浅谈嵌入式MCU软件开发之S32K1xx系列MCU启动过程及重映射代码到RAM中运行方法详解

内容提要

注：本文摘自NXP工程师胡恩伟的微信公众号"汽车电子expert成长之路"，大家感兴趣可以关注一下。

引言

1. S32K1xx系列MCU启动过程详解(startup_S32K144.S)

① 关闭CPU全局中断

②清零CPU内核寄存器R1~R12

③初始化SRAM的ECC

④初始化堆栈

⑤系统初始化

⑥RAM初始化

⑦打开CPU全局中断

⑧跳转到应用程序main()函数

2. 重映射代码/函数到RAM中运行的方法和步骤

①分析应用工程链接文件(S32K144_64_flash.ld)

②将想要重映射的代码/函数通过__attribute__ ((section(".code_ram")))指定到.code_ram段

③在应用工程编译结果map文件中查看重映射结果

Tips：需要注意是关键词-- __attribute__ ((section(".code_ram"))) 添加的位置，每个需要指定的函数都要添加这个关键词，因此，可以将其定义为一个宏比如CODE_RAM使用：

总结

引言

之前，在我的公众号文章中已经介绍了如何在CodeWarrior 5.x IDE(方法适用于S08、S12(X)以及MagniV S12Z系列MCU)以及S32DS for Power IDE(方法适用于Qorivva MPC57xx和S32R系列MCU)中如何实现用户代码重映射(remap)到RAM中运行，具体请参考如下文章(直接点击文章标题即可跳转阅读)：

《浅谈嵌入式MCU软件开发之startup过程详解(在CodeWarrior 5.1 中实现RAM自定义初始化)》；

《浅谈嵌入式MCU软件开发之startup过程详解(从复位向量到main函数之前的准备工作)》；

《S32DS使用Tips--S32DS for Power V1.2 链接文件和启动过程详解》；

《CodeWarrior IDE使用Tips之如何通过prm文件指定汇编代码函数、全局变量和常量的储存地址》

最近很多读者朋友问我在S32DS for ARM IDE中如何才能把S32K1xx系列MCU的应用工程的用户代码重映射到RAM中运行？

为此，本文将以S32DS for ARM v2018.R1中基于S32K14x SDK v1.9的S32K144应用工程为例，详细介绍S32K1xx系列MCU启动过程及重映射代码到RAM中运行的具体方法和详细步骤。

Tips：本文介绍使用的SDK版本为S32 SDK S32K14x BETA 1.9.0，请大家到NXP官网下载安装：

Tips：在S32DS for ARM v2018.R1 IDE中，新建工程时，需要选择Toolchain为ARM Bare-Metal 32-bit Target Binary Toolchain(其使用的编译器为GCC v.6.3)，才能选择和使用S32 SDK S32K14x BETA 1.9.0：

默认的Toolchain为Standard S32DS toolchain for ARM，其使用的编译器为GCC v.4.9：

1. S32K1xx系列MCU启动过程详解(startup_S32K144.S)

由于S32K1xx系列MCU都是使用的ARM Cortex M系列内核，其SRAM和Flash使用同样的IP，它们的启动过程都是相同的，只是SRAM和Flash的memory大小不同。所以这里仅以S32K144为例进行介绍。

在S32DS for ARM v2018.R1 IDE中新建的S32K144应用工程如下，在其工程浏览器(Project Explorer)窗口中Project_Settings-->Startup_Code目录下的存放着整个工程的启动文件----startup_S32K144.S：

通过阅读这个启动文件，可以知道每次MCU复位后，从其复位向量--Reset_Handler开始运行到用户程序的main()函数之前，CPU启动过程还做了如下准备工作：

① 关闭CPU全局中断

通过汇编指令“cpsid i”，关闭CPU全局中断的目的是避免启动过程中中断的影响；因为此时中断向量表还未建立好，无法响应外设中断；

②清零CPU内核寄存器R1~R12

每次复位后，CPU内核寄存器的值是随机不确定的，所以需要将其清零；

③初始化SRAM的ECC

由于S32K1xx系列MCU除4KB FlexRAM外的SRAM带有ECC功能，所以必须在使用之前对其进入任意写操作以产生正确的ECC结果，从而完成ECC初始化；

④初始化堆栈

ARM Cortex M系列CPU内核有MSP和PSP两个32-bit的堆栈，由于中断和异常处理时使用MSP所以必须在发生中断/异常之前将其初始化，其初始化值来自默认向量表的0地址偏移，即0x0000地址存放的4个字节；

⑤系统初始化

在完成了以上堆栈初始化之后，CPU就可以运行C代码了，所以此时通过调用定义在工程SDK-->platform-->device-->S32K144-->startup目录下的system_S32K144.c中的系统初始化函数--SystemInit():

根据工程配置完成：①CPU内核FPU配置和使能(如果创建应用工程时选择浮点数运算使用硬件FPU)、②关闭看门狗(默认配置)和③使能CPU内核指令缓冲(I-Cache)等MCU硬件平台配置：

Tips：system_S32K144.c是按照ARM Cortex M系列MCU的软件接口标准--CMSIS实现的，在任意基于ARM Cortex M系列内核的MCU软件SDK中都有相同的函数，除了以上介绍的MCU硬件平台初始化函数SystemInit()外，还包含MCU系统时钟更新API函数--SystemCoreClockUpdate()和MCU软件复位API函数--SystemSoftwareReset():

⑥RAM初始化

接下来，启动文件会调用定义在SDK-->platform-->devices目录下startup.c中的init_data_bss()函数完成应用工程运行所需的RAM初始化：

在startup.c中通过申明外部变量(extern)的方式，可以引用定义在工程链接文件中的__DATA_ROM、__DATA_RAM、__DATA_END、__CODE_RAM、__CODE_ROM、__CODE_END、__BSS_START和__BSS_END符号，获得工程链接结果中.data段(有初始化值)、.bss段(未初始化和初始化值为0)的全局变量以及重定向到RAM中运行的.code段代码/函数在Flash和RAM中的起始地址和长度(结束地址-开始地址)：

然后再通过数据指针的方式实现全局变量初始化值和重映射代码从Flash到RAM中的拷贝以及.bss段的清零：

具体包括：①初始化.data段、②初始化.code段、③初始化.bss段，以及④将中断向量表从Flash拷贝到RAM中并⑤初始化CPU系统中断向量偏移地址，使其指向RAM中新的中断向量表(如果编译目标为debug，编译结果存储在Flash中)：

⑦打开CPU全局中断

在完成RAM初始化和中断向量表初始化后，就可以打开CPU全局中断，响应外设中断了；

打开ARM Cortex M系列CPU内核的全局中断通过汇编语句--“cpsie i”完成。

⑧跳转到应用程序main()函数

在完成以上准备工作之后，启动过程的最后一步是跳转到应用程序main()函数；

2. 重映射代码/函数到RAM中运行的方法和步骤

通过上面的分析可知，在S32K1xx系列MCU的启动过程，会自动将定义在.code段中的代码/函数从其Flash储存地址拷贝到RAM中的运行时地址。

①分析应用工程链接文件(S32K144_64_flash.ld)

具体来看在应用工程的连接文件中，对.code段的定义如下 :

Tips：只有将用户代码分配到Flash中的编译目标，即使用S32K1xx_xx_flash.ld链接文件的编译目标才存在代码重映射。若是将应用工程编译结果代码分配到RAM的编译目标（使用S32K1xx_xx_ram.ld链接文件），其编译的函数/代码本身就是储存在RAM中的，所以无需重映射。

②将想要重映射的代码/函数通过__attribute__ ((section(".code_ram")))指定到.code_ram段

由于在应用工程链接文件中已经将用户段.code_ram放置在了.code段中，所以，我们只需要在C代码中，将想要重映射的代码/函数通过__attribute__ ((section(".code_ram")))指定到.code_ram段即可。

比如下面就是将main()函数指定到.code_ram段的具体实现：

int __attribute__ ((section(".code_ram"))) main(void)

③在应用工程编译结果map文件中查看重映射结果

完成以上指定后，重新编译应用工程即可在应用工程的编译结果map文件中看到main()函数已经被成功重定向了，其长度为0x20字节，在Flash中的存储地址(也称作加载地址--load address)为0x000005bc，而在RAM中的重映射运行时地址为0x1fff8404：

Tips：在S32DS IDE应用工程中，一个函数若没有特别指定，其将分配到.text代码段，如果没特别指定(默认情况下)的main()函数编译结果如下：

#define CODE_RAM __attribute__ ((section(".code_ram")))

然后，再将CODE_RAM放在定义的函数名前即可；

比如demo工程中，将CodeRemapToRAM.c中的delay_ms()、Toggle_Onboard_LED()和System_Clock_and_Pinmux_Config()三个函数通过指定到.code_ram段：

这样重新编译demo工程即可看到重映射的结果如下：

总结

本文详细介绍了S32K1xx系列MCU的启动过程和重映射代码/函数到RAM的方法和步骤，希望对大家有所帮助。

为了方便大家学习，现将S32K1xx系列MCU的启动过程流程图整理如下：

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