KEIL環(huán)境下如何讓代碼在 RAM中運行

經(jīng)常遇到有人使用KEIL時需要將部分或者全部程序代碼放到RAM中運行的問題，現(xiàn)將其總結(jié)在本文中。通過STM32F411Nucleo的一個例子來介紹幾種讓程序在RAM中運行的方法。

我們先從ToggleLED函數(shù)在Flash中執(zhí)行亮滅開始。下面是ToggleLED函數(shù)和它的調(diào)用情況。在main函數(shù)的while（1）里調(diào)用ToggleLED。

void ToggleLED(void)
{ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); /* Insert a 100ms delay */
HAL_Delay(100);
}

int main(void)
{ …… /*##-3- Toggle PA05 IO in an infinite loop######*/
while (1) { ToggleLED(); }
}

編譯環(huán)境的Linker的配置見下圖：
Flash起始地址：0x08000000
RAM起始地址：0x20000000

編譯后從map文件可以看到，ToggleLED以及其中調(diào)用到的HAL_GPIO_TogglePin和HAL_Delay函數(shù)的地址都在FLASH中。

將翻轉(zhuǎn)LED的程序放到SRAM中執(zhí)行
方法一：通過#pragma arm section code = “RAMCODE ”和#pragma arm section。參考Example1代碼。
這種方式，可以同時將多個函數(shù)放到指定的section。具體方法如下：
1. 修改.sct文件，自定義一個叫做RAMCODE的section，放在RW_IRAM1執(zhí)行區(qū)域，地址范圍0x20000000~0x20020000。

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load region size_region
ER_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load address = execution address
*.o (RESET, +First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
} RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data
*.o(RAMCODE)
.ANY (+RW +ZI)
}
}

2. 在工程中使用前面修改的.sct文件

3.以#pragma arm section code = “RAMCODE” 開頭，以#pragma arm section結(jié)尾。將所有需要放到RAMCODE section的函數(shù)包括進來。編譯時，編譯器會自動將這些函數(shù)放到RAMCODE所在0x20000000開始的區(qū)域。

#pragma arm section code = "RAMCODE"
void ToggleLED(void)
{ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); /* Insert a 100ms delay */
HAL_Delay(100);
}

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{ /* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
GPIOx->ODR ^= GPIO_Pin;
}

uint32_t HAL_GetTick(void)
{ return tick;
}

void HAL_Delay(__IO uint32_t Delay)
{ uint32_t tickstart = 0;
tickstart = HAL_GetTick();
while((HAL_GetTick() - tickstart) < Delay)
{
}
}
#pragma arm section

4.從map文件里，可以看到這四個函數(shù)都已經(jīng)被放到了SRAM中。

方法二：通過__attribute__((section(“name ”)))
在KEIL中可以通過__attribute__((at(address)))的方式將變量放到指定的位置。
通過__attribute__((section(“name ”)))的方式將變量或者函數(shù)放到指定的位置。

下面我們來看看如何通過這種方式將程序放到SRAM中執(zhí)行。
1.同樣，我們需要修改.sct文件，自定義一個叫做RAMCODE的section，并在工程選項的linker頁面中，選擇定義好的.sct文件。（見方法一中的第1，2步）

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load region size_region ER_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load address = execution address
*.o (RESET, +First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
}
RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data
*.o(RAMCODE)
.ANY (+RW +ZI)
}
}

2.在需要放到RAM中的函數(shù)前，用__attribute__((section("RAMCODE")))聲明該函數(shù)放在RAMCODE section中。注意，該函數(shù)中調(diào)用到的所有函數(shù)也要放到RAMCODE section中。

__attribute__((section("RAMCODE")))
void ToggleLED(void)
{ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); /* Insert a 100ms delay */
HAL_Delay(100);
}

__attribute__((section("RAMCODE")))
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{ /* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
GPIOx->ODR ^= GPIO_Pin;
}

__attribute__((section("RAMCODE")))
__weak uint32_t HAL_GetTick(void)
{ return uwTick; }

__attribute__((section("RAMCODE")))
__weak void HAL_Delay(__IO uint32_t Delay)
{ uint32_t tickstart = 0;
tickstart = HAL_GetTick();
while((HAL_GetTick() - tickstart) < Delay)
{ }
}

3.從編譯后的map文件可以看出，ToggleLED以及它調(diào)用到的所有函數(shù)都被到了RAM中。

方法二可以覆蓋方法一，也就是說如果你同時用方法一和方法二對同一個函數(shù)的執(zhí)行區(qū)域做了說明。最終起作用的是方法二。還是通過上面提到的代碼來說明。
修改.sct文件。將SRAM分為兩個執(zhí)行區(qū)RW_IRAM1和RW_IRAM2。Section RAMCODE1，RAMCODE2分別位于0x20000000開始，和0x20010000開始的兩個64KB的區(qū)域。

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load region size_region ER_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load address = execution address
*.o (RESET, +First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
}

RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000 { ; RW data
*.o(RAMCODE1)
.ANY (+RW +ZI)
}

RW_IRAM2 0x20010000 0x00010000 {
*.o(RAMCODE2) }
}

2.在代碼中, HAL_GetTick被放在了#pragma的作用域內(nèi)被聲明放在RAMCODE1 section，同時又用__attribute__( ( section ( "RAMCODE2" ) ) ) 將其放在RAMCODE2的section內(nèi)。

#pragma arm section code = "RAMCODE1"
void ToggleLED(void)
{ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
/* Insert a 100ms delay */
HAL_Delay(100); }

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{ /* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
GPIOx->ODR ^= GPIO_Pin;
}

__attribute__( ( section ( "RAMCODE2" ) ) )
uint32_t HAL_GetTick(void)
{ return tick; }

void HAL_Delay(__IO uint32_t Delay)
{ uint32_t tickstart = 0;
tickstart = HAL_GetTick();
while((HAL_GetTick() - tickstart) < Delay) { }
}
#pragma arm section

3.編譯完成后，我們看看map文件中HAL_GetTick被放到了哪個section。

從map里可以看到，最終HAL_GetTick被放在了RAMCODE2 section中。

**如何將整個程序放到SRAM中執(zhí)行
前面介紹了將一個或多個程序放到指定地址執(zhí)行的方法。如果需要放到指定地址的程序比較多，我們還可以將這些需要放到指定地址的程序集中放到一個或幾個C文件中，然后在.sct文件中將這些C文件生成的目標(biāo)文件放到指定地址。
在這里，我們將嘗試將整個程序放到SRAM中執(zhí)行。復(fù)位后程序從FLASH啟動，之后將從SRAM執(zhí)行所有的程序。下面是具體的步驟。
1.將中斷向量表和中斷處理程序放到SRAM中
新建一個startup_stm32f411xe_ram.s文件，放到0x20000000開始的位置（在.sct文件中修改）。注意這里是新建，而不是直接將原來的文件放到SRAM中，為什么呢？大家可以思考一下。在startup_stm32f411xe_ram.s里定義新的SECTION，叫做RESET_ram（還有其他的修改，請對照參考代碼）。在后面的.sct中將把RESET_ram這個section放到SRAM開始的位置上（見第3步）。

Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET_ram, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors_ram
EXPORT __Vectors_End_ram
EXPORT __Vectors_Size_ram
__Vectors_ram DCD 0 ; Top of Stack
DCD 0 ; Reset Handler
DCD NMI_Handler ; NMI Handler
……

2.在SystemInit中將中斷向量表的偏移地址設(shè)置為0x20000000。使能VECT_TAB_SRAM。

#ifdef VECT_TAB_SRAM
SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#else SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
#endif

3.修改.sct文件，將運行時需要的所有目標(biāo)文件都放到SRAM執(zhí)行區(qū)中。這里中斷向量表有同樣的兩份，一份在0x08000000開始的位置，一份在0x20000000開始的位置。

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load region size_region
ER_IROM1 0x08000000 0x00080000 { ; load address = execution address
*.o (RESET, +First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
}
RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data
*.o (RESET_ram, +First)
startup_stm32f411xe_ram.o(+RO)
main.o(+RO +RW)
stm32f4xx_it.o(+RO +RW)
stm32f4xx_hal.o(+RO +RW)
stm32f4xx_hal_gpio.o(+RO +RW)
stm32f4xx_hal_rcc.o(+RO +RW)
stm32f4xx_hal_cortex.o(+RO +RW)
.ANY (+RW +ZI)
}
}

4. 編譯完成后，從map文件或者跟蹤調(diào)試的結(jié)果都可以看到。系統(tǒng)復(fù)位以后，從main函數(shù)開始，所有的程序都在RAM中運行了。
另外，如果你的程序中有用到ARM底層的庫，可以在.sct文件中加入*armlib*(+RO)來將所有用到的庫文件放到SRAM中。