MDK的编译过程及文件类型全解
前言：
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本文转载自：第48章 MDK的编译过程及文件类型全解—零死角玩转STM32-F429系列
1. sct分散加载文件的格式与应用
1.1 sct分散加载文件简介
当工程按默认配置构建时，MDK 会根据我们选择的芯片型号，获知芯片的内部 FLASH 及内部 SRAM 存储器概况，生成一个以工程名命名的后缀为 .sct 的分散加载文件 (Linker Control File，scatter loading)，链接器根据该文件的配置分配各个节区地址，生成分散加载代码，因此我们通过修改该文件可以定制具体节区的存储位置。
例如：
（1）可以设置源文件中定义的所有变量自动按地址分配到外部 SDRAM，这样就不需要再使用关键字 “__ attribut e__” 按具体地址来指定了；
（2）利用它还可以控制代码的加载区与执行区的位置，例如可以把程序代码存储到单位容量价格便宜的 NAND-FLASH 中，但在 NAND-FLASH 中的代码是不能像内部 FLASH 的代码那样直接提供给内核运行的，这时可通过修改分散加载文件，把代码加载区设定为 NAND-FLASH 的程序位置，而程序的执行区设定为 SDRAM 中的位置，这样链接器就会生成一个配套的分散加载代码，该代码会把 NAND-FLASH 中的代码加载到 SDRAM 中，内核再从 SDRAM 中运行主体代码，大部分运行 Linux 系统的代码都是这样加载的。
1.2 分散加载文件的格式
************************************************************ ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision *** ; ************************************************************* LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; 注释:加载域，基地址空间大小 ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; 注释:加载地址 = 执行地址 *.o (RESET, +First) *(InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } RW_IRAM1 0x20000000 0x00030000 { ; 注释:可读写数据 .ANY (+RW +ZI) } }
在默认的 sct 文件配置中仅分配了 Code、RO-data、RW-data 及 ZI-data 这些大区域的地址，链接时各个节区(函数、变量等)直接根据属性排列到具体的地址空间。
sct 文件中主要包含描述加载域及执行域的部分，一个文件中可包含有多个加载域，而一个加载域可由多个部分的执行域组成。同等级的域之间使用花括号 “{}” 分隔开，最外层的是加载域，第二层 “{}” 内的是执行域，其整体结构如下图：
1.2.1 加载域
//方括号中的为选填内容 加载域名 (基地址 | ("+"地址偏移)) [属性列表] [最大容量] "{" 执行区域描述+ "}"
配合前面分散加载文件内容，各部分介绍如下：
（1） 加载域名： 名称，在 map 文件中的描述会使用该名称来标识空间。如本例中只有一个加载域，该域名为 LR_IROM1。
（2） 基地址+地址偏移： 这部分说明了本加载域的基地址，可以使用+号连接一个地址偏移，算进基地址中，整个加载域以它们的结果为基地址。如本例中的加载域基地址为 0x08000000，刚好是 STM32 内部 FLASH 的基地址。
（3） 属性列表： 属性列表说明了加载域的是否为绝对地址、N 字节对齐等属性，该配置是可选的。本例中没有描述加载域的属性。
（4） 最大容量： 最大容量说明了这个加载域可使用的最大空间，该配置也是可选的，如果加上这个配置后，当链接器发现工程要分配到该区域的空间比容量还大，它会在工程构建过程给出提示。本例中的加载域最大容量为 0x00100000，即 1MB，正是本型号 STM32 内部 FLASH 的空间大小。
1.2.2 执行域
//方括号中的为选填内容 执行域名 (基地址 | "+"地址偏移) [属性列表] [最大容量 ] "{" 输入节区描述 "}"
执行域的格式与加载域是类似的，区别只是输入节区的描述有所不同，前面的例子中包含了 ER_IROM1 及 RW_IRAM 两个执行域，它们分别对应描述了 STM32 的内部 FLASH 及内部 SRAM 的基地址及空间大小。而它们内部的"输入节区描述"说明了哪些节区要存储到这些空间，链接器会根据它来处理编排这些节区。
1.2.3 输入节区描述
配合加载域及执行域的配置，在相应的域配置"输入节区描述"，即可控制该节区存储到域中，其格式如下：
//除模块选择样式部分外，其余部分都可选选填 模块选择样式"("输入节区样式",""+"输入节区属性")" 模块选择样式"("输入节区样式",""+"节区特性")" 模块选择样式"("输入符号样式",""+"节区特性")" 模块选择样式"("输入符号样式",""+"输入节区属性")"
配合前面举例的分散加载文件内容，各部分介绍如下：
（1） 模块选择样式： 模块选择样式可用于选择 .o 及 .lib 目标文件作为输入节区，它可以直接使用目标文件名或 * 通配符，也可以使用 “.ANY”。
例如：使用语句 “bsp_led.o” 可以选择 bsp_led.o 文件，使用语句 “.o" 可以选择所有 .o 文件，使用 ".lib” 可以选择所有 .lib 文件，使用 * 或 “.ANY” 可以选择所有的 .o 文件及 .lib 文件。其中 “.ANY” 选择语句的优先级是最低的，所有其它选择语句选择完剩下的数据才会被 “.ANY” 语句选中。
（2） 输入节区样式： 我们知道在目标文件中会包含多个节区或符号，通过输入节区样式可以选择要控制的节区。
示例文件中 “(RESET，+First)” 语句的 RESET 就是输入节区样式，它选择了名为 RESET 的节区，并使用后面介绍的节区特性控制字 “+First” 表示它要存储到本区域的第一个地址。示例文件中的 “*(InRoot$$Sections)” 是一个链接器支持的特殊选择符号，它可以选择所有标准库里要求存储到 root 区域的节区，如 __main.o、__scatter.o 等内容。
（3） 输入符号样式： 同样地，使用输入符号样式可以选择要控制的符号，符号样式需要使用 “:gdef:” 来修饰。例如：可以使用 “*(:gdef:Value_Test)” 来控制选择符号 “Value_Test”。
（4） 输入节区属性： 通过在模块选择样式后面加入输入节区属性，可以选择样式中不同的内容，每个节区属性描述符前要写一个 “+” 号，使用空格或 “，” 号分隔开，可以使用的节区属性描述符见下表：
| 节区属性描述符 | 说明 |
|---|---|
| RO-CODE & CODE | 只读代码段 |
| RO-DATA & CONST | 只读数据段 |
| RO & TEXT | 包括 RO-CODE & RO-DATA |
| RW-DATA | 可读写数据段 |
| RW-CODE | 可读写代码段 |
| RW & DATA | 包括RW-DATA & RW-CODE |
| ZI & BSS | 初始化为 0 的可读写数据段 |
| XO | 只可执行的区域 |
| ENTRY | 节区入口点 |
eg：
示例文件中使用 “.ANY(+RO)” 选择剩余所有节区 RO 属性的内容都分配到执行域 ER_IROM1 中，使用 “.ANY(+RW +ZI)” 选择剩余所有节区 RW 及 ZI 属性的内容都分配到执行域 RW_IRAM1 中。
（5）节区特性： 节区特性可以使用 “+FIRST” 或 “+LAST” 选项配置它要存储到的位置，FIRST 存储到区域的头部，LAST 存储到尾部。通常重要的节区会放在头部，而 CheckSum (校验和)之类的数据会放在尾部。
示例文件中使用 “(RESET,+First)” 选择了 RESET 节区，并要求把它放置到本区域第一个位置，而 RESET 是工程启动代码中定义的向量表，该向量表中定义的堆栈顶和复位向量指针必须要存储在内部 FLASH 的前两个地址，这样 STM32 才能正常启动，所以必须使用 FIRST 控制它们存储到首地址。
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset AREA RESET, DATA, READONLY EXPORT __Vectors EXPORT __Vectors_End EXPORT __Vectors_Size __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack DCD Reset_Handler ; Reset Handler DCD NMI_Handler ; NMI Handler
总的来说，我们的 sct 示例文件配置如下：
程序的加载域为内部 FLASH 的 0x08000000，最大空间为 0x00100000；程序的执行基地址与加载基地址相同，其中 RESET 节区定义的向量表要存储在内部 FLASH 的首地址，且所有 .o 文件及 .lib 文件的 RO 属性内容都存储在内部 FLASH 中；程序执行时 RW 及 ZI 区域都存储在以 0x20000000 为基地址，大小为 0x00030000 的空间(192KB)，这部分正好是 STM32 内部主 SRAM 的大小。
链接器根据 sct 文件链接，链接后各个节区、符号的具体地址信息可以在 map 文件中查看。
2. 通过MDK配置选项来修改sct文件
了解 sct 文件的格式后，可以手动编辑该文件控制整个工程的分散加载配置，但sct 文件格式比较复杂，所以 MDK 提供了相应的配置选项可以方便地修改该文件，这些选项配置能满足基本的使用需求，以下将对这些选项进行说明。
2.1 选择sct文件的产生方式
首先需要选择 sct 文件产生的方式，选择使用 MDK 生成还是使用用户自定义的 sct 文件。在 MDK 的 “Options for Target->Linker->Use Memory Layout from Target Dialog” 选项即可配置该选择，见下图：
该选项的译文为 “是否使用 Target 对话框中的存储器分布配置”，勾选后，它会根据 “Options for Target” 对话框中的选项生成 sct 文件，这种情况下，即使我们手动打开它生成的 sct 文件编辑也是无效的，因为每次构建工程的时候，MDK 都会生成新的 sct 文件覆盖旧文件。该选项在 MDK 中是默认勾选的，若希望 MDK 使用我们手动编辑的 sct 文件构建工程，需要取消勾选，并通过 Scatter File 框中指定 sct 文件的路径，见下图：
2.2 通过Target对话框控制存储器分配
我们在 Linker 中勾选了 “使用 Target 对话框的存储器布局” 选项，那么 “Options for Target” 对话框中的存储器配置就生效了。主要配置是在 Device 标签页中选择芯片的类型，设定芯片基本的内部存储器信息以及在 Target 标签页中细化具体的存储器配置(包括外部存储器)，见以下图片：
上图中 Device 标签页中选定了芯片的型号为 STM32F429IGTx，选中后，在 Target 标签页中的存储器信息会根据芯片更新。
在 Target 标签页中存储器信息分成只读存储器 (Read/Only Memory Areas) 和可读写存储器 (Read/Write Memory Areas) 两类，即 ROM 和 RAM，而且它们又细分成了片外存储器 (off-chip) 和片内存储器 (on-chip) 两类。
例如：
由于我们已经选定了芯片的型号，MDK 会自动根据芯片型号填充片内的 ROM 及 RAM 信息，其中的 IROM1 起始地址为 0x80000000，大小为 0x100000，正是该 STM32 型号的内部 FLASH 地址及大小；而 IRAM1 起始地址为 0x20000000，大小为 0x30000，正是该 STM32 内部主 SRAM 的地址及大小。图中的 IROM1 及 IRAM1 前面都打上了勾，表示这个配置信息会被采用，若取消勾选，则该存储配置信息是不会被使用的。
在标签页中的 IRAM2 一栏默认也填写了配置信息，它的地址为 0x10000000，大小为 0x10000，这是 STM32F4 系列特有的内部 64KB 高速 SRAM(被称为CCM)。当我们希望使用这部分存储空间的时候需要勾选该配置，另外要注意这部分高速 SRAM 仅支持 CPU 总线的访问，不能通过外设访问。
下面我们尝试修改 Target 标签页中的这些存储信息，例如：把 IRAM1 的基地址改为 0x20001000，然后编译工程，查看到工程的 sct 文件，和同时使用 IRAM1 和 IRAM2，然后编译工程，做一个比较。
//修改了IRAM1基地址后的sct文件内容 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address *.o (RESET, +First) *(InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } RW_IRAM1 0x20001000 0x00030000 { ; RW data .ANY (+RW +ZI) } }//使用IRAM2时的sct文件内容 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address *.o (RESET, +First) *(InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } RW_IRAM1 0x20000000 0x00030000 { ; RW data .ANY (+RW +ZI) } RW_IRAM2 0x10000000 0x00010000 { .ANY (+RW +ZI) } }
可以发现，sct 文件都根据 Target 标签页做出了相应的改变，除了这种修改外，在 Target 标签页上还控制同时使用 IRAM1 和 IRAM2、加入外部 RAM (如外接的 SDRAM)，外部 FLASH 等。
2.3 控制文件分配到指定的存储空间
设定好存储器的信息后，可以控制各个源文件定制到哪个部分存储器，在 MDK 的工程文件栏中，选中要配置的文件，右键，并在弹出的菜单中选择 “Options for File xxxx” 即可弹出一个文件配置对话框，在该对话框中进行存储器定制，见下图：
在弹出的对话框中有一个 “Memory Assignment” 区域(存储器分配)，在该区域中可以针对文件的各种属性内容进行分配，如 Code/Const 内容 (RO)、Zero Initialized Data 内容 (ZI-data) 以及 Other Data 内容 (RW-data)，点击下拉菜单可以找到在前面 Target 页面配置的 IROM1、IRAM1、IRAM2 等存储器。
例如：图中我们把这个 bsp_led.c 文件的 Other Data 属性的内容分配到了 IRAM2 存储器(在 Target 标签页中我们勾选了 IRAM1 及 IRAM2)，当在 bsp_led.c 文件定义了一些 RW-data 内容时(如初值非 0 的全局变量)，该变量将会被分配到 IRAM2 空间，配置完成后点击 OK，然后编译工程，查看到的 sct 文件内容如下：
//修改bsp_led.c配置后的sct文件 LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address *.o (RESET, +First) *(InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } RW_IRAM1 0x20000000 0x00030000 { ; RW data .ANY (+RW +ZI) } RW_IRAM2 0x10000000 0x00010000 { bsp_led.o (+RW) .ANY (+RW +ZI) } }
可以看到在 sct 文件中的 RW_IRAM2 执行域中增加了一个选择 bsp_led.o 中 RW 内容的语句。
类似地，我们还可以设置某些文件的代码段被存储到特定的 ROM 中，或者设置某些文件使用的 ZI-data 或 RW-data 存储到外部 SDRAM 中(控制 ZI-data 到 SDRAM 时注意还需要修改启动文件设置堆栈对应的地址，原启动文件中的地址是指向内部 SRAM 的)。
虽然 MDK 的这些存储器配置选项很方便，但有很多高级的配置还是需要手动编写 sct 文件实现的，例如：MDK 选项中的内部 ROM 选项最多只可以填充两个选项位置，若想把内部 ROM 分成多片地址管理就无法实现了；另外 MDK 配置可控的最小粒度为文件，若想控制特定的节区也需要直接编辑 sct 文件。