痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下將關鍵函數重定向到RAM中執行的幾種方法

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　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是MCUXpresso IDE下將關鍵函數重定向到RAM中執行的幾種方法。

　　前段時間痞子衡寫了一篇 《在IAR開發環境下將關鍵函數重定向到RAM中執行的三種方法》，有讀者在文章下面留言，希望也講一講 MCUXpresso IDE 下函數重定向到 RAM 中執行的方法。我們知道函數重定向的實現需要借助 IDE 中鏈接器，不同 IDE 下雖然鏈接器原理差不多，但具體鏈接語法不太一樣。MCUXpresso IDE 的底層工具鏈是 Arm GCC，所以今天的主題其實跟 Arm GCC 鏈接器語法及用法有關。

• Note：本篇基於 《MCUXpresso IDE下工程鏈接文件配置管理與自動生成機制》 一文基礎，除非特殊申明，否則下文均指使用 IDE 自動生成的鏈接文件。

一、准備工作

　　首先需要准備好環境，包含必要的軟件，痞子衡的環境如下：

• 集成開發環境： MCUXpresso IDE_11.4.0_6224，點此下載
• 軟件開發包： SDK_2.10.0_EVK-MIMXRT1170（Toolchain需包含MCUXpresso IDE），點此下載

　　然后按照 《MCUXpresso IDE下SDK工程導入與workspace管理機制》 一文步驟從 SDK 包里導入生成一個工程（就選最簡單的 hello_world 吧）。工程導入成功后，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，然后調整工程設置 Memory 定義中順序如下：

　　現在我們再創建一個新源文件 critical_code.c 用於示例關鍵函數，將這個源文件添加進工程里，critical_code.c 文件中只有如下三個測試函數（它們在 main 函數里會被調用）：

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);
}

　　編譯鏈接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相關的內容如下，顯然 critical_code.c 中的三個函數都會被鏈在 BOARD_FLASH 空間里（均在 .text 段里，函數體本身總大小為 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

　　我們現在要做的事就是將 critical_code.c 文件中的函數重定向到 RAM 里執行，原 MCUXpresso IDE 工程鏈接配置里指定的是 SRAM_DTC_cm7 空間來存放 readwrite 段，那我們就嘗試將關鍵函數重定向到 SRAM_DTC_cm7 里（如需改到 SRAM_ITC_cm7、SRAM_OC1/2 等空間方法類似）。

2.1 __RAMFUNC() 修飾函數

　　第一種方法是借助 MCUXpresso IDE 自帶的頭文件 cr_section_macros.h 里的宏。用 __RAMFUNC(RamAliasName) 宏來修飾函數定義。這種方法主要適用重定向單個關鍵函數，比如我們用它來修飾 critical_func1() 函數：

• Note: __RAMFUNC() 僅重定向被修飾的函數體本身代碼，而該函數中調用的其他函數體本身並不受影響

#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);
}

　　編譯鏈接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相關的內容如下，此時 critical_func1() 已經被放到了 MCUXpresso IDE 內置的 .ramfunc.$RAM 段里，這個段是 MCUXpresso IDE 底層鏈接器專門用來收集重定向到 RAM 里的函數。

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          // 變化處

2.2 自定義section指定函數

　　第二種方法是借助 GNU C 里的 __attribute__ 機制，即用 __attribute__((section("UserSectionName"))) 語法來修飾函數定義，將其放到自定義程序段里。比如我們將 critical_func1() 函數放到名為 .criticalFunc 的自定義段里：

__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 鏈接配置設置界面 Extra linker script input sections 框里，將自定義程序段指定到具體 RAMx 里：

　　編譯鏈接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）你會發現效果其實跟第一種方法是一模一樣的，唯一的區別就是一個用 MCUXpresso IDE 內置的 .ramfunc.$RAM 段名，一個是用自定義段名 .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     // 變化處
                0x20000038                critical_func1
 .criticalFunc.__stub
                0x20000048        0x8 linker stubs

2.3 針對源文件中全部函數

　　前兩種重定向方法都適用單個關鍵函數（如果是多個關鍵函數，按方法逐一添加修飾當然也行），但如果某個源文件里函數特別多，並且我們希望將這個源文件里函數全部重定向到 RAM 里，有沒有更便捷的方法呢？當然有！

　　我們現在將 critical_code.c 文件里全部函數都重定向，首先需要在 MCUXpresso IDE 鏈接配置設置界面去掉 Manage linker script 選項的勾選，將自動生成的 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug.ld 文件在同路徑下拷貝一份重新命名，然后在 Linker script 路徑里指定新的鏈接文件。

　　打開鏈接文件 evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7_Debug_User.ld，在里面分別找到 Main .text/.data SECTION 執行域，將 critical_code.o 從 .text 中移除（注意原單獨 *(.text*) 語句需要刪除），並加進 .data 即可。

　　編譯鏈接修改后的工程，然后查看其映射文件（evkmimxrt1170_hello_world_demo_cm7.map）找到跟 critical_code.c 文件相關的內容如下，此時 critical_func1/2/3() 都鏈接在 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

　　這里順便說一下，本來不想手動改鏈接文件，想借助如下 IDE 選項配置把要增加的語句放到自動生成的鏈接文件里，但實測達不到預期效果，因為 .text 執行域里的原 *(.text*) 語句依舊存在，看起來這個 Extra linker script input sections 框只能添加新語句進鏈接文件，缺少刪除語句的功能。

三、啟動文件中拷貝過程

　　三種函數重定向方法都介紹完了，不知道你是否曾有過這樣的疑問，這些關鍵函數機器碼到底是什么時候怎么從 Flash 中拷貝到 RAM 里的？這要從工程啟動文件 startup_mimxrt1176_cm7.c 談起，在復位函數 ResetISR() 里有全部的 data/bss 等段初始化過程：

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下將關鍵函數重定向到RAM中執行的幾種方法痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

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