痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法

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　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是MCUXpresso IDE下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法。

　　前段时间痞子衡写了一篇 《在IAR开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行的三种方法》，有读者在文章下面留言，希望也讲一讲 MCUXpresso IDE 下函数重定向到 RAM 中执行的方法。我们知道函数重定向的实现需要借助 IDE 中链接器，不同 IDE 下虽然链接器原理差不多，但具体链接语法不太一样。MCUXpresso IDE 的底层工具链是 Arm GCC，所以今天的主题其实跟 Arm GCC 链接器语法及用法有关。

一、准备工作

　　首先需要准备好环境，包含必要的软件，痞子衡的环境如下：

• 集成开发环境： MCUXpresso IDE_11.4.0_6224，点此下载
• 软件开发包： SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170（Toolchain需包含MCUXpresso IDE），点此下载

　　然后按照 《MCUXpresso IDE下SDK工程导入与workspace管理机制》 一文步骤从 SDK 包里导入生成一个工程（就选最简单的 hello_world 吧）。工程导入成功后，会在 \MCUXpressoIDE_11.4.0_6224\workspace\evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7 下看到 .project 工程文件，在 MCUXpresso IDE 下打开这个工程，然后调整工程设置 Memory 定义中顺序如下：

　　现在我们再创建一个新源文件 critical_code.c 用于示例关键函数，将这个源文件添加进工程里，critical_code.c 文件中只有如下三个测试函数（它们在 main 函数里会被调用）：

void critical_func1(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg = %d .\r\n", n);
}
void critical_func2(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 2 = %d .\r\n", 2 * n);
}
void critical_func3(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n);
}

　　编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，显然 critical_code.c 中的三个函数都会被链在 BOARD_FLASH 空间里（均在 .text 段里，函数体本身总大小为 52bytes）。

Linker script and memory map
LOAD ./source/critical_code.o
**************************************************************
.text           0x30002000     0x4f30
 .text.critical_func1
                0x300026dc       0x10 ./source/critical_code.o
                0x300026dc                critical_func1
 .text.critical_func2
                0x300026ec       0x10 ./source/critical_code.o
                0x300026ec                critical_func2
 .text.critical_func3
                0x300026fc       0x14 ./source/critical_code.o
                0x300026fc                critical_func3
 .rodata.critical_func1.str1.4
                0x30005ea4        0xd ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005eb1        0x3 ff
 .rodata.critical_func2.str1.4
                0x30005eb4       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ec5        0x3 ff
 .rodata.critical_func3.str1.4
                0x30005ec8       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ed9        0x3 ff

二、重定向到RAM中方法

　　我们现在要做的事就是将 critical_code.c 文件中的函数重定向到 RAM 里执行，原 MCUXpresso IDE 工程链接配置里指定的是 SRAM_DTC_cm7 空间来存放 readwrite 段，那我们就尝试将关键函数重定向到 SRAM_DTC_cm7 里（如需改到 SRAM_ITC_cm7、SRAM_OC1/2 等空间方法类似）。

2.1 __RAMFUNC() 修饰函数

　　第一种方法是借助 MCUXpresso IDE 自带的头文件 cr_section_macros.h 里的宏。用 __RAMFUNC(RamAliasName) 宏来修饰函数定义。这种方法主要适用重定向单个关键函数，比如我们用它来修饰 critical_func1() 函数：

• Note: __RAMFUNC() 仅重定向被修饰的函数体本身代码，而该函数中调用的其他函数体本身并不受影响

#include <cr_section_macros.h>

__RAMFUNC(RAM) void critical_func1(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg = %d .\r\n", n);
}
void critical_func2(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 2 = %d .\r\n", 2 * n);
}
void critical_func3(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n);
}

　　编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，此时 critical_func1() 已经被放到了 MCUXpresso IDE 内置的 .ramfunc.$RAM 段里，这个段是 MCUXpresso IDE 底层链接器专门用来收集重定向到 RAM 里的函数。

Linker script and memory map
LOAD ./source/critical_code.o
**************************************************************
.text           0x30002000     0x4f28
 .text.critical_func2
                0x300026dc       0x10 ./source/critical_code.o
                0x300026dc                critical_func2
 .text.critical_func3
                0x300026ec       0x14 ./source/critical_code.o
                0x300026ec                critical_func3
 .rodata.str1.4
                0x30005e9c        0xd ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ea9        0x3 ff
 .rodata.critical_func2.str1.4
                0x30005eac       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ebd        0x3 ff
 .rodata.critical_func3.str1.4
                0x30005ec0       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ed1        0x3 ff
**************************************************************
.data           0x20000000       0x54 load address 0x30006f28
 *(SORT_BY_ALIGNMENT(.ramfunc*))
 .ramfunc.$RAM  0x20000000       0x10 ./source/critical_code.o
                0x20000000                critical_func1          // 变化处

2.2 自定义section指定函数

　　第二种方法是借助 GNU C 里的 attribute 机制，即用 attribute((section("UserSectionName"))) 语法来修饰函数定义，将其放到自定义程序段里。比如我们将 critical_func1() 函数放到名为 criticalFunc 的自定义段里：

__attribute__((section("criticalFunc"))) void critical_func1(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg = %d .\r\n", n);
}
void critical_func2(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 2 = %d .\r\n", 2 * n);
}
void critical_func3(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 3 = %d .\r\n", 3 * n);
}

　　然后在 MCUXpresso IDE 链接配置设置界面 Extra linker script input sections 框里，将自定义程序段指定到具体 RAMx 里：

　　编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）你会发现效果其实跟第一种方法是一模一样的，唯一的区别就是一个用 MCUXpresso IDE 内置的 .ramfunc.$RAM 段名，一个是用自定义段名 criticalFunc 而已。

Linker script and memory map
LOAD ./source/critical_code.o
**************************************************************
.text           0x30002000     0x4f28
 .text.critical_func2
                0x300026dc       0x10 ./source/critical_code.o
                0x300026dc                critical_func2
 .text.critical_func3
                0x300026ec       0x14 ./source/critical_code.o
                0x300026ec                critical_func3
 .rodata.str1.4
                0x30005e9c        0xd ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ea9        0x3 ff
 .rodata.critical_func2.str1.4
                0x30005eac       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ebd        0x3 ff
 .rodata.critical_func3.str1.4
                0x30005ec0       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ed1        0x3 ff
**************************************************************
.data           0x20000000       0x54 load address 0x30006f28
 *(SORT_BY_ALIGNMENT(criticalFunc))
 criticalFunc   0x20000038       0x10 ./source/critical_code.o     // 变化处
                0x20000038                critical_func1
 criticalFunc.__stub
                0x20000048        0x8 linker stubs

2.3 针对源文件中全部函数

　　前两种重定向方法都适用单个关键函数（如果是多个关键函数，按方法逐一添加修饰当然也行），但如果某个源文件里函数特别多，并且我们希望将这个源文件里函数全部重定向到 RAM 里，有没有更便捷的方法呢？当然有！

　　我们现在将 critical_code.c 文件里全部函数都重定向，首先需要在 MCUXpresso IDE 链接配置设置界面去掉 Manage linker script 选项的勾选，将自动生成的 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug.ld 文件在同路径下拷贝一份重新命名，然后在 Linker script 路径里指定新的链接文件。

　　打开链接文件 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug_User.ld，在里面分别找到 Main .text/.data SECTION 执行域，将 critical_code.o 从 .text 中移除，并加进 .data 即可。

　　编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，此时 critical_func1/2/3() 都链接在 RAM 里了。

Linker script and memory map
LOAD ./source/critical_code.o
**************************************************************
 *(SORT_BY_ALIGNMENT(EXCLUDE_FILE(*critical_code.o) .text*))
 .rodata.critical_func1.str1.4
                0x30005e8c        0xd ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005e99        0x3 ff
 .rodata.critical_func2.str1.4
                0x30005e9c       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ead        0x3 ff
 .rodata.critical_func3.str1.4
                0x30005eb0       0x11 ./source/critical_code.o
 *fill*         0x30005ec1        0x3 ff
**************************************************************
 .data           0x20000000       0x7c load address 0x30006f18
  *critical_code.o(SORT_BY_ALIGNMENT(.text.*))
 .text.critical_func1
                0x20000038       0x10 ./source/critical_code.o
                0x20000038                critical_func1
 .text.critical_func2
                0x20000048       0x10 ./source/critical_code.o
                0x20000048                critical_func2
 .text.critical_func3
                0x20000058       0x14 ./source/critical_code.o
                0x20000058                critical_func3
 *fill*         0x2000006c        0x4 ff
 .text.critical_func3.__stub
                0x20000070        0x8 linker stubs

三、启动文件中拷贝过程

　　三种函数重定向方法都介绍完了，不知道你是否曾有过这样的疑问，这些关键函数机器码到底是什么时候怎么从 Flash 中拷贝到 RAM 里的？这要从工程启动文件 startup_mimxrt1176_cm7.c 谈起，在复位函数 ResetISR() 里有全部的 data/bss 等段初始化过程：

extern unsigned int __data_section_table;
extern unsigned int __data_section_table_end;
extern unsigned int __bss_section_table;
extern unsigned int __bss_section_table_end;

__attribute__ ((naked, section(".after_vectors.reset")))
void ResetISR(void) {
    // Disable interrupts
    __asm volatile ("cpsid i");
    __asm volatile ("MSR MSP, %0" : : "r" (&_vStackTop) : );

#if defined (__USE_CMSIS)
// If __USE_CMSIS defined, then call CMSIS SystemInit code
    SystemInit();
#endif // (__USE_CMSIS)

    // Copy the data sections from flash to SRAM.
    unsigned int LoadAddr, ExeAddr, SectionLen;
    unsigned int *SectionTableAddr;

    // Load base address of Global Section Table
    SectionTableAddr = &__data_section_table;

    // Copy the data sections from flash to SRAM.
    while (SectionTableAddr < &__data_section_table_end) {
        LoadAddr = *SectionTableAddr++;
        ExeAddr = *SectionTableAddr++;
        SectionLen = *SectionTableAddr++;
        data_init(LoadAddr, ExeAddr, SectionLen);
    }

    // At this point, SectionTableAddr = &__bss_section_table;
    // Zero fill the bss segment
    while (SectionTableAddr < &__bss_section_table_end) {
        ExeAddr = *SectionTableAddr++;
        SectionLen = *SectionTableAddr++;
        bss_init(ExeAddr, SectionLen);
    }

    // Reenable interrupts
    __asm volatile ("cpsie i");

#if defined (__REDLIB__)
    // Call the Redlib library, which in turn calls main()
    __main();
#endif

    while (1);
}

　　至此，MCUXpresso IDE下将关键函数重定向到RAM中执行的几种方法痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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