基于ARM处理器的分散加载及特殊应用研究

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1、基于ARM处理器的分散加载及特殊应用研究■桂林长海发展有限责任公司夏爽摘要本文从ARMELF目标文件主要构成出发，详细介绍了分散加载的基本原理、分散加载文件的语法、分散加载时连接器生成的预定义符号及要重新实现的函数等，以定位目标外设和定义超大型结构体数组两项应用来加以说明，并给出完整的工程实例和Bootloader代码，这些都已经在实际工程中多次应用和验证，是笔者实际工程项目的萃取。关键词分散加载嵌入式系统ScatterLoadingBootloaderARM引言在当今的嵌入式系统设计中，ARM处理器以

2、价格便宜、功耗低、集成度高、外设资源丰富和易于使用的特点而得到广泛的应用，在速度和性能方面已达到或超过部分PC104嵌入式计算机的性能，而成本却比相应的PC104计算机低很多，广泛应用于手机、GPS接收机、地图导航、路由器、以太网交换机及其它民用和工业电子设备。在一个采用ARM处理器的实时嵌入式系统中，目标硬件常常由FLASH、SRAM、SDRAM和NVRAM（非易失性RAM）等存储器组成，并定位于不同的物理地址范围，那么，怎样通过软件更好地访问和利用这些不同的存储器并让系统高效地运行？分散加载（Sca

3、tterLoading）就给我们提供了这样一种机制，它可以将内存变量定位于不同的物理地址上的存储器或端口，通过访问内存变量即可达到访问外部存储器或外设的目的。同时，通过分散加载，让大多数程序代码在高速的内部RAM中运行，从而使得系统的实时性大大增强。1ARMELF目标文件的主要构成ARMELF（ExecutableandLinkingFormat）目标文件主要由“.Text段”、“.Data段”、“.BSS段”构成，其它段如“.debug段”、“.comment段”等与本文关系不大，不做介绍。.Text

4、段由可执行代码组成，段类型为Code，属性为RO；.Data段由已初始化数据组成，段类型为Data，属性为RO；.BSS段由未初始化数据组成，段类型为Zero，属性为RW，在应用程序启动时对该段的数据初始化为零，如果在分散加载文件中指定了UNINIT属性，在应用程序启动时不初始化该段。2分散加载的基本原理1假设一个采用ARM处理器的实时嵌入式系统目标硬件的存储器由ROM存储器和RAM存储器组成。当一个嵌入式系统在仿真环境下调试完毕，需要脱机运行的时候，就需要将源程序编译连结成可执行目标代码并烧写到ROM

5、存储器中。由于ROM存储器存取数据的速率比RAM存储器慢，因此，让程序在ROM存储器中运行，CPU每次取指令和取数据操作都要访问ROM存储器，这样需要在CPU的总线周期中插入等待周期，通过降低总线的速率来满足访问慢速的ROM存储器，这样势必会降低CPU的运行速率和效率，因此，分散加载就显得非常必要。ARM的连接器提供了一种分散加载机制，在连接时可以根据分散加载文件（.scf文件）中指定的存储器分配方案将可执行镜象文件分成指定的分区并定位于指定的存储器物理地址。这样，当嵌入式系统在复位或重新上电时，在对C

6、PU相应寄存器进行初始化后，首先执行ROM存储器的Bootloader（自举）代码，根据连结时的存储器分配方案，将相应代码和数据由加载地址拷贝到运行地址，这样，定位在RAM存储器的代码和数据就在RAM存储器中运行，而不再从ROM存储器中取数据或取指令，从而大大提高了CPU的运行速率和效率。分散加载的基本原理如图1所示。图1分散加载的基本原理示意图3分散加载文件语法在一个实时嵌入式系统中，分散加载文件是对目标硬件中的多个存储器块的分块描述，它直接对应目标硬件存储器的起始地址和范围。同时，它在应用程序连接时

7、用于告诉连接器用户程序代码和数据的加载地址和运行地址，在连接时由连接器产生相应的加载地址和运行地址符号，包括代码和数据的加载起始地址、运行地址和长度等，这些符号用于上电后执行启动代码的数据拷贝工作，启动代码根据这些符号，将指定代码和数据由ROM中的加载地址拷贝到RAM中的运行地址中，从而实现代码在高速RAM存储器中的脱机运行。其语法格式如下：存储器块名加载起始地址[长度]{2根区存储器块名运行起始地址[长度]{根区内容}执行区存储器块名运行起始地址[长度]{执行区内容}…}注意：a)每一个分散加载文件必

8、须至少包含一个根区，每个根区的加载地址等于执行地址。b)每一个引导区必须至少包含一个执行区，每一个执行区必须至少包含一个代码段或数据段，一个引导区可以包含几个执行区，每一个执行区只能属于一个引导区。4分散加载时连接器生成的预定义符号在编译连接时如果指定了分散加载文件（.scf文件），在连接后会自动生成如下变量：对RO和RW段，会生成下列符号：Load$$region_name$$Base：代码或数据段的加载地址；Image$$region_