什么是分散加載文件

分散加載文件（scatter file）是一個文本文件，它的作用是可以用于描述 ARM 鏈接器生成映像文件所需要的信息。

如果不使用 scatter file 文件來指定，那么 ARM 鏈接器會按照默認的方式來生成映像文件，但是對于某些應用場景來說，我們希望能夠將一些數據放在指定的位置，這個時候，分散加載文件就發揮其作用了。

何時進行分散加載

在之前的一篇文章 [MCU 是如何從上電復位運行到 main 函數的？]中詳細敘述了MCU運行到 main 函數之前所做的操作。簡而言之，主要做了如下三個工作：

• 堆棧以及堆的初始化
• 定位中斷向量表
• 調用 Reset Handler

下圖列出了ARM Cortex M4系列芯片的一個啟動流程，廠商不一樣，會存在細微的差別。

由上述啟動流程可以看到，分散加載操作是在 __main() 函數內部完成的，緊接著，就運行 C 語言運行環境初始化 & C Library 的初始化。

分散加載的原理

在理解分散加載的原理之前，需要明白以下幾個概念：

• Code: 為程序代碼部分
• RO-Data: 表示程序定義的常量及const型數據
• RW-Data:表示已經初始化的靜態變量，變量有初值
• ZI-Data: 表示未初始化的靜態變量，變量無初值

除此之外，因為分散加載的機制是將不同代碼放在不同的存儲空間，因此還需要了解代碼的映像文件的基本概念。ARM 映像文件其實就是源文件經編譯器生成的目標文件 .obj（object file）和相應的 C/C++ 運行時庫（ Runtime Library ）經過連接器的處理后，生成的 axf 格式的映像文件，它可以直接燒錄到目標設備的 ROM 中直接運行或加載后運行。映像文件的組成如下所示：

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由上圖可以知道，映像文件由域（區）、輸出段（節）和輸入段（節）的層次結構組成：

• 輸入段：輸入段包含代碼、初始化數據，或描述未初始化的或在映像執行之前必須設定為 0 的內存片段。這些特性通過 RO 、 RW 和 ZI 這樣的屬性來表示。
• 輸出段：一個輸出段由若干個具有相同 RO 、 RW 或 ZI 屬性的相鄰輸入段組成。輸出段的屬性與組成它的輸入段的屬性相同 。
• 域：一個域由一個、兩個或者三個相鄰的輸出段組成。區中的輸出段根據其屬性排序。首先是 RO 輸出段，然后是 RW 輸出段，最后是 ZI 輸出段。域通常映射到物理內存設備，如 ROM 、 RAM 或外圍設備。

ARM 映像文件各組成部分在存儲系統中的地址有兩種：

• 裝載域
• 運行域

在一個簡單的嵌入式計算機系統中，存儲器一般分為ROM和RAM。鏈接器生成的映像被分為“Read-Only”段和“Read-Write”段（包含已初始化數據和未初始化數據）。通常來說，在程序下載的時候，他們會被下載到ROM上，而在程序開始執行的時候，Read-Write段會從ROM被Copy到RAM，下面就是這個加載過程的示意圖。

裝載域和運行域示意圖")

裝載域和運行域示意圖

以上只是一個簡單的例子，但是在比較復雜的嵌入式系統中，其存儲器往往還包括ROM，SRAM，DRAM，FLASH等等，這個時候就需要分散加載文件了。

分散加載的語法

分散加載文件主要由一個加載時域（區）和多個運行時域（區）組成，其大致結構如下圖所示：

在這里插入圖片描述")

在這里插入圖片描述

本次先介紹一種簡單的情況，一個Cortex M3系列的微控制器有Flash和RAM資源如下所示：

• Flash基址：0x00000000,大小256KB；
• RAM基址：0x10000000,大小32KB

那么分散加載文件可以這么寫：

LR_IROM1 0x00000000 0x00040000        ;定義一個加載域，域基址為0x00000000,大小為0x00040000
{                                     ;對應著實際的 Flash 的大小
    ER_IROM1 0x00000000 0x00040000    ;定義一個運行域，第一個運行域必須和加載域起始地址相同
    {
        *.o(RESER,+First)             ;將RESET最先加載到本域的起始地址，即RESET的起始地址為0
        .ANY(+RO)                     ;加載所有匹配目標文件的只讀屬性數據，包含：Code,RW-Data
    }

    RW_IRAM1 0x10000000 0x00008000    ;定義一個運行時域，域基址為0x10000000,域大小為 0x00008000
    {
        *（+RW+ZI）                   ;加載所有匹配目標文件的RW-Data,ZI-Data
    }
}

總結

上述就是關于分散加載的敘述，所舉的例子比較簡單，在后續的文章中，將針對于其較為復雜的應用進行闡述，歡迎關注wenzi嵌入式軟件公眾號~