ARM系列之分散加载描述符（scatte）文件的应用

在上一篇中，提到了分散加载描述符的应用场景。一般对于简单的代码分布，不需要使用这样的文件，直接借助于编译器中的simple选项，配置入口地址，RW和RO地址就可以运行了。如下图所示：

但是对于一些复杂的场景，就需要分散家在描述符文件，比如：

1 . 定位目标外设

使用分散加载，可以将用户定义的结构体或代码定位到指定物理地址上的外设，这种外设可以是定时器、实时时钟、静态SRAM或者是两个处理器间用于数据和指令通信的双端口存储器等。在程序中不必直接访问相应外设，只需访问相应的内存变量即可实现对指定外设的操作，因为相应的内存变量定位在指定的外设上。这样，对外设的访问看不到相应的指针操作，对结构体成员的访问即可实现对外设相应存储单元的访问，让程序员感觉到仿佛没有外设，只有内存。

例如，一个带有两个32位寄存器的定时器外设，在系统中的物理地址为Ox04000000，其C语言结构描述如下：

要使用分散加载将上述结构体定位到Ox04000000的物理地址，可以将上述结构体放在一个文件名为timer_regs．c中，并在分散加载文件中指定即可，如下：

属性UNINIT是避免在应用程序启动时对该执行段的ZI数据段初始化为零。

在程序连接后，通过Image map文件可查看该ZI数据段的存储器分配情况：

Execution Region TIMER(Base：Ox04000000，Size：0x00000008，Max：0xffffffff，ABSOLUTE，UNINIT)Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name 0bi ectOx04000000 0x00000008 Zero RW 32．bss tlmer_regs．o从Image map文件可以看出，该TIMER执行区定位在物理地址0x04000000，即结构体timer_regs定位在Ox04000000，因此，在程序中对结构体的操作即是对定时器的操作。

2 . 定义超大型结构体数组

分散加载机制在提供将指定代码和数据定位在指定物理地址的能力的同时，也提供了一种代码分割机制——可以将指定的零初始化段(ZI段)从可执行代码中分离出来。这样最终生成的烧入ROM或Flash中的镜像文件就不包括那部分分割了的零初始化段，即使该零初始化段再大，也不影响最终生成的镜像文件的大小。但不采用分散加载机制，零初始化段在编译连接后是直接生成到镜像文件中的。它的大小直接影响最终要烧写的文件的大小，且零初始化段的大小还取决于内存的大小，它不能大到超过内存的大小；而采用分散加载机制，可以将某个零初始化段定位到非内存地址的一个存储器外设上，如NVRAM(非易失性随机存储器)。

笔者曾在一个实际工程中采用这种分散加载机制，将一个2MB的结构体数组定位到外部NVRAM中，用于记录设备在工作过程中采集到的数据；而在本系统中，ARM处理器的内存只有256 KB，Flash存储器也只有2 MB。如果不采用分散加载，程序根本无法运行，也不能烧写到Flash中。

采用分散加载，把对复杂外设的访问变成对结构体数组的访问，使程序代码精简易懂。对程序员来说，对结构体数组的操作还是和内存变量的操作一样的。

3. 某些特殊应用，需要将代码段或者数据段的部分放置在指定位置，方便更新，或者其他加密等原因。

4. 某些特殊应用，需要固定函数地址的时候，可以将那个函数放于固定的区域，而不管其他程序有误变化。

5. 对于程序中的一些配置型的变量，可能需要集中放置在一个区域，方便下次直接更新那块存储空间。

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下面着重描述分散描述符的写法，分散描述文件的类型为 .scf 。写完后，可以通过ADS进行加载。

分散装载(Scatlerloading)
在实际的嵌入式系统中，ADS提供的缺省存储器映射是不能满足要求的。用户的目标硬件通常有多个存储器设备位于不同的位置，并且这些存储器设备在程序装载和运行时可能还有不同的配置。
Scattertoading可以通过一个文本文件来指定一段代码或数据在加载和运行时在存储器中的不同位置。这个文本文件scatterfile在命令行中由-scatter开关指定，例如：
armlink_scatterscat.scffilel.ofile2.0
在scatterfile中可以为每一个代码或数据区在装载和执行时指定不同的存储区域地址，Scatlertoading的存储区块可以分成二种类型：
装载区：当系统启动或加载时应用程序的存放区。
执行区：系统启动后，应用程序进行执行和数据访问的存储器区域，系统在实时运行时可以有一个或多个执行块。
映像中所有的代码和数据都有一个装载地址和运行地址(二者可能相同也可能不同，视具体情况而定)。在系统启动时，C函数库中的__main初始化代码会执行必要的复制及清零操作，使应用程序的相应代码和数据段从装载状态转入执行状态。
1.scatter文件语法
scatter文件是一个简单的文本文件，包含一些简单的语法。
My_Region0x00000x1000
{
thecontextofregion
}
每个块由一个头标题开始定义，头中至少包含块的名字和起始地址，另外还有最大长度和其他一些属性选项。块定义的内容包括在紧接的一对花括号内，依赖于具体的系统情况。
一个加载块必须至少含有一个执行块；实践中通常有多个执行块。
一个执行块必须至少含有一个代码或数据段；这些通常来自源文件或库函数等的目标文件；通配符号*可以匹配指定属性项中所有没有在文件中定义的余下部分。
2.简单分散加载样例
图8所示样例中，只有一个加载块，包含了所有的代码和数据，起始地址为0。这个加载块一共对应两个执行块。一个包含所有的RO代码和数据，执行地址与装载地址相同；同时另一个起始地址为0x10000的执行块，包含所有的RW和ZI数据。这样当系统开始启动时，从第一个执行块开始运行(执行地址等于装载地址)，在执行过程中，有一段初始化代码会把装载块中的一部分代码转移到另外的执行块中。
下面是这个scatter描述文件，该文件描述了上述存储器映射方式。
LOAD_ROM0x4000
｛
EXE_ROM0x00000x4000;Rootregion
｛
*〈+RO〉;Allcodeandconstantdata
｝
RAM0x100000x8000
｛
*〈+RW,+ZI〉;Allnon-constantdata
｝
｝
3.在分散文件中放置对象
在大多数应用中，并不是像前例那样，简单地把所有属性都放在一起，用户需要控制特定代码和数据段的放置位置。这可以通过在scatter文件中对单个目标文件进行定义实现，而不是只简单地依靠通配符。
为了覆盖标准的连接器布局规则，我们可以使用+FIRST和+LAST分散加载指令。典型的例子是在执行块的开始处放置中断向量表格：
LOAD_ROM0x00000x4000
｛
EXEC_ROM0x00000x4000
｛
vectors.o〈Vect,+FIRST〉
*〈+RO〉
｝
;moreexecregions...
｝
在这个scatter文件中，保证了vextors.o中的Vect域被放置于地址0x0000。
4.RootRegion(根区)
根区是一个执行块，它的加载地址与执行地址是一致的。每个scatter文件至少有一个根区。分散加载有一个限制：创建执行块的代码和数据(即完成复制和清零的代码和数据)无法自行复制到另一个位置。因此，在根区中必须含有下面的部分：
_main.o，包含复制代码/数据的代码；
连接器输出变量$$Table和ZISection$$Table，包含被复制代码/数据的地址。
由于上面两个部分的属性是只读的，因此他们被*〈+RO〉通配符语法匹配。如果*〈+RO〉被用在了非根区中，则在根区中必须显式地指明另一个RO区域。
下面是一个例子：
LOAD_ROM0x00000x4000
｛
EXE_ROM0x00000x4000;rootregion
｛
_main.o〈+RO〉;copyingcode
*〈Region$$Tabl0e〉;RO/RWaddressestocopy
*〈ZISection$$Table〉;ZIaddressestozero
｝
RAM0x100000x8000
｛
*〈+RO〉;allotherROsections
*〈+RW,+ZI〉;allRWandZIsections
｝
｝