痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下工程鏈接文件配置管理與自動(dòng)生成機(jī)制

　　大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是MCUXpresso IDE下工程鏈接文件配置管理與自動(dòng)生成機(jī)制。

　　痞子衡在 2018 年初寫(xiě)過(guò)一個(gè)專(zhuān)題《嵌入式開(kāi)發(fā)文件系列》，用 8 篇文章系統(tǒng)地介紹了 ARM Cortex-M 內(nèi)核微控制器開(kāi)發(fā)過(guò)程中所要了解的主要文件類(lèi)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(duì)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(lèi)型，很多人應(yīng)該都沒(méi)有深入研究過(guò)，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(kāi)發(fā)老手行列。

　　我們知道不同 IDE 下鏈接文件語(yǔ)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(duì) .ld 文件語(yǔ)法非常精通，當(dāng)然可以自己從頭開(kāi)始寫(xiě)鏈接文件，如果不太熟的話(huà)，也不要緊張，MCUXpresso IDE 早就為你掃清了障礙，在這個(gè) IDE 下能夠支持圖形界面里做鏈接配置，然后自動(dòng)生成相應(yīng)鏈接文件的。今天痞子衡就和大家聊聊這個(gè)特性：

Note: 在開(kāi)始今天的主題之前，可以先看一下痞子衡的舊文《MCUXpresso IDE下SDK工程在Build配置上與IAR,MDK差異》，本篇實(shí)際上就是這篇文章的后續(xù)。

一、準(zhǔn)備開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境： MCUXpresso IDE_11.4.0_6224，點(diǎn)此下載

軟件開(kāi)發(fā)包： SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170（Toolchain需包含MCUXpresso IDE），點(diǎn)此下載

二、MCUXpresso IDE下鏈接文件配置

　　現(xiàn)在進(jìn)入正題，我們先按照《MCUXpresso IDE下SDK工程導(dǎo)入與workspace管理機(jī)制》一文步驟從 SDK 包里導(dǎo)入生成一個(gè)工程（就選最簡(jiǎn)單的 hello_world 吧）。工程導(dǎo)入成功后，會(huì)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(kāi)這個(gè)工程。

2.1 Memory 空間定義

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

　　存儲(chǔ)空間屬性(Type)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是 Flash（存放 RO 段），一類(lèi)是 RAM（存放 RW 段）。每個(gè)屬性的空間都可以被定義很多個(gè)，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(guò)上下移動(dòng)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(kāi)的 Properties 選項(xiàng)配置界面，其中 Settings / Managed Linker Script 頁(yè)面就是鏈接文件里具體程序段鏈接設(shè)置，這個(gè)頁(yè)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(dòng)生成功能。

　　在一個(gè)具體應(yīng)用程序項(xiàng)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(huì)被默認(rèn)歸納為三大類(lèi)：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(lèi)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(hù)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(yǔ)法來(lái)修飾指定函數(shù)/變量，這樣該函數(shù)/變量就會(huì)被放在 UserSectionName 段里，然后我們?cè)谏弦还?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(gè)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(gè)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(yǔ)法來(lái)修飾這個(gè)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(dòng)生成的鏈接文件

　　鏈接設(shè)置完成后，會(huì)在工程目錄 \MCUXpressoIDE_11.4.0_6224\workspace\evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7\Debug 下自動(dòng)生成最終鏈接文件（假定用得 debug build），文件一共有三個(gè)，其中 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug.ld 是主鏈接文件，感興趣的可以打開(kāi)這個(gè)鏈接文件學(xué)習(xí)一下（如果看不懂語(yǔ)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(lái)看是符合預(yù)期的。

　　現(xiàn)在我們可以打開(kāi)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(gè)字節(jié)
// RO CodeQuickAccess 段在 BOARD_FLASH：0x30006eb0 - 0x30006ee7，共 56 個(gè)字節(jié)
// RO .data_init 段在      BOARD_FLASH：0x30006ee8 - 0x30006eeb，共 4 個(gè)字節(jié)
.boot_hdr       0x30000000     0x2000
.text           0x30002000     0x4eb0

// RW CodeQuickAccess 段在 SRAM_ITC_cm7：0x00000000 - 0x00000037，共 56 個(gè)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(gè)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(gè)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(jiǎn)單總結(jié)下，RO 段一般從 Flash 的最前面開(kāi)始鏈接的，.text 段在最前面，然后是 ramfunc 函數(shù)實(shí)體，最后是 .data_init 段（全局變量初值）。RW 段也是從 RAM 的最前面開(kāi)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(shí)驗(yàn)

　　根據(jù)上面的知識(shí)，我們現(xiàn)在來(lái)做些鏈接設(shè)置小實(shí)驗(yàn)，在做實(shí)驗(yàn)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(lái)習(xí)慣一點(diǎn)。