《APM32芯得》系列內容為用戶使用APM32系列產品的經驗總結，均轉載自21ic論壇極海半導體專區，全文未作任何修改，未經原文作者授權禁止轉載。

在有些情況下，我們想要把代碼放到SDRAM運行。下面介紹在APM32的MCU中，如何把代碼重定位到SDRAM運行。對于不同APM32系列的MCU，方法都是一樣的。

1、APM32啟動模式

熟悉MCU都知道，可以通過配置 BOOT0/1 兩個引腳的高低電平，選擇不同的啟動方式。對于APM32來說也是一樣的，可以配置 BOOT0/1 引腳電平選擇不同的啟動模式，下表是我從APM32的用戶手冊截圖的啟動模式配置表：

有內置SRAM、Flash、系統存儲區啟動3種模式。對于讓程序重定位到SDRAM運行，我們選擇Flash啟動即可。

不同的啟動模式，本質其實就是MCU上電時，從哪個地址處讀取出數據然后賦值給PC寄存器，以及SP寄存器。比如選擇從Flash啟動，MCU上電時，0x08000000處起始的4個字節的數據，賦值給SP寄存器，08000004處起始的4個字節的數據賦值給PC寄存器。設置了SP和PC寄存器，程序就可以正常運行了。

MCU上電，PC寄存器從哪里開始取值，和后面要講的把代碼搬運到SDRAM運行，是有關聯的，所以這里提一下APM32的啟動模式。

2、程序段概念的引入

一個程序的源碼被編譯之后，鏈接器會根據代碼中的不同屬性，把他們劃分為一個個不同的段，比如 .text段、.rodata段、.data段、.bss/.zi段等等，還有用戶也可以自定義一些段，比如把所有初始化的代碼，自定義一個初始化段。

.text段：代碼段或者文本段。我們編寫的代碼，鏈接器都是歸類在這個段的。對于MCU來說就是存放在內部的Flash中。

.rodata段：只讀數據段。比如我們使用const定義的變量，或者定義的字符串這些，都被鏈接到只讀數據段。只讀數據段和代碼段，都是只能讀不能寫，所以都是存放在Flash中的。

.data段：可讀可寫的數據段。我們定義的初始化為非0的全局變量、非0的靜態局部變量，都是存放在這個段的。

.bss/.zi段：.bss段或者.zi段，都是同一個段，只是叫法不一樣。.bss段和.data段是一樣的，都是可讀可寫的數據段的一種。.bss段存放的就是初始值為0的全局變量或者初始值為0的靜態局部變量。

既然.data段和.bss段存放的內容基本一樣，為什么要把這兩個段分開存放？這是因為.bss段的初值是0，不需要燒錄到Flash里面存放，在程序使用之前，我們把.bss段的對應區域給清0就行了，這樣不需要浪費Flash空間。

堆：一段空閑的內存空間，可以給程序員自由使用。可以通過一些內存管理接口函數進行申請和釋放。

棧：也是一塊內存空間，不過程序自行管理。C語言的運行需要棧，MCU上電時就需要把SP（棧）寄存器指向一片正常可用的RAM作為棧來使用。

用戶如果有需要，也可以自定義自己的段，然后鏈接器會根據用戶的要求，把指定的代碼編譯到自定義的段。

我們要把代碼重定位到SDRAM運行，本質就是復制這些段的數據，把這些數據復制到它們應該位于的地方（代碼應該要位于鏈接地址處運行）。

3. keil散列文件語法分析

前面提到，代碼的重定位，本質就是數據的復制。數據的復制有3個要點要知道：從那里復制（源地址）、復制到哪里去（目的地址）、復制多長（長度）。

源地址：我們要從哪里開始復制數據呢？其實就是加載地址，我們程序燒錄到哪個位置，那就是加載地址。比如程序燒寫到內部的Flash中，那么加載地址就是0x08000000 。程序存放到外部的SPI Flash中，加載地址就是存放在外部SPI Flash的地址。

目的地址：要把程序復制到這里的地址，就是程序的鏈接地址，程序的運行就是要位于它的鏈接地址處運行（當然如果寫的所有代碼都是位置無關碼，那么可以不在鏈接地址處運行）。

長度：復制多長。

上面提到的這些復制數據所需的信息，所有的這一切都可以從鏈接腳本中獲取到，它是用來指導鏈接器如何進行鏈接的一種規則文件。對于Keil來說，鏈接腳本指的就是散列文件。

3.1 Keil默認的散列文件示例

下面的代碼是keil自動生成的APM32F407ZG型號的散列文件：

; *************************************************************

; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***

; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region

ER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address

*.o (RESET, +First)

*(InRoot$Sections)

.ANY (+RO)

.ANY (+XO)

}

RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data

.ANY (+RW +ZI)

}

}

一個散列文件，是由多個加載域、執行域和輸入段所組成。可以通過Keil幫助文檔獲得這些內容的講解。

3.2 散列文件語法

上面的示例，每個數據、符號代表什么意義？這些內容我們可以通過Keil的幫助文檔學習到，安裝了Keil軟件，就可以獲取到幫助文檔信息了。

打開鏈接相關的文檔，找到散列文件的語法介紹。

下圖就是幫助文檔關于散列文件的組成結構：

根據上圖：一個散列文件可以一個或多個加載域，每個加載域又可以包含多個可執行域，而可執行域是由各個段（如代碼段、數據段等）組成的。

3.2.1加載域語法

load_region_description ::=

load_region_name ( base_address | ("+" offset )) [ attribute_list ] [ max_size ]

"{"

execution_region_description +

"}"

load_region_name就是加載域的名稱，base_address加載域的基地址，加載域的長度（就是整個程序燒錄的大小）。然后加載域里面包含一個或多個可執行域。

以上面的示例為例：

LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region

}

加載域名稱就是 LR_IROM1，起始地址0x08000000，長度0x00100000。

3.2.2 可執行域語法

execution_region_description ::=exec_region_name ( base_address | "+" offset ) [ attribute_list ] [ max_size | length ]"{"input_section_description *"}"

和加載域的描述也是類似的。然后可執行域里面就是由各個段組成的。

3.2.3 輸入段

前面是選擇代碼的哪些區域空間鏈接進這個段，后面是段的名字。

比如：main.o(+RO) 就是說main.o文件鏈接到RO段。

常見段類型的解析：

*.o (RESET, +First) ：指的是所有的.o文件的RESET段，+First就是要求RESET段要鏈接到程序最開始的地方。

*(InRoot$$Sections)：鏈接器去鏈接Keil自帶的一部分代碼。這部分代碼的作用主要是數據段的重定位和清除bss段

.ANY (+RO)：.ANY作用和 * 一樣，指的是所有的意思，但是優先級比 * 低。這里說是把所有文件的RO段（Read Only段）放到這里。

.ANY (+XO)：所有的 execute-only 段。

3.3如何通過散列文件獲取源、目的、長度

我們學習散列文件的目的就是為了得到代碼重定位的源（加載地址）、目的（鏈接地址）、和長度。那么我們如何通過散列文件獲取這些信息？

Keil的鏈接器定義了各種符號，通過這些符號我們可以獲取到這些信息。

3.3.1 可執行域區域信息

通過可執行域的這些符號，我們就知道把代碼復制到哪里去了。

3.3.2 加載域區域信息

通過加載域的這些信息，可以獲取到各個段（代碼段、數據段、bss段）的起始地址，和長度信息。

4. 代碼重定位到SDRAM的方法

我們為什么要把代碼重定位到SDRAM運行？

一般有兩種情況：

內部Flash空間不足，不能存放下所有的代碼。這個時候我們就只能把編譯得到的bin文件燒錄到外部的存儲設備了，比如SPI Flash等。但是SPI Flash根本就不能運行代碼，所以MCU上電后就需要把SPI Flash的bin文件，搬運到SDRAM或者其他可運行代碼的存儲設備。

為了得到更快的執行速率，這個時候我們可以把代碼搬運到SRAM或者SDRAM執行。（但是對于MCU來說，我不確定是內部的Flash執行代碼更快還是SDRAM更快）

對于第一種情況，是很常用的。比如嵌入式Linux的設備，就是這種啟動方式，內核鏡像存儲在外部EMMC、SD卡等這種大容量設備中，但是他們都無法執行代碼，所以上電后會把內核鏡像搬運到內存中運行。

根據這兩種情況，我們可以有兩種方法把代碼搬運到SDRAM運行。

應用程序自己復制自己

通過Bootloader程序，復制應用程序

4.1 程序自己復制自己

當整個應用程序都燒寫在MCU的內部Flash時，這個時候我們可以使用這種方法，讓應用程序自己復制自己到內存中，比如SDRAM運行。

當然在這種情況中，我好像想不到把程序復制到SDRAM運行的意義。是為了獲得更快的代碼運行速度？但是我也不確定程序在內部Flash運行更快還是SDRAM運行更快？

可能唯一的意義可以就是可以學習到代碼重定位相關的知識了吧......

廢話少說，程序它為什么可以自己復制自己？

我們前面介紹過，程序運行應該位于它的鏈接地址上，但是當這個程序的所有代碼都是位置無關碼的時候，它就可以不在鏈接地址上運行。位置無關碼就是這段代碼可以在任何地址上正常運行，它與執行的位置無關。

位置無關碼編寫要求：

匯編指令，不能使用絕對跳轉。比如對PC指針賦值跳轉，或者使用跳轉指令，跳轉到某個地址值。比如下面這些就是絕對跳轉

; 下面這種跳轉方式就是絕對跳轉

ldr PC, =main

LDR R0, =SystemInit

BLX R0

; BL指令是相對跳轉指令

BL main

C言語，不能使用函數指針調用函數。因為函數指針調用方式就是指向一個確定的地址值，而這個地址是鏈接時分配的地址，代碼沒有在鏈接地址處運行的時候，跳轉過去程序只能崩潰

對于訪問數據的話，不要去訪問全局變量、靜態局部變量、字符串。

我們把應用程序燒寫到MCU內部的Flash時，可以在應用程序的最前面一部分代碼， 放置重定位相關的代碼，這重定位相關的代碼編寫要求就是必須使用位置無關碼編寫。

因為當我們要把程序放到SDRAM運行時，就需要修改程序的鏈接地址指向SDRAM的內存空間，而MCU剛上電，是從Flash的空間開始取指令運行的，所以Flash最開始的那一部分代碼必須是位置無關碼，否則就無法正常運行。

4.2 Bootloader復制應用程序

當應用程序太大，無法燒錄到內部Flash時，就只能燒寫到外部Flash。

這個時候，就可以編寫一個簡單的程序（當然你也可以做得很復雜，做到適配各種外部存儲設備，各種協議什么的），它的主要作用就是復制應用程序到鏈接地址處運行。

然后把這個程序燒寫到內部的Flash上，MCU上電，可以先運行這段代碼，接著把外部的應用程序復制到內存（SDRAM）運行，復制完成之后再跳轉到內存運行即可。這個程序通常被叫做Bootloader。

嵌入式Linux設備就是使用這種方式啟動的，當然啟動過程比這里說的還要復雜，但是總體啟動過程類似。

5. 代碼重定位到SDRAM運行的過程

前面講了很多內容，大家可以不用看，只看最后這章，看看代碼怎么寫就行了。重定位的代碼其實也很簡單，本質就是復制數據，而復制數據調用一個memcpy函數就足夠了。

上面介紹了兩種代碼重定位到SDRAM運行的方法，下面我只講第一種方法。其實大家也可以把前面這部分重定位的代碼看作是Bootloader程序，只不過它比較簡單，和應用程序鏈接在一起了。

重定位的這部分代碼編寫流程：

初始化系統時鐘

初始化SDRAM，因為訪問SDRAM需要設置SDRAM的時序參數

.text段重定位

.data段重定位

.bss/zi段清零

重新設置中斷向量表寄存器的基地址

絕對跳轉到SDRAM運行

然后我的開發板使用的是APM32F407ZG型號，下面的代碼是適配這個型號的。當然APM32系列的其他型號，重定位的思路方法都是一樣的，參考著來就行。

5.1 修改散列文件

我們的目的是要把程序放到SDRAM運行，所以我們必須修改鏈接地址在SDRAM的內存空間，讓鏈接器根據這段內存空間分配地址。而修改鏈接地址，對于Keil來說就要修改散列文件。

我使用的芯片型號是APM32F407ZG，而且外面接的SDRAM的起始地址是0x60000000，大小一共是2MB。所以修改出來的散列文件如下：

LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_region

ER_IROM1 0x60000000 0x00200000 { ; load address = execution address

*.o (RESET, +First)

;*(InRoot$Sections)

.ANY (+RO)

.ANY (+XO)

}

RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data

.ANY (+RW +ZI)

}

ARM_LIB_HEAP +0 EMPTY 0x0200 { ; Heap region growing up

}

ARM_LIB_STACK +0 EMPTY 0x0400 { ; Stack region growing down

}

}

加載域的地址不變，因為我們還是要下載到Flash中存儲程序的。但是執行域修改為了SDRAM的起始地址和大小。然后可讀可寫的數據域地址和大小沒改，依舊是使用MCU內部的SRAM作為數據存儲區。

但是下面我新增了兩個執行域，那就是堆和棧，這兩個域的地址是緊接著 RW_IRAM1域進行編排地址的，大小分別是 0x200 和 0x400。為什么要加上這兩個域下面講解。

5.2 初始化系統時鐘和SDRAM

初始化時鐘相關的代碼，直接調用APM32 SDK提供的SystemInit函數即可，但是要更改一下調用方式為相對跳轉。

我們是要把代碼從MCU內部的Flash復制到SDRAM運行，那么復制之前，必須能正確的讀寫SDRAM才能正常復制，而SDRAM的讀寫需要先初始化它的時序參數才行。

我的板子使用的SDRAM型號是：EM638165TS-7IG，然后關于這個SDRAM型號的初始化代碼，可以從官方的 APM32F4xx_EVAL_SDK_V1.0 這個SDK中，稍微修改下就可以拿過來使用了。

然后我們在匯編代碼的 Reset_Handler 函數（標號）中調用這幾個函數：

BL SystemInit

BL SDRAM_GPIOConfig

BL SDRAM_Init

5.3 .text段重定位

各個段的重定位，就是數據的復制。我們必須要知道，源、目的、長度。而這些信息，都在散列文件中獲取到。前面花了很大篇幅講了散列文件作用就在這里。

代碼如下：

IMPORT |Image$ER_IROM1$Base|

IMPORT |Image$ER_IROM1$Length|

IMPORT |Load$ER_IROM1$Base|

; relocate text section

LDR R0, = |Image$ER_IROM1$Base| ; destination

LDR R1, = |Load$ER_IROM1$Base| ; source

LDR R2, = |Image$ER_IROM1$Length| ; lenth

BL mymemcpy

ER_IROM1 就段名，這個段就是 .text 代碼段的意思。

|Load$$ER_IROM1$$Base| ：.text段加載地址，就是復制數據的源地址

|Image$$ER_IROM1$$Base| ：.text段執行域地址，也就是鏈接地址，就是復制數據的目的地址

|Image$$ER_IROM1$$Length| ：.text段的長度

我們通過上面那幾個奇奇怪怪的符號，就可以獲得.text段的加載地址，鏈接地址，和長度了。知道這些信息，然后復制數據調用一個memcpy就可以把Flash的.text段復制到SDRAM了。

5.4 .data段重定位

.data段，存放的就是各種初值不是0的全局變量、靜態局部變量，我們也需要把這部分數據的初始值，從Flash空間中復制到對應的內存中去。

我們在散列文件，數據段的鏈接地址是設置在0x20000000地址處的。

重定位代碼如下：

IMPORT |Image$RW_IRAM1$Base|

IMPORT |Image$RW_IRAM1$Length|

IMPORT |Load$RW_IRAM1$Base|

; relocate data section

LDR R0, = |Image$RW_IRAM1$Base| ; destination

LDR R1, = |Load$RW_IRAM1$Base| ; source

LDR R2, = |Image$RW_IRAM1$Length| ; lenth

BL mymemcpy

代碼基本和.text段重定位差不多的，就是那幾個符號不一樣，是獲取.data段的加載地址、鏈接地址和長度的符號。

5.5 .bss/zi段清零

.bss/zi段 是初始值為0的全局變量和靜態局部變量存放的地址，但是這個段的內容不會存放在Flash中，因為初值為0，我們在使用之前把這個段的內存空間清0即可，無需浪費空間把編譯進bin文件里面。

IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Base|

IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Length|

; clear bss/zi

LDR R0, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ; destination

MOV R1, #0 ; Value

LDR R2, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Length| ; lenth

BL bss_section_clear

|Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Base| : 是bss/zi段的鏈接地址

|Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Length| ： bss/zi段的長度

我們調用一個memset函數就可以把對應的內存段清0了。

5.6 重新設置中斷向量表寄存器基地址

中斷向量表的基地址默認是0x08000000處的，當中斷發生時，MCU會自動到這個地址處找到對應的中斷處理函數，然后跳轉過去。

但是我們需要把代碼搬運到了SDRAM運行，如果還想要正常使用中斷處理函數的話，就必須修改中斷向量表的基地址到鏈接的起始地址，也就是0x60000000。

修改方法也很簡單，SCB->VTOR 修改這個寄存器的值就行了，這個寄存器是內核相關的寄存器，它的地址是0xE000ED08.

代碼如下：

; set interrupt vector base address to 0x60000000

ldr r0, =__Vectors

ldr r1, =0xE000ED08 ; SCB->VTOR register address is 0xE000ED08

str r0, [r1]

ldr指令，把__Vectors的鏈接地址（其實就是0x60000000）加載到r0寄存器中，然后再使用str指令，把這個值寫到0xE000ED08地址處。

5.7 一些問題

做完前面的過程，基本就完成了把代碼重定位到SDRAM了，這個時候就可以使用絕對跳轉指令，跳轉到用戶應用程序運行代碼了。

LDR R0, =mymain

BX R0

當執行了上面兩條指令，那么就已經是跳轉到SDRAM運行代碼了，因為mymain的函數鏈接地址，就是位于SDRAM那邊的。

但是我在這個過程中遇到了一些問題。

5.7.1 Reset_Handler 中斷問題

file://E:/%E5%8D%9A%E5%AE%A2%E6%96%87%E7%AB%A0/picture/image-20230808233404427.png?lastModify=1691512138

在中斷向量表的第二個位置，會放這個 Reset_Handler 的函數在那里。這個是MCU上電的時候，就會從這個位置，然后把這個 Reset_Handler 的函數地址賦值給PC指針，然后讓MCU從 Reset_Handler 開始不斷的執行代碼。

程序被燒錄到內部的Flash中，然后0x08000004地址開始存放的，就是 Reset_Handler 的地址了。

但是問題是 Reset_Handler 這個函數名，鏈接器是使用鏈接地址給它分配地址值的，也就是它的地址是 0x60000000 開始的某個地址。然后MCU上電，就把這個 0x60000000 開始的某個地址，賦值給了PC指針，這個時候會怎么樣？

因為這時還沒有把代碼復制到SDRAM，那MCU從那里取不到正確的指令，只能是無法執行下去。

所以我們不能使用 Reset_Handler 函數名放在那個位置，而是要把 0x08000000 開始的某個地址放在那里，因為我們把程序燒錄到了 0x08000000 處。

然后這個數值怎么得到？通過反匯編文件。

file://E:/%E5%8D%9A%E5%AE%A2%E6%96%87%E7%AB%A0/picture/image-20230808234433096.png?lastModify=1691512138

這里的 +1 是因為ARM公司有兩種指令集，ARM 指令集和 Thumb 指令集，其中指令的 bit0 位為1，那就代表是Thumb指令。而Cortex-M3/M4 內核使用的就是Thumb指令集，所以會 +1.

所以才會看到中斷向量表的第二個位置放了個奇怪的數據： 0x080003f5，就是這么來的。

5.7.2 清除bss/zi段時把堆棧也給清除了

在運行bss段清0的代碼時，我發現代碼就死掉了。通過 .map 文件分析，發現Keil把堆和棧的大小，也歸類為了bss里面了，這可能是 .s 文件定義堆棧的方式導致的，我沒有去深究。

如果把堆棧都歸類了bss段了，那么清除bss段時，就把堆棧給干掉了，堆可能關系還不大，因為還沒有用到堆內存。但是把棧清0了，肯定不行，因我們前面的代碼有C語言寫的代碼，C函數的調用，局部變量都用到了棧。

解決方式其實很簡單，既然把堆棧都歸類為bss段，那么我們想辦法不讓Keil把堆棧歸類到bss段即可。

我是直接在散列文件那里定義堆棧的大小了，然后通過鏈接器的符號：|Image$$ARM_LIB_STACK$$ZI$$Limit|獲取到棧頂指針的地址值，然后在中斷向量表的第一個位置填這個符號即可。

file://E:/%E5%8D%9A%E5%AE%A2%E6%96%87%E7%AB%A0/picture/image-20230809000650638.png?lastModify=1691512138

當然，不使用散列文件的話，也有很多其他取巧的解決辦法，比如：

調用 bss 段清0函數之前，重新設置 SP 的值

bss 段清0函數內部，長度信息減去堆棧的空間長度

以上就是程序自己復制自己，把自己重定位到SDRAM運行的介紹。

整個demo程序也上傳這里了，以供大家學習參考。

注：文章作者在原帖中提供了例程文件，有需要請至原文21ic論壇下載

原文地址：https://bbs.21ic.com/icview-3319862-1-1.html