圖1 Semihosting的實(shí)現(xiàn)舉例

圖2 C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)結(jié)構(gòu)

圖3 缺省的存儲(chǔ)器映射

圖4 連接器布局規(guī)則

缺省的工程項(xiàng)目設(shè)置
剛開(kāi)始一個(gè)嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，ADS用戶可能并不完全清楚目標(biāo)硬件的一些參數(shù)指標(biāo)。比如有關(guān)外設(shè)、存儲(chǔ)器地址分布，甚至處理器類型等一些細(xì)節(jié)，可能還沒(méi)有最終確定。為了在所有這些細(xì)節(jié)全部就緒前就能進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，ADS工具有一套程序構(gòu)建和調(diào)試的缺省設(shè)置。了解這套缺省的工程項(xiàng)目設(shè)置方法，對(duì)于掌握最終的移植步驟非常有好處。
ADS1.2C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)
Semihosting
在ADS的C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)中，某些ANSIC的功能是由主機(jī)的調(diào)試環(huán)境來(lái)提供的，這套機(jī)制有一個(gè)專門(mén)術(shù)語(yǔ)叫Semihosting。Semihosting通過(guò)一組軟件中斷(SWI)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，當(dāng)一個(gè)Semihosting軟中斷被執(zhí)行時(shí)，調(diào)試系統(tǒng)先識(shí)別這個(gè)SWI請(qǐng)求，然后掛起正在運(yùn)行的程序，調(diào)用Semihosting的服務(wù)，完成后再恢復(fù)原來(lái)的程序執(zhí)行。因此，主機(jī)執(zhí)行的任務(wù)對(duì)于程序來(lái)說(shuō)是透明的。
C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)結(jié)構(gòu)
從概念上來(lái)講，C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)可以被分成兩部分，一是ANSIC語(yǔ)言規(guī)范本身的一部分，一是只受某一特定ANSIC層次支持的函數(shù)，如圖2所示。
其中一些ANSIC的功能是由主機(jī)調(diào)試環(huán)境調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序級(jí)的函數(shù)完成的。例如，ADS的庫(kù)函數(shù)printf()把輸出信息輸出到調(diào)試器的控制臺(tái)窗口，這個(gè)功能通過(guò)調(diào)用__sys_write()實(shí)現(xiàn)，__sys_write()執(zhí)行了一個(gè)把字符串輸出到主機(jī)控制臺(tái)的Semihosting軟中斷服務(wù)程序。
缺省的存儲(chǔ)器映射
如果用戶在程序編譯時(shí)沒(méi)有指定映象的存儲(chǔ)器映射分布，ADS將為生成的目標(biāo)代碼和數(shù)據(jù)分配一個(gè)缺省的存儲(chǔ)器映射圖，如圖3所示。
目標(biāo)印象被連接至地址0x8000，存儲(chǔ)和執(zhí)行區(qū)域都位于該地址開(kāi)始的空間。RO(只讀)部分放在前面，接著是RW(讀寫(xiě))部分，最后是ZI(零初始化)部分。
在ZI部分之上緊跟著HEAP，所以HEAP的確切地址要在連接時(shí)才能確定。
STACK的基地址是在應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)由一個(gè)Semihosting操作提供。這項(xiàng)Semihosting操作返回的地址值視不同調(diào)試環(huán)境而定：
ARMulator返回配置文件peripherals.ami中的設(shè)置值；缺省為0x08000000。
Multi-ICE返回的是調(diào)試器內(nèi)部變量$top_of_memory的值；缺省為0x00080000。
連接器布局規(guī)則
連接器對(duì)代碼和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的分配，遵循一套規(guī)則，如圖4所示。
映象首先按照屬性以RO-RW-ZI的次序進(jìn)行排列，在同一種屬性里面代碼先于數(shù)據(jù)。然后連接器將輸入段根據(jù)名字的字母順序進(jìn)行排列，輸入段的名字與匯編代碼里面的塊名字指示一致(在匯編程序中用AREA關(guān)鍵字)。在輸入段中，來(lái)自不同對(duì)象的代碼和數(shù)據(jù)放置次序與在連接器命令行中指定的對(duì)象文件次序一致。
在需要靈活分配代碼和數(shù)據(jù)放置位置的情況下，建議用戶不要簡(jiǎn)單地依靠這些規(guī)則。后面會(huì)介紹一種如何控制代碼和數(shù)據(jù)布局的機(jī)制Scatterloading。

圖5 缺省的ADS初始化過(guò)程

圖6 C庫(kù)函數(shù)重定向

圖7 scatter文件語(yǔ)法

圖8 分散加載的簡(jiǎn)單樣例

啟動(dòng)應(yīng)用程序
大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)在進(jìn)入應(yīng)用主程序之前有一個(gè)初始化的過(guò)程，該過(guò)程完成系統(tǒng)的啟動(dòng)和初始化功能。缺省的ADS初始化過(guò)程如圖5所示。
總體上，初始化過(guò)程可以分成兩部分來(lái)看：
_main負(fù)責(zé)設(shè)置運(yùn)行映像存儲(chǔ)器映射；
_rt_entry負(fù)責(zé)庫(kù)函數(shù)的初始化。
_main完成代碼和數(shù)據(jù)的復(fù)制，并把ZI數(shù)據(jù)區(qū)清零。這一步只有當(dāng)代碼和數(shù)據(jù)區(qū)在存儲(chǔ)和運(yùn)行時(shí)處于不同的存儲(chǔ)器位置時(shí)才有意義。接著_main跳進(jìn)_rt_entry，進(jìn)行STACK和HEAP等的初始化。最后_rt_entry跳進(jìn)應(yīng)用程序的入口main()。當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完時(shí)，_rt_entry又將控制權(quán)交還給調(diào)試器。
函數(shù)main()在ADS中有特殊的意義。當(dāng)一個(gè)程序工程項(xiàng)目中存在main()時(shí)，連接器會(huì)把_main和_rt_entry中的初始化代碼連接進(jìn)來(lái)；如果沒(méi)有main()函數(shù)，初始化過(guò)程就不會(huì)被連接，結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致一些標(biāo)準(zhǔn)的C庫(kù)函數(shù)無(wú)效。
根據(jù)目標(biāo)環(huán)境裁減C庫(kù)函數(shù)
缺省狀態(tài)下C庫(kù)函數(shù)利用Semihotsting機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的功能。但一個(gè)真正的嵌入式系統(tǒng)，要使用到具體的外設(shè)或硬件獨(dú)立于主機(jī)環(huán)境運(yùn)行。
C庫(kù)函數(shù)重定向
用戶可以定義自己的C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)，連接器在連接時(shí)自動(dòng)使用這些新的功能函數(shù)。這個(gè)過(guò)程叫做重定向C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)，如圖6所示。
舉例來(lái)說(shuō)，用戶有一個(gè)I/O設(shè)備(如UART)。本來(lái)庫(kù)函數(shù)fputc()是把字符輸出到調(diào)試器控制窗口中去的，但用戶把輸出設(shè)備改成了UART端口，這樣一來(lái)，所有基于fputc()函數(shù)的printf()系列函數(shù)輸出都被重定向到UART端口上去了。
下面是實(shí)現(xiàn)fputc()重定向的一個(gè)例子：
externvoidsendchar(char*ch);
intfputc(intch,FILE*f)
｛/*e.g.writeacharactertoanUART*/
chartempch=ch;
sendchar(&tempch);
returnch;
｝
這個(gè)例子簡(jiǎn)單地將輸入字符重新定向到另一個(gè)函數(shù)sendchar()，sendchar()假定是一個(gè)另外定義的串口輸出函數(shù)。在這里，fputc()就好像目標(biāo)硬件和標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)之間的一個(gè)抽象層。
在C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)中禁用Semihosting
在一個(gè)獨(dú)立的嵌入式應(yīng)用程序中，應(yīng)該不存在SemihostingSWI操作。因此，用戶必須確定在所有調(diào)用到的庫(kù)函數(shù)中沒(méi)有使用Semihosting。為了保證這一點(diǎn)，在程序中可以引進(jìn)一個(gè)符號(hào)關(guān)鍵字_use_no_semihosting：
在C代碼中，使用#prgrama #pragmaimport〈_use_no_semihosting_swi〉
在匯編程序中，使用IMPORT
IMPORT_use_no_semihosting_swi
這樣，當(dāng)有使用SWI機(jī)制的庫(kù)函數(shù)被連接時(shí)，連接器會(huì)進(jìn)行報(bào)錯(cuò)：
Error:Symbol_semihosting_swi_guardmultiplydefined
為了確定具體是哪一個(gè)函數(shù)，連接時(shí)打開(kāi)-verbose選項(xiàng)。這樣在結(jié)果信息輸出時(shí)，該庫(kù)函數(shù)上將有一個(gè)_I_use_semihosting_swi的標(biāo)記。
Loadingmembersys_wxit.ofromc_a_un.1.
Definition:_sys_exit
Reference:_I_use_semihosting_swi
用戶必須要把這些函數(shù)定義成自己的執(zhí)行內(nèi)容。
有一點(diǎn)需要注意，連接器只能報(bào)告庫(kù)函數(shù)中被調(diào)用的Semihosting，對(duì)用戶自定義函數(shù)中使用的Semihosting則不會(huì)報(bào)錯(cuò)。

根據(jù)目標(biāo)硬件定制存儲(chǔ)器映射
分散裝載(Scatlerloading)
在實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)中，ADS提供的缺省存儲(chǔ)器映射是不能滿足要求的。用戶的目標(biāo)硬件通常有多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備位于不同的位置，并且這些存儲(chǔ)器設(shè)備在程序裝載和運(yùn)行時(shí)可能還有不同的配置。
Scattertoading可以通過(guò)一個(gè)文本文件來(lái)指定一段代碼或數(shù)據(jù)在加載和運(yùn)行時(shí)在存儲(chǔ)器中的不同位置。這個(gè)文本文件scatterfile在命令行中由-scatter開(kāi)關(guān)指定，例如：
armlink_scatterscat.scffilel.ofile2.0
在scatterfile中可以為每一個(gè)代碼或數(shù)據(jù)區(qū)在裝載和執(zhí)行時(shí)指定不同的存儲(chǔ)區(qū)域地址，Scatlertoading的存儲(chǔ)區(qū)塊可以分成二種類型：
裝載區(qū)：當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)或加載時(shí)應(yīng)用程序的存放區(qū)。
執(zhí)行區(qū)：系統(tǒng)啟動(dòng)后，應(yīng)用程序進(jìn)行執(zhí)行和數(shù)據(jù)訪問(wèn)的存儲(chǔ)器區(qū)域，系統(tǒng)在實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)可以有一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行塊。
映像中所有的代碼和數(shù)據(jù)都有一個(gè)裝載地址和運(yùn)行地址(二者可能相同也可能不同，視具體情況而定)。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，C函數(shù)庫(kù)中的__main初始化代碼會(huì)執(zhí)行必要的復(fù)制及清零操作，使應(yīng)用程序的相應(yīng)代碼和數(shù)據(jù)段從裝載狀態(tài)轉(zhuǎn)入執(zhí)行狀態(tài)。
1.scatter文件語(yǔ)法
scatter文件是一個(gè)簡(jiǎn)單的文本文件，包含一些簡(jiǎn)單的語(yǔ)法。
My_Region0x00000x1000
{
thecontextofregion
}
每個(gè)塊由一個(gè)頭標(biāo)題開(kāi)始定義，頭中至少包含塊的名字和起始地址，另外還有最大長(zhǎng)度和其他一些屬性選項(xiàng)。塊定義的內(nèi)容包括在緊接的一對(duì)花括號(hào)內(nèi)，依賴于具體的系統(tǒng)情況。
一個(gè)加載塊必須至少含有一個(gè)執(zhí)行塊；實(shí)踐中通常有多個(gè)執(zhí)行塊。
一個(gè)執(zhí)行塊必須至少含有一個(gè)代碼或數(shù)據(jù)段；這些通常來(lái)自源文件或庫(kù)函數(shù)等的目標(biāo)文件；通配符號(hào)*可以匹配指定屬性項(xiàng)中所有沒(méi)有在文件中定義的余下部分。
2.簡(jiǎn)單分散加載樣例
圖8所示樣例中，只有一個(gè)加載塊，包含了所有的代碼和數(shù)據(jù)，起始地址為0。這個(gè)加載塊一共對(duì)應(yīng)兩個(gè)執(zhí)行塊。一個(gè)包含所有的RO代碼和數(shù)據(jù)，執(zhí)行地址與裝載地址相同；同時(shí)另一個(gè)起始地址為0x10000的執(zhí)行塊，包含所有的RW和ZI數(shù)據(jù)。這樣當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，從第一個(gè)執(zhí)行塊開(kāi)始運(yùn)行(執(zhí)行地址等于裝載地址)，在執(zhí)行過(guò)程中，有一段初始化代碼會(huì)把裝載塊中的一部分代碼轉(zhuǎn)移到另外的執(zhí)行塊中。
下面是這個(gè)scatter描述文件，該文件描述了上述存儲(chǔ)器映射方式。
LOAD_ROM0x4000
｛
EXE_ROM0x00000x4000;Rootregion
｛
*〈+RO〉;Allcodeandconstantdata
｝
RAM0x100000x8000
｛
*〈+RW,+ZI〉;Allnon-constantdata
｝
｝
3.在分散文件中放置對(duì)象
在大多數(shù)應(yīng)用中，并不是像前例那樣，簡(jiǎn)單地把所有屬性都放在一起，用戶需要控制特定代碼和數(shù)據(jù)段的放置位置。這可以通過(guò)在scatter文件中對(duì)單個(gè)目標(biāo)文件進(jìn)行定義實(shí)現(xiàn)，而不是只簡(jiǎn)單地依靠通配符。
為了覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的連接器布局規(guī)則，我們可以使用+FIRST和+LAST分散加載指令。典型的例子是在執(zhí)行塊的開(kāi)始處放置中斷向量表格：
LOAD_ROM0x00000x4000
｛
EXEC_ROM0x00000x4000
｛
vectors.o〈Vect,+FIRST〉
*〈+RO〉
｝
;moreexecregions...
｝
在這個(gè)scatter文件中，保證了vextors.o中的Vect域被放置于地址0x0000。
4.RootRegion(根區(qū))
根區(qū)是一個(gè)執(zhí)行塊，它的加載地址與執(zhí)行地址是一致的。每個(gè)scatter文件至少有一個(gè)根區(qū)。分散加載有一個(gè)限制：創(chuàng)建執(zhí)行塊的代碼和數(shù)據(jù)(即完成復(fù)制和清零的代碼和數(shù)據(jù))無(wú)法自行復(fù)制到另一個(gè)位置。因此，在根區(qū)中必須含有下面的部分：
_main.o，包含復(fù)制代碼/數(shù)據(jù)的代碼；
連接器輸出變量$$Table和ZISection$$Table，包含被復(fù)制代碼/數(shù)據(jù)的地址。
由于上面兩個(gè)部分的屬性是只讀的，因此他們被*〈+RO〉通配符語(yǔ)法匹配。如果*〈+RO〉被用在了非根區(qū)中，則在根區(qū)中必須顯式地指明另一個(gè)RO區(qū)域。
下面是一個(gè)例子：
LOAD_ROM0x00000x4000
｛
EXE_ROM0x00000x4000;rootregion
｛
_main.o〈+RO〉;copyingcode
*〈Region$$Tabl0e〉;RO/RWaddressestocopy
*〈ZISection$$Table〉;ZIaddressestozero
｝
RAM0x100000x8000
｛
*〈+RO〉;allotherROsections
*〈+RW,+ZI〉;allRWandZIsections
｝
｝■(待續(xù))

在下期中將更詳細(xì)介紹利用scatter文件進(jìn)行存儲(chǔ)器配置的方法，以及系統(tǒng)啟動(dòng)和初始化的過(guò)程和存儲(chǔ)器映射變化關(guān)系。