MCUXpresso IDE下工程鏈接文件配置管理與自動生成機(jī)制介紹

系統(tǒng)地介紹了 ARM Cortex-M 內(nèi)核微控制器開發(fā)過程中所要了解的主要文件類型：源文件、鏈接文件、工程文件、可重定向文件、映射文件、可執(zhí)行文件、反匯編文件、鏡像文件。

上述 8 種文件中，大家對源文件、工程文件以及鏡像文件這三種應(yīng)該是最熟悉的，而其余文件類型，很多人應(yīng)該都沒有深入研究過，但痞子衡一直認(rèn)為只有深入了解了鏈接文件才算是真正步入嵌入式開發(fā)老手行列。

我們知道不同 IDE 下鏈接文件語法是不一樣的，而恩智浦 MCUXpresso IDE 底層編譯器是 Arm GCC，因此其鏈接文件就是標(biāo)準(zhǔn) GCC 下 .ld 文件。如果你對 .ld 文件語法非常精通，當(dāng)然可以自己從頭開始寫鏈接文件，如果不太熟的話，也不要緊張，MCUXpresso IDE 早就為你掃清了障礙，在這個 IDE 下能夠支持圖形界面里做鏈接配置，然后自動生成相應(yīng)鏈接文件的。今天痞子衡就和大家聊聊這個特性：

一、準(zhǔn)備開發(fā)環(huán)境

首先需要準(zhǔn)備好環(huán)境，包含必要的軟件，痞子衡的環(huán)境如下：

集成開發(fā)環(huán)境：MCUXpresso IDE_11.4.0_6224，點此下載

軟件開發(fā)包：SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170（Toolchain需包含MCUXpresso IDE），點此下載

二、MCUXpresso IDE下鏈接文件配置

現(xiàn)在進(jìn)入正題，我們先從 SDK 包里導(dǎo)入生成一個工程（就選最簡單的 hello_world 吧）。工程導(dǎo)入成功后，會在 \\MCUXpressoIDE_11.4.0_6224\\workspace\\evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7 下看到 .project 工程文件，在 MCUXpresso IDE 下打開這個工程。

2.1 Memory 空間定義

在工程名上右擊選擇 Properties 進(jìn)入選項配置界面，其中 MCU settings 一欄里定義的就是 MCU 實際存儲空間，這是鏈接文件的空間分配基礎(chǔ)，我們后面會將程序里全部的段都鏈接在這些區(qū)域里。

存儲空間屬性(Type)分為兩類：一類是 Flash（存放 RO 段），一類是 RAM（存放 RW 段）。每個屬性的空間都可以被定義很多個，但其中僅 Alias 名為 Flash 和 RAM 的空間才是默認(rèn)被選中用于鏈接程序段的（可通過上下移動按鈕將指定空間調(diào)整到前排 Flash 和 RAM 的位置）。

2.2 默認(rèn)程序段分配

還是在上一節(jié)打開的 Properties 選項配置界面，其中 Settings / Managed Linker Script 頁面就是鏈接文件里具體程序段鏈接設(shè)置，這個頁面的最上面 Manage linker script 要保持勾選，勾選上則代表使用 IDE 的鏈接文件自動生成功能。

在一個具體應(yīng)用程序項目工程里，如果源文件僅包含標(biāo)準(zhǔn) C 和匯編代碼，那么程序段會被默認(rèn)歸納為三大類：RO 段（函數(shù)代碼，常量，全局變量初值等），RW 段（全局變量，重定向到 RAM 中函數(shù)代碼等），Heap/Stack。IDE 里分別提供了這三類程序段的空間指定：

1. Link application to RAM 勾選框：
    - 不勾選，則 RO 段放在 2.1 節(jié)圖中 Alias 名為 Flash 的空間里
    - 勾選上，則 RO 段放在 2.1 節(jié)圖中 Alias 名為 RAM 的空間里
2. Heap and Stack placement 配置框：
    - 可以按需調(diào)整 Heap/Stack 里的 Region，Location，Size，其中 Region 可以是 2.1 節(jié)圖中屬性為 RAM 的任意空間
    - Heap/Stack 默認(rèn)大小均為 4KB，放在 2.1 節(jié)圖中 Alias 名為 RAM 的空間里
3. Global data placement 下拉框：
    - 可以按需鏈接 RW 段到 2.1 節(jié)圖中屬性為 RAM 的任意空間
    - RW 段默認(rèn)放在 2.1 節(jié)圖中 Alias 名為 RAM 的空間里

2.3 自定義程序段分配

除了上一節(jié)鏈接器默認(rèn)的程序段名外，我們也可以自定義一些用戶段名，方便一些特殊代碼處理。這里需要使用 ** attribute ((section("UserSectionName")))** 鏈接器語法來修飾指定函數(shù)/變量，這樣該函數(shù)/變量就會被放在 UserSectionName 段里，然后我們在上一節(jié)圖中鏈接設(shè)置框的最后 Extra linker script input sections 框里單獨(dú)為自定義 UserSectionName 段指定鏈接空間。

比如工程 clock_config.c 文件里如下函數(shù) UpdateSemcClock()，這個函數(shù)在默認(rèn)的 RO .text 段里，RO 段都是鏈接在 Flash 里的，但是我們希望將這個函數(shù)重定向到 ITCM 里執(zhí)行，所以我們可以使用 attribute ((section("CodeQuickAccess"))) 鏈接器語法來修飾這個函數(shù)，然后在 Extra linker script input sections 框里將 CodeQuickAccess 段放到 SRAM_ITC_cm7 空間里即可。

#define AT_QUICKACCESS_SECTION_CODE(func) __attribute__((section("CodeQuickAccess"), __noinline__)) func
#define AT_QUICKACCESS_SECTION_DATA(func) __attribute__((section("DataQuickAccess"))) func

AT_QUICKACCESS_SECTION_CODE(void UpdateSemcClock(void));
void UpdateSemcClock(void)
{
    SEMC->IPCMD = 0xA55A000D;
    while ((SEMC->INTR & 0x3) == 0);
    SEMC->INTR                                = 0x3;
    SEMC->DCCR                                = 0x0B;
    CCM->CLOCK_ROOT[kCLOCK_Root_Semc].CONTROL = 0x602;
}

2.4 自動生成的鏈接文件

鏈接設(shè)置完成后，會在工程目錄 \\MCUXpressoIDE_11.4.0_6224\\workspace\\evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7\\Debug 下自動生成最終鏈接文件（假定用得 debug build），文件一共有三個，其中 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug.ld 是主鏈接文件，感興趣的可以打開這個鏈接文件學(xué)習(xí)一下（如果看不懂語法可以結(jié)合這篇文章 https://www.embedded.com/building-bare-metal-arm-systems-with-gnu-part-3/ ）。

2.5 查看Map文件確認(rèn)

按照 2.1 節(jié)和 2.2 節(jié) 圖中的鏈接設(shè)置，我們編譯鏈接 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7 工程可以得到如下鏈接結(jié)果，從空間占用上來看是符合預(yù)期的。

現(xiàn)在我們可以打開生成的 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map 文件具體分析一下最終鏈接情況，痞子衡摘錄了最核心部分如下：

Memory Configuration
Name             Origin        Length             Attributes
/------------------------------------------------------------/
// RO .text 段在           BOARD_FLASH：0x30000000 - 0x30006eaf，共 28336 個字節(jié)
// RO CodeQuickAccess 段在 BOARD_FLASH：0x30006eb0 - 0x30006ee7，共 56 個字節(jié)
// RO .data_init 段在      BOARD_FLASH：0x30006ee8 - 0x30006eeb，共 4 個字節(jié)
.boot_hdr       0x30000000     0x2000
.text           0x30002000     0x4eb0

// RW CodeQuickAccess 段在 SRAM_ITC_cm7：0x00000000 - 0x00000037，共 56 個字節(jié)
.data_RAM4      0x00000000       0x38 load address 0x30006eb0
 CodeQuickAccess
                0x00000000       0x38 ./board/clock_config.o
                0x00000000                UpdateSemcClock

// RW .data 段在           BOARD_SDRAM：0x80000000 - 0x80000003，共 4 個字節(jié)
.data           0x80000000        0x4 load address 0x30006ee8
 .data.SystemCoreClock
                0x80000000        0x4 ./device/system_MIMXRT1176_cm7.o

// RW .bss 段在            BOARD_SDRAM：0x80000004 - 0x80000107，共 260 個字節(jié)
.bss            0x80000004      0x104

// Heap 在                 BOARD_SDRAM：0x80000108 - 0x80001107，共 4KB
.heap           0x80000108     0x1000

// Stack 在                BOARD_SDRAM：0x82fff000 - 0x82ffffff，共 4KB
.stack          0x82fff000        0x0
                0x82fff000                _vStackBase = .
                0x82fff000                . = ALIGN (0x4)
                0x83000000                _vStackTop = (. + _StackSize)

簡單總結(jié)下，RO 段一般從 Flash 的最前面開始鏈接的，.text 段在最前面，然后是 ramfunc 函數(shù)實體，最后是 .data_init 段（全局變量初值）。RW 段也是從 RAM 的最前面開始鏈接，.data 段在前，.bss 在后，然后是 Heap 和 Stack（Heap/Stack的具體位置是可以設(shè)置的，有 Start、End、Post Data 三種選擇）。

三、MCUXpresso IDE下鏈接小實驗

根據(jù)上面的知識，我們現(xiàn)在來做些鏈接設(shè)置小實驗，在做實驗前，我們調(diào)整下 Memory 定義，把 SDRAM 相關(guān)空間移到后面去，默認(rèn) RAM 用 SRAM_DTC_cm7 空間，這樣看起來習(xí)慣一點。

3.1 默認(rèn) XiP 鏈接

調(diào)整過 Memory 空間順序后的鏈接結(jié)果如下：

3.2 Non-XiP 鏈接

現(xiàn)在我們嘗試使能 Link application to RAM 選項，其余不變，此時可以看到 28396 Bytes 的 RO 段也到了 SRAM_DTC_cm7 空間里，BOARD_FLASH 空間完全沒有任何占用：

3.3 XiP 鏈接，調(diào)整 Stack 大小并放置到 OCRAM1

我們嘗試調(diào)整 Stack 大小到 1KB 并放置到 SRAM_OC1，其余不變，此時可以看到 SRAM_DTC_cm7 空間消耗相比 3.1 節(jié)里少了 4KB，但 SRAM_OC1 空間消耗多了 1KB：

3.4 XiP 鏈接，調(diào)整 RW 段到 OCRAM2

我們嘗試調(diào)整 RW 段到 SRAM_OC2，其余不變，此時可以看到 SRAM_DTC_cm7 空間消耗相比 3.1 節(jié)里少了 264 Bytes，但 SRAM_OC2 空間消耗多了 264 Bytes：

至此，MCUXpresso IDE下工程鏈接文件配置管理與自動生成機(jī)制便介紹完畢了。

審核編輯：劉清