在MDK开发环境下将关键函数重定向到RAM中执行有哪几种方法？

这个关键函数重定向到 RAM 中执行系列文章，痞子衡已经写过 《IAR篇》、《MCUXpresso IDE篇》，今天一鼓作气把 Keil MDK 篇也写了，做个全家桶。
把 Keil MDK 放到最后来写，其实痞子衡是有用意的。第一篇写 IAR，我们基本上是要纯手工改链接文件。第二篇写 MCUXpresso IDE，我们除了手工改链接文件，也在利用它的链接文件配置自动生成功能。现在到了 Keil MDK，这个 IDE 其实跟 MCUXpresso IDE 一样也支持链接文件配置自动生成，但是具体功能设计上有各有千秋，今天我们就来了解下：

• Note：本文使用的 Keil uVision 软件版本是 v5.31.0.0。
  

一、准备工作

为了便于描述后面的函数重定向方法实现，我们先做一些准备工作，选定的硬件平台是恩智浦 MIMXRT1170-EVK，主芯片内部有2MB RAM，外挂了 16MB Flash 和 2 片 32MB SDRAM。这些存储设备在芯片系统中映射地址空间如下：
NOR Flash: 0x30000000 - 0x30FFFFFF （16MB）ITCM RAM:  0x00000000 - 0x0003FFFF （256KB）DTCM RAM:  0x20000000 - 0x2003FFFF （256KB）OCRAM:     0x20200000 - 0x2037FFFF （1.5MB）SDRAM:     0x80000000 - 0x83FFFFFF （64MB）我们随便选择一个测试例程：SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170boardsevkmimxrt1170demo_appshello_worldcm7mdk，其中 flexspi_nor 工程是最典型的代码链接场景（见 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 文件），全部的 readonly 段分配在 0x30000000 - 0x30FFFFFF 空间（在 Flash 中），全部的 readwrite 段分配在 0x20000000 - 0x2003FFFF 空间（在 DTCM 中）。链接文件精简如下：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {  VECTOR_ROM 0x30002000 FIXED 0x00000400 {    * (.isr_vector,+FIRST)  }  ER_m_text 0x30002400 FIXED 0x00FFDC00 {    * (InRoot$$Sections)    .ANY (+RO)  }  RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {    .ANY (+RW +ZI)  }  ARM_LIB_HEAP +0 EMPTY 0x00000400 {  }  ARM_LIB_STACK 0x20040000 EMPTY -0x00000400 {  }}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 hello_world_demo_cm7.uvprojx 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 .rn", n);}void critical_func2(uint32_t n){    PRINTF("Arg * 2 = %d .rn", 2 * n);}void critical_func3(uint32_t n){    PRINTF("Arg * 3 = %d .rn", 3 * n);}编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（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 Flash 空间里（均在 .text 段里）。
===============================================================================Image Symbol Table    Global Symbols    Symbol Name                              Value     Ov Type        Size  Object(Section)    critical_func1                           0x30005429   Thumb Code    28  critical_code.o(.text.critical_func1)    critical_func2                           0x30005449   Thumb Code    32  critical_code.o(.text.critical_func2)    critical_func3                           0x30005469   Thumb Code    36  critical_code.o(.text.critical_func3)===============================================================================Memory Map of the image    Execution Region ER_m_text (Exec base: 0x30002400, Load base: 0x30002400, Size: 0x00003b68, Max: 0x00fbdc00, ABSOLUTE, FIXED)     Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object    0x30005428   0x30005428   0x0000001c   Code   RO           17    .text.critical_func1  critical_code.o    0x30005444   0x30005444   0x00000004   PAD    0x30005448   0x30005448   0x00000020   Code   RO           19    .text.critical_func2  critical_code.o    0x30005468   0x30005468   0x00000024   Code   RO           21    .text.critical_func3  critical_code.o    0x3000548c   0x3000548c   0x00000004   PAD===============================================================================Image component sizes      Code (inc. data)   RO Data    RW Data    ZI Data      Debug   Object Name        96         56          0          0          0        903   critical_code.o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，原链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 中指定的是 DTCM 来存放 readwrite 段，那我们就尝试将关键函数放到 DTCM 里（如需改到 ITCM、OCRAM、SDRAM，方法类似）。
2.1 自定义p指定函数 - 针对单个函数

第一种方法是用 __attribute__((p("UserSectionName"))) 语法来修饰函数定义，将其放到自定义程序段里。这种方法主要适用重定向单个关键函数，比如我们将 critical_func1() 函数放到名为 .criticalFunc 的自定义段里：
__attribute__((p(".criticalFunc"))) void critical_func1(uint32_t n){    PRINTF("Arg = %d .rn", n);}void critical_func2(uint32_t n){    PRINTF("Arg * 2 = %d .rn", 2 * n);}void critical_func3(uint32_t n){    PRINTF("Arg * 3 = %d .rn", 3 * n);}然后在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里将这个自定义的 p .criticalFunc 也放进 RW_m_data 执行域中：
LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {  ; ...  RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {    .ANY (+RW +ZI)    * (.criticalFunc)  ;添加 .criticalFunc 段      ; 第二种写法：*.o (.criticalFunc)  }  ; ...}编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相关的内容如下，此时 critical_func1() 已经被放到自定义段 .criticalFunc 里，并且这个段被 MDK 底层链接器链接到了 RAM 里（RW_m_data 执行域空间）。
================================================================================Image Symbol Table    Global Symbols    Symbol Name                              Value     Ov Type        Size  Object(Section)    critical_func1                           0x20000001   Thumb Code    28  critical_code.o(.criticalFunc)    critical_func2                           0x30005429   Thumb Code    32  critical_code.o(.text.critical_func2)    critical_func3                           0x30005449   Thumb Code    36  critical_code.o(.text.critical_func3)===============================================================================Memory Map of the image    Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30005f60, Size: 0x00000078, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE)    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object    0x20000000   0x30005f60   0x0000001c   Code   RO           17    .criticalFunc       critical_code.o     Execution Region ER_m_text (Exec base: 0x30002400, Load base: 0x30002400, Size: 0x00003b60, Max: 0x00fbdc00, ABSOLUTE, FIXED)    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object    0x30005428   0x30005428   0x00000020   Code   RO           19    .text.critical_func2  critical_code.o    0x30005448   0x30005448   0x00000024   Code   RO           21    .text.critical_func3  critical_code.o    0x3000546c   0x3000546c   0x00000004   PAD===============================================================================Image component sizes      Code (inc. data)   RO Data    RW Data    ZI Data      Debug   Object Name        96         56          0          0          0        903   critical_code.o2.2 自定义p指定函数 - 针对同一文件里的多个函数

第二种方法是利用 #pragma 语法来修饰函数定义（注意 AC5 编译器 Armcc 和 AC6 编译器 Armclang 语法不太一样），将同一源文件里紧挨在一起的多个关键函数放到自定义段里。比如我们将 critical_func1() 和 critical_func2() 函数放到名为 .criticalFunc 的自定义段里：

• Note: 这种方法一般情况下不太推荐，代码可移植性较差。
  

#pragma clang p text = ".criticalFunc"  // 适用 AC6 编译器（范围开始）
//#pragma arm p code = ".criticalFunc"  // 适用 AC5 编译器（范围开始）
void critical_func1(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg = %d .rn", n);
}
void critical_func2(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 2 = %d .rn", 2 * n);
}
#pragma clang p text = ""   // 适用 AC6 编译器（范围结束）
//#pragma arm p code        // 适用 AC5 编译器（范围结束）
void critical_func3(uint32_t n)
{
    PRINTF("Arg * 3 = %d .rn", 3 * n);
}
然后也是同样在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 里将这个自定义的 p .criticalFunc 也放进 RW_m_data 执行域中：

LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {
  ; ...
  RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {
    .ANY (+RW +ZI)
    * (.criticalFunc)  ;添加 .criticalFunc 段
  }
  ; ...
}
编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（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() 均已经被放到自定义段 .criticalFunc 里，并且这个段被 MDK 底层链接器链接到了 RAM 里（RW_m_data 执行域空间）。
===============================================================================Image Symbol Table    Global Symbols    Symbol Name                              Value     Ov Type        Size  Object(Section)    critical_func1                           0x20000001   Thumb Code    28  critical_code.o(.criticalFunc)    critical_func2                           0x20000021   Thumb Code    32  critical_code.o(.criticalFunc)    critical_func3                           0x30005429   Thumb Code    36  critical_code.o(.text.critical_func3)===============================================================================Memory Map of the image    Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30005f50, Size: 0x0000009c, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE)    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object    0x20000000   0x30005f50   0x00000040   Code   RO           17    .criticalFunc       critical_code.o     Execution Region ER_m_text (Exec base: 0x30002400, Load base: 0x30002400, Size: 0x00003b4c, Max: 0x00fbdc00, ABSOLUTE, FIXED)    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object    0x30005428   0x30005428   0x00000024   Code   RO           19    .text.critical_func3  critical_code.o    0x3000544c   0x3000544c   0x00000004   PAD===============================================================================Image component sizes      Code (inc. data)   RO Data    RW Data    ZI Data      Debug   Object Name       100         60          0          0          0        887   critical_code.o       2.3 针对源文件中全部函数前两种重定向方法都是针对具体函数的（如果是多个关键函数分散在多个文件里，按方法逐一添加修饰当然也行），但如果某个库源文件特别多，并且我们希望将这些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，只需要在工程链接文件 LR_m_text 0x30002000 0x00FFE000 {  ; ...  RW_m_data 0x20000000 0x0003F800 {    .ANY (+RW +ZI)    critical_code.o (+RO +RW +ZI)  ;添加 critical_code.o 全部目标  }  ; ...}编译链接修改后的工程，然后查看其映射文件（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。===============================================================================Image Symbol Table    Global Symbols    Symbol Name                              Value     Ov Type        Size  Object(Section)    critical_func1                           0x20000001   Thumb Code    28  critical_code.o(.text.critical_func1)    critical_func2                           0x20000021   Thumb Code    32  critical_code.o(.text.critical_func2)    critical_func3                           0x20000041   Thumb Code    36  critical_code.o(.text.critical_func3)===============================================================================Memory Map of the image    Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30005f30, Size: 0x000000c0, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE)    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object    0x20000000   0x30005f30   0x0000001c   Code   RO           17    .text.critical_func1  critical_code.o    0x2000001c   0x30005f4c   0x00000004   PAD    0x20000020   0x30005f50   0x00000020   Code   RO           19    .text.critical_func2  critical_code.o    0x20000040   0x30005f70   0x00000024   Code   RO           21    .text.critical_func3  critical_code.o===============================================================================Image component sizes      Code (inc. data)   RO Data    RW Data    ZI Data      Debug   Object Name        96         56          0          0          0        903   critical_code.o三、链接文件自动生成功能第二节里介绍的方法都是基于用户自己提供的链接文件，如果想启动 MDK 的链接文件自动生成功能，需要在工程 Option / Linker 里将 Use Memory Layout from Target Dialog 选项勾选上，这时候用户提供的 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf 文件就失效了，MDK 会自动生成一个名为 hello_world_demo_cm7.sct 的链接文件。
自动生成的 hello_world_demo_cm7.sct 链接文件配置非常简单，在工程 Option / Target 里有 Read/Only Memory Areas 和 Read/Write Memory Areas 指定，这里仅简单提供了 RO 和 RW 段空间指定设置，没有关于用户自定义段的单独设置。
不过比较特色的是，在 MDK 里可以单独为某个文件指定 Memory Assignment，这样我们也能跟 2.3 节里的方法一样实现整个文件里的函数重定向。
四、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.S谈起。在复位函数 Reset_Handler 的最后调用了 MDK 内置函数 __main，这个函数中隐藏着玄机，我们可以在 ARM CMSIS 库中找到该函数原型，顺着原型你应该可以发现其中的奥秘。

Reset_Handler:
    cpsid   i
    .equ    VTOR, 0xE000ED08
    ldr     r0, =VTOR
    ldr     r1, =__Vectors
    str     r1, [r0]
    ldr     r2, [r1]
    msr     msp, r2
    ldr   r0,=SystemInit
    blx   r0
    cpsie   i
    ldr   r0,=__main
    bx    r0