ARM处理器的分散加载及特殊应用研究.doc

### ARM处理器的分散加载及特殊应用研究 #### 摘要 本文主要探讨了ARM处理器在嵌入式系统中的分散加载技术及其应用。通过分析ARM ELF目标文件的主要构成，我们详细介绍了分散加载的基本原理、分散加载文件的语法、分散加载过程中连接器生成的预定义符号以及需要重新实现的相关函数等内容。此外，还通过定位目标外设和定义超大型结构体数组这两项具体应用案例进行了深入说明，并提供了完整的工程实例和Bootloader代码。 #### 关键词 分散加载、嵌入式系统、Scatter Loading、Bootloader、ARM ELF #### 引言 ARM处理器以其低廉的价格、低功耗、高集成度和丰富的外设资源，在嵌入式系统设计中占据了重要地位。尤其是在手机、GPS接收机、地图导航等领域有着广泛应用。随着ARM处理器性能的不断提升，如何有效地管理和利用系统中的不同存储器（如Flash、SRAM、SDRAM和NVRAM），以提高系统的运行效率，成为了重要的研究方向之一。分散加载技术作为一种有效的解决方案，能够优化存储器的使用，提高系统的实时性和响应速度。 #### ARM ELF目标文件的主要构成 ARM ELF(Executable and Linking Format)目标文件是ARM架构下编译链接过程的产物，主要包括以下几部分： 1. **.Text段**：由可执行代码组成，属性为只读（RO）。 2. **.Data段**：由已初始化的数据组成，属性为可读写（RW）。 3. **.BSS段**：由未初始化的数据组成，属性为可读写（RW），在应用程序启动时通常会被初始化为零。如果在分散加载文件中指定了UNINIT属性，则不会进行初始化。 #### 分散加载的基本原理 分散加载是一种使程序能够在不同类型的存储器中高效运行的技术。假设嵌入式系统的存储器由ROM存储器和RAM存储器组成，ROM存储器虽然适合存放程序代码，但由于其访问速度较慢，会导致整个系统的运行效率下降。为了提高效率，可以使用分散加载技术将程序的一部分代码和数据从ROM复制到RAM中运行，因为RAM的访问速度远高于ROM。这种技术的基本流程如下： 1. **编译连接**：使用特定的分散加载文件（.scf文件）进行编译连接，该文件定义了程序各部分的加载地址和运行地址。 2. **Bootloader**：系统上电后，首先执行ROM中的Bootloader代码，根据连接时定义的存储器分配方案，将指定的代码和数据从ROM中的加载地址复制到RAM中的运行地址。 3. **运行**：程序在RAM中运行，从而显著提升运行速度。 #### 分散加载文件语法 分散加载文件是对目标硬件中多个存储器块的分块描述，用于指导连接器如何处理程序的加载和运行地址。其基本语法如下： ```plaintext MEMORY { ROM (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 0x400000 RAM (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x100000 } SECTIONS { .text : { *(.text) } > ROM AT> RAM .data : { *(.data) } > RAM .bss : { *(.bss) } > RAM } ``` 其中： - `MEMORY` 定义了存储器区域的配置，包括起始地址和长度。 - `SECTIONS` 定义了各个段的布局，指定了它们在哪个存储器区域中加载和运行。 #### 分散加载时连接器生成的预定义符号 在使用分散加载文件进行编译连接时，连接器会自动生成一系列预定义符号，以便于后续的数据拷贝操作。这些符号包括但不限于： - `_txtptr`：文本段的加载地址。 - `_daddr`：数据段的运行地址。 - `_baddr`：BSS段的运行地址。 #### 重新实现_user_initial_stack_heap()函数 在使用分散加载机制时，还需要对堆栈(stack)和堆(heap)的位置进行调整。这通常涉及到重新实现_user_initial_stack_heap()函数，以确保程序能够在新的存储器布局下正确运行。 通过以上介绍可以看出，分散加载技术对于提高嵌入式系统的运行效率具有重要意义。通过对ARM ELF目标文件的理解、分散加载文件的编写以及连接器生成的符号进行合理配置，可以使程序在不同类型的存储器之间高效运行，从而提高整体性能。