Cortex-M MCU 默认的分散加载文件分析

你提供的这段代码是一个典型的 ARM Cortex-M MCU 的分散加载文件（Scatter-Loading Description File），通常由 Keil MDK（uVision）自动生成。它定义了程序在 Flash 和 RAM 中的存储布局，用于指导链接器（armlink）如何分配代码和数据段。下面详细解析它的结构和作用：

1. 文件结构解析

(1) 整体结构

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

• LR_IROM1：定义了一个 加载区域（Load Region），表示程序在 Flash 中的存储位置和大小。
• ER_IROM1：定义了一个 执行区域（Execution Region），表示代码和只读数据在 Flash 中的执行地址。
• RW_IRAM1：定义了一个 读写数据区域（RW Data Region），表示已初始化和未初始化的全局变量在 RAM 中的存储位置。

(2) 关键部分详解

① LR_IROM1（加载区域）

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region

• LR_IROM1：加载区域的名称（可自定义）。
• 0x08000000：Flash 的起始地址（STM32F1xx/4xx 的默认 Flash 起始地址）。
• 0x00080000：Flash 的大小（512KB，即 0x80000 字节）。
• 作用：定义整个程序在 Flash 中的存储范围。

② ER_IROM1（执行区域）

  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }

• ER_IROM1：执行区域的名称（通常与加载区域同名，表示代码直接在 Flash 执行）。
• 0x08000000 0x00080000：执行地址和大小（与加载区域相同，表示代码在 Flash 中运行）。
• 内容：
  • *.o (RESET, +First)：
    • *.o：所有目标文件（.o）。
    • (RESET, +First)：确保 RESET 段（通常是启动文件中的复位向量表）被放在 Flash 的最前面（地址 0x08000000）。
  • *(InRoot$$Sections)：
    • 包含 CMSIS 或 RTOS 等库中的特殊段（如中断向量表、线程局部存储等）。
  • .ANY (+RO)：
    • .ANY：匹配所有目标文件的段。
    • (+RO)：将所有只读数据（.text、.rodata）放入此区域。
  • .ANY (+XO)：
    • (+XO)：将可执行但不可读的段（如某些 ARM 架构的特殊段）放入此区域（较少使用）。

③ RW_IRAM1（读写数据区域）

  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }

• RW_IRAM1：读写数据区域的名称。
• 0x20000000 0x00010000：RAM 的起始地址（STM32F1xx/4xx 的默认 RAM 起始地址）和大小（64KB）。
• .ANY (+RW +ZI)：
  • .ANY：匹配所有目标文件的段。
  • (+RW +ZI)：将所有已初始化（.data）和未初始化（.bss）的全局变量放入此区域。

2. 该分散加载文件的作用

(1) 代码存储在 Flash（ER_IROM1）

• RESET 段：确保复位向量表位于 Flash 起始地址（0x08000000），这是 Cortex-M 的硬件要求。
• .text 和 .rodata：所有代码和只读数据（如常量字符串）存储在 Flash 中。
• .data 初始值：已初始化的全局变量初始值也存储在 Flash 中（运行时需拷贝到 RAM）。

(2) 数据存储在 RAM（RW_IRAM1）

• .data 段：已初始化的全局变量在程序启动时从 Flash 拷贝到 RAM。
• .bss 段：未初始化的全局变量在 RAM 中清零。

3. 对比 Keil 默认生成的 .sct 文件

你提供的文件是 Keil MDK 的分散加载描述文件，而之前讨论的 .sct 文件是 ARM-GCC 的分散加载文件。它们的功能类似，但语法不同：

4. 实际应用中的注意事项

(1) 确保 Flash 和 RAM 地址正确

• Flash 起始地址：STM32F1xx/4xx 通常是 0x08000000，但不同型号可能不同（如 STM32F7 是 0x08000000 或更高）。
• RAM 起始地址：STM32F1xx/4xx 通常是 0x20000000，大小需与芯片规格一致（如 STM32F407 有 192KB RAM）。

(2) 特殊段的处理

• RESET 段：必须位于 Flash 起始地址，否则 MCU 无法正常启动。
• 中断向量表：通常由启动文件（startup.s）定义，需确保它在 RESET 段中。

(3) 调试与验证

• 查看内存映射：使用 Keil 的 Memory Map 功能（Project -> Options for Target -> Linker -> Map File）生成 .map 文件，确认各段地址是否符合预期。
• 调试时检查变量地址：在 Keil 调试器中查看全局变量的地址，确认它们是否位于 RW_IRAM1 区域。

5. 总结

• Keil 的分散加载描述文件 定义了程序在 Flash 和 RAM 中的存储布局，确保代码和数据正确分配。
• 核心部分：
  • LR_IROM1：定义 Flash 的存储范围。
  • ER_IROM1：定义代码和只读数据的执行地址（通常直接在 Flash 运行）。
  • RW_IRAM1：定义全局变量和静态变量的 RAM 存储位置。
• 与 GCC 的 .sct 文件对比：功能类似，但语法和工具链不同。
• 关键点：确保 RESET 段位于 Flash 起始地址，并正确分配 .data 和 .bss 段到 RAM。

通过合理配置分散加载文件，可以优化 MCU 的内存使用，确保程序正确运行。