什么是分散加載文件？何時進行分散加載

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(fā)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(huán)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(tài)變量，變量有初值

ZI-Data: 表示未初始化的靜態(tài)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：

映像文件的組成

由上圖可以知道，映像文件由域（區(qū)）、輸出段（節(jié)）和輸入段（節(jié)）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(zhí)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(qū)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(zhí)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

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(qū)）和多個運行時域（區(qū)）組成，其大致結構如下圖所示：

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_IROM10x000000000x00040000;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_IROM10x000000000x00040000;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_IRAM10x100000000x00008000;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
}
}

審核編輯：劉清