉我们最终用的策略是advanced heap。
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*** RUNTIME MODEL ATTRIBUTES
***
CppFlavor = *
__Heap_Handler = DLMalloc
__SystemLibrary = DLib
__dlib_version = 6
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*** HEAP SELECTION
***
The advanced heap was selected because the application calls memory
allocation functions outside of system library functions, and there
are calls to deallocation functions in the application.
1.3 各object中Section放置信息
从map文件第三部分开始，就进入非常有用的信息环节了。第一个重要信息就是section放置信息。我们在第四节课可重定向文件(.o/.a)里分析过单个relocatable文件task.o，task.o里各个基本section都有，但是都并没有分配有效地址，而这里列出了所有relocatable文件统一存储和地址分配信息，从这里我们可以看到，链接器在整合各section的时候，都是以object文件为单位的，这意味着同一个object文件里的同一个section里的对象（变量/函数）在存储空间里的位置也是靠在一起的。
另外一个有意思的信息是在第二节课链接文件(.icf)里，我们一共有四句block放置语句，在这里section也被分成了四个block：A0,P1,P2,P3。IDE给每个block重命名了，这些重命名的信息将会在第六节课可执行文件(.out/.elf)里被提到。
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*** PLACEMENT SUMMARY
***
define block Vectors with alignment = 256 { ro section .intvec };
"A0": place at start of [0x00000000-0x0001ffff] { block Vectors };
define block CodeRelocate { section .textrw_init };
define block ApplicationFlash { ro, block CodeRelocate };
"P1": place in [from 0x00000000 to 0x0001ffff] { block ApplicationFlash };
define block CodeRelocateRam { section .textrw };
define block HEAP with size = 1K, alignment = 8 { };
define block ApplicationRam { rw, block CodeRelocateRam, block HEAP };
"P2": place in [from 0x10002000 to 0x1000ffff] { block ApplicationRam };
define block CSTACK with size = 8K, alignment = 8 { };
"P3": place in [from 0x10000000 to 0x10001fff] { block CSTACK };
initialize manually with packing = copy, complex ranges { section .data };
initialize manually with packing = copy, complex ranges { section .textrw };
Section Kind Address Size Object
------- ---- ------- ---- ------
"A0": 0x40
Vectors 0x00000000 0x40 <Block>
.intvec ro code 0x00000000 0x40 startup_MKL25Z4.o [1]
- 0x00000040 0x40
"P1": 0x1a3c
ApplicationFlash 0x00000040 0x1a3c <Block>
.noinit ro code 0x00000040 0x58 reset.o [1]
.rodata const 0x00000098 0x4 main.o [1]
Veneer ro code 0x0000009c 0x10 - Linker created -
.text ro code 0x000000ac 0x20 main.o [1]
.text ro code 0x000000cc 0x58 task.o [1]
.text ro code 0x00000124 0x16f8 dlmalloc.o [3]
.text ro code 0x0000181c 0x50 ABImemset.o [4]
.text ro code 0x0000186c 0x5c ABImemcpy.o [4]
.text ro code 0x000018c8 0x8 heaptramp0.o [3]
.text ro code 0x000018d0 0xa abort.o [3]
.text ro code 0x000018da 0x2 startup_MKL25Z4.o [1]
.text ro code 0x000018dc 0x2c xgetmemchunk.o [3]
.text ro code 0x00001908 0xc XXexit.o [4]
.text ro code 0x00001914 0x90 startup.o [1]
.text ro code 0x000019a4 0xc system_MKL25Z4.o [1]
.text ro code 0x000019b0 0x1a cmain.o [4]
.text ro code 0x000019ca 0x2 startup_MKL25Z4.o [1]
.text ro code 0x000019cc 0x28 data_init.o [4]
.text ro code 0x000019f4 0x8 exit.o [3]
.text ro code 0x000019fc 0xa cexit.o [4]
.text ro code 0x00001a06 0x2 startup_MKL25Z4.o [1]
CodeRelocate 0x00001a08 0x10 <Block>
Initializer bytes const 0x00001a08 0x10 <for CodeRelocateRam-1>
.data_init 0x00001a18 0x4 <Block>
Initializer bytes const 0x00001a18 0x4 <for .data-1>
.text ro code 0x00001a1c 0x2 startup_MKL25Z4.o [1]
.text ro code 0x00001a1e 0x2 startup_MKL25Z4.o [1]
.text ro code 0x00001a20 0xc cstartup_M.o [4]
.text ro code 0x00001a2c 0x40 zero_init3.o [4]
.iar.init_table const 0x00001a6c 0x10 - Linker created -
.rodata const 0x00001a7c 0x0 zero_init3.o [4]
- 0x00001a7c 0x1a3c
"P3": 0x2000
CSTACK 0x10000000 0x2000 <Block>
CSTACK uninit 0x10000000 0x2000 <Block tail>
- 0x10002000 0x2000
"P2": 0x620
ApplicationRam 0x10002000 0x620 <Block>
CodeRelocateRam 0x10002000 0x10 <Block>
CodeRelocateRam-1 0x10002000 0x10 <Init block>
.textrw inited 0x10002000 0x10 task.o [1]
.data 0x10002010 0x4 <Block>
.data-1 0x10002010 0x4 <Init block>
.data inited 0x10002010 0x4 task.o [1]
.bss 0x10002014 0x208 <Block>
.bss zero 0x10002014 0x4 task.o [1]
.bss zero 0x10002018 0x10 task.o [1]
.bss zero 0x10002028 0x18 dlmalloc.o [3]
.bss zero 0x10002040 0x1d8 dlmalloc.o [3]
.bss zero 0x10002218 0x4 xgetmemchunk.o [3]
.noinit uninit 0x1000221c 0x4 task.o [1]
HEAP 0x10002220 0x400 <Block>
HEAP uninit 0x10002220 0x400 <Block tail>
- 0x10002620 0x620
1.4 系统初始化表信息
map文件第四部分列出了经由系统初始化的表，这里只有bss段（即代码中所有仅定义但没有赋初值的全局变量），由于SRAM中数据存有一定不确定性，所以系统必须要在启动时将bss段内所有数据全部清零，以保证程序能正常运行。
*******************************************************************************
*** INIT TABLE
***
Address Size
------- ----
Zero (__iar_zero_init3)
1 destination range, total size 0x208:
0x10002014 0x208
1.5 各object文件所占存储资源信息
map文件第五部分会列出各object文件所占存储资源具体信息，有了这部分信息，我们便知道工程具体是哪个object文件（功能模块）占用资源最多，如果有代码size方面优化的需求，可以选择占用资源较多的object文件里的代码进行针对性地优化。
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*** MODULE SUMMARY
***
Module ro code rw code ro data rw data
------ ------- ------- ------- -------
D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj: [1]
main.o 32 4
reset.o 88
startup.o 144
startup_MKL25Z4.o 74
system_MKL25Z4.o 12
task.o 88 16 20 28
-----------------------------------------------------
Total: 438 16 24 28
command line: [2]
-----------------------------------------------------
Total:
dl6M_tln.a: [3]
abort.o 10
dlmalloc.o 5 880 496
exit.o 8
heaptramp0.o 8
xgetmemchunk.o 44 4
-----------------------------------------------------
Total: 5 950 500
rt6M_tl.a: [4]
ABImemcpy.o 92
ABImemset.o 80
XXexit.o 12
cexit.o 10
cmain.o 26
cstartup_M.o 12
data_init.o 40
zero_init3.o 64
-----------------------------------------------------
Total: 336
Linker created 16 16 9 216
---------------------------------------------------------
Grand Total: 6 740 16 40 9 744
1.6 各object具体分配信息
map文件第六部分记录的是各object文件里的具体对象（变量，函数等）在存储空间里的具体分配，这里的信息对于调试来说非常重要。平时调试时我们除了单步执行、打断点之外，还会配合看内存的实时情况，有时候因为编译器优化的原因，从代码角度看不出逻辑问题（比如我们给变量s_variable0赋值为1），但是内存里（0x10002014）却并没有被更新为1，这时候工程肯定是有问题的，定位到了具体问题，然后我们再考虑解决问题的方法。
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*** ENTRY LIST
***
Entry Address Size Type Object
----- ------- ---- ---- ------
.bss$$Base 0x10002014 -- Gb - Linker created -
.bss$$Limit 0x1000221c -- Gb - Linker created -
.data$$Base 0x10002010 -- Gb - Linker created -
.data$$Limit 0x10002014 -- Gb - Linker created -
.data_init$$Base 0x00001a18 -- Gb - Linker created -
.data_init$$Limit 0x00001a1c -- Gb - Linker created -
.iar.init_table$$Base 0x00001a6c -- Gb - Linker created -
.iar.init_table$$Limit 0x00001a7c -- Gb - Linker created -
?main 0x000019b1 Code Gb cmain.o [4]
ApplicationFlash$$Base 0x00000040 -- Gb - Linker created -
ApplicationFlash$$Limit
0x00001a7c -- Gb - Linker created -
ApplicationRam$$Base 0x10002000 -- Gb - Linker created -
ApplicationRam$$Limit 0x10002620 -- Gb - Linker created -
CSTACK$$Base 0x10000000 -- Gb - Linker created -
CSTACK$$Limit 0x10002000 -- Gb - Linker created -
CodeRelocate$$Base 0x00001a08 -- Gb - Linker created -
CodeRelocate$$Limit 0x00001a18 -- Gb - Linker created -
CodeRelocateRam$$Base 0x10002000 -- Gb - Linker created -
CodeRelocateRam$$Limit 0x10002010 -- Gb - Linker created -
HEAP$$Base 0x10002220 -- Gb - Linker created -
HEAP$$Limit 0x10002620 -- Gb - Linker created -
Region$$Table$$Base 0x00001a6c -- Gb - Linker created -
Region$$Table$$Limit 0x00001a7c -- Gb - Linker created -
Reset_Handler 0x00000041 Code Gb reset.o [1]
SystemInit 0x000019a5 0xc Code Gb system_MKL25Z4.o [1]
Vectors$$Base 0x00000000 -- Gb - Linker created -
Vectors$$Limit 0x00000040 -- Gb - Linker created -
__Vectors_End 0x00000040 Data Gb startup_MKL25Z4.o [1]
__aeabi_memcpy 0x0000186d Code Gb ABImemcpy.o [4]
__aeabi_memcpy4 0x00001895 Code Wk ABImemcpy.o [4]
__aeabi_memset 0x0000181d Code Gb ABImemset.o [4]
__cmain 0x000019b1 Code Gb cmain.o [4]
__data_GetMemChunk 0x000018dd 0x2c Code Gb xgetmemchunk.o [3]
__data_GetMemChunk::start
0x10002218 0x4 Data Lc xgetmemchunk.o [3]
__exit 0x00001909 Code Gb XXexit.o [4]
__iar_Memset4_word 0x0000183d Code Gb ABImemset.o [4]
__iar_Memset_word 0x00001829 Code Gb ABImemset.o [4]
__iar_data_init3 0x000019cd 0x28 Code Gb data_init.o [4]
__iar_dlfree 0x00001271 0x5a4 Code Gb dlmalloc.o [3]
__iar_dlmalloc 0x00000f77 0x2f6 Code Gb dlmalloc.o [3]
__iar_program_start 0x00001a21 Code Gb cstartup_M.o [4]
__iar_systems$$module {Abs}
0x00000001 Data Gb command line/config [2]
__iar_zero_init3 0x00001a2d 0x40 Code Gb zero_init3.o [4]
__vector_table 0x00000000 Data Gb startup_MKL25Z4.o [1]
_call_main 0x000019bd Code Gb cmain.o [4]
_exit 0x000019fd Code Gb cexit.o [4]
_gm_ 0x10002040 0x1d8 Data Lc dlmalloc.o [3]
_main 0x000019c7 Code Gb cmain.o [4]
abort 0x000018d1 0xa Code Gb abort.o [3]
add_segment 0x00000539 0x208 Code Lc dlmalloc.o [3]
exit 0x000019f5 0x8 Code Gb exit.o [3]
free 0x000018c9 0x8 Code Gb heaptramp0.o [3]
heap_task 0x000000db 0x3c Code Gb task.o [1]
init_data_bss 0x00001915 0x54 Code Gb startup.o [1]
init_interrupts 0x00001969 0x12 Code Gb startup.o [1]
init_mparams 0x00000145 0x2a Code Lc dlmalloc.o [3]
init_top 0x0000016f 0x38 Code Lc dlmalloc.o [3]
main 0x000000ad 0x20 Code Gb main.o [1]
mparams 0x10002028 0x18 Data Lc dlmalloc.o [3]
n_variable1 0x1000221c 0x4 Data Gb task.o [1]
normal_task 0x000000cd 0xe Code Gb task.o [1]
prepend_alloc 0x000001b5 0x384 Code Lc dlmalloc.o [3]
ram_task 0x10002001 0x10 Code Gb task.o [1]
s_array 0x10002018 0x10 Data Lc task.o [1]
s_constant 0x00000098 0x4 Data Gb main.o [1]
s_variable0 0x10002014 0x4 Data Lc task.o [1]
s_variable2 0x10002010 0x4 Data Lc task.o [1]
segment_holding 0x00000125 0x20 Code Lc dlmalloc.o [3]
sys_alloc 0x00000749 0x16c Code Lc dlmalloc.o [3]
sys_trim 0x000008b5 0x6a Code Lc dlmalloc.o [3]
tmalloc_large 0x00000931 0x3fe Code Lc dlmalloc.o [3]
tmalloc_small 0x00000d35 0x242 Code Lc dlmalloc.o [3]
[1] = D:\myProject\bsp\builds\demo\Release\Obj
[2] = command line
[3] = dl6M_tln.a
[4] = rt6M_tl.a
1.7 image占用存储资源信息
map文件第七部分会给出整个工程占用存储资源情况的总结，这里我们可以看到工程占用ROM资源6780bytes，RAM资源9760bytes，所以我们在选择芯片时必须保证ROM(FLASH),RAM要大于工程所需。
6 740 bytes of readonly code memory
16 bytes of readwrite code memory
40 bytes of readonly data memory
9 744 bytes of readwrite data memory
二、代码对象与section的关系
痞子衡在第二节课链接文件(.icf)里的讲过section的概念，并且列出了IAR系统里默认的各section的含义。经过上面对map文件的分析，现在让我们直接用demo工程里的main.c和task.c源文件来实例分析section：
| Section | Description | Region | Object |
|---|---|---|---|
| .bss | 未赋初值的全局/静态变量 | RAM(0x10002014 - 0x1000221b) | s_variable0 (0x10002014 - 0x10002017) |
| s_array[16] (0x10002018 - 0x10002027) | |||
| CSTACK | 栈：函数调用返回地址、函数传递实参、局部变量 | RAM(0x10000000 - 0x10001fff) | normal_task/ram_task/heap_task地址、l_variable、*heap |
| .data | 赋初值的全局/静态变量 | RAM(0x10002010 - 0x10002013) | s_variable2 |
| .data_init | 赋初值的全局/静态变量的初值 | ROM(0x00001a18 - 0x00001a1b) | 0x5a(s_variable2) |
| HEAP | 堆：动态内存分配 | RAM(0x10002220 - 0x1000261f) | *heap = (uint8_t *)malloc(16 * sizeof(uint8_t)) |
| .intvec | 中断向量表 | ROM(0x00000000 - 0x0000003f) | startup_MKL25Z4.s里DCD指定的ISR表 |
| .noinit | 指明不初始化的全局/静态变量 | RAM(0x1000221c - 0x1000221f) | n_variable1 |
| .rodata | 常量 | ROM(0x00000098 - 0x0000009b) | s_constant |
| .text | ROM中执行的函数代码 | ROM(0x000000ac - 0x00001a07) | main函数体 (0x000000ad - 0x000000cc) |
| normal_task函数体 (0x000000cd - 0x000000da) | |||
| heap_task函数体 (0x000000db - 0x00000116) | |||
| .textrw | RAM中执行的函数代码 | RAM(0x10002000 - 0x1000200f) | ram_task函数体 |
| .textrw_init | RAM中执行的函数代码的数据 | ROM(0x00001a08 - 0x00001a17) | ram_task函数体 |
至此，嵌入式开发里的map文件痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~
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