2017-08-19 胡恩伟 汽车电子expert成长之路

内容提要

引言

1. 链接文件的作用和特点

2. CodeWarrior 5.x IDE工程的prm链接文件详解

3. CodeWarrior 5.x IDE工程的prm链接文件高级应用

3.1 自定义全局变量、常数和函数代码指定到指定的存储器空间

3.2 自定义全局变量、常数和函数代码指定到指定的存储器空间的注意事项

总结

引言

在嵌入式MCU应用程序的开发过程中，工程师将源代码(汇编或者C/C++语言)编辑好，到最终生成可以下载到MCU被CPU执行的二进制可执行文件，需要经过预编译、编译、汇编和链接四个过程，其分别有集成开发环境IDE中的预编译器(pre-compiler)、C/C++编译器（compiler）、汇编器(assemler)和链接器(linker)完成。

1. 链接文件的作用和特点

在CodeWarrior 5.x IDE中，处理头文件中各种宏定义以及inline函数的预编译器集成在C/C++编译器中，其完成对C/C++源文件(.c/.cpp和.h)的编译输出相应的.obj目标文件，而汇编器完成对汇编源代码输入文件(.s和.inc)的编译并生成相应的.obj目标文件。接下来由链接器根据链接文件对obj目标文件进行链接，生成最终的abs/elf二进制可执行文件以及Flash下载编程S19文件(其与HEX和BIN文件作用相同，都包含编译结果中需要下载的代码/数据以及存储地址信息，可以相互转换(convert))。

链接文件(Linker File)作为链接器的输入，其作用是告诉链接器如何将obj文件中所包含的函数/程序代码和用户数据链接到目标MCU的存储器资源中----具体的各种存储器的大小、起始地址和结束地址、属性(只读(RO)还是可读可写（R/W）)、系统分区和用户分区信息、堆栈大小设置等。

链接文件具有如下特点：

a. 不同的链接器(或者IDE)链接文件的格式不同。比如CodeWarrior 6.x（S08系列MCU工程）、CodeWarrior 4.x/5.x(S12(X)系列MCU工程)和CodeWarrior10.x(S08系列和MagniV S12Z系列MCU工程)的链接文件为prm文件；而CodeWarrior10.x(Kinetis/KEA 系列和Qorivva MPC56xx系列MCU工程)、CodeWarrior 2.x(Qorivva MPC56xx系列MCU工程)、S32DS for ARM/Power 使用的GNU工具链的工程链接文件则为ld文件； Keil/MDK工程的链接文件为sct分散加载文件; IAR工程的链接文件为icf文件。

b.链接文件中存储器资源的种类和大小以及地址范围必须严格与目标MCU硬件存储器资源一致，才能保证工程链接结果在目标MCU上可以正常下载和运行(PS: 存储器的大小可以小于目标MCU真实的大小，但决不能大于MCU实际的大小，否则如果是Flash/EEPROM下载时(擦除和编程)会报地址溢出错误，若果是RAM，下载不会报错，但运行时会导致非法地址访问引起内核CPU异常或者直接非法地址复位，程序跑飞等)；

c.一个工程可以有多个链接文件对于不同的链接目标(target)，但每一次链接(make)仅使用一个链接目标(不同的目标可以编译不同的文件和库)、通过工程属性-->l链接器配置进行设置选择。

2. CodeWarrior 5.x IDE工程的prm链接文件详解

这里以一个S12G128MCU的CodeWarrior 5.x IDE工程为例，来介绍CodeWarrior IDE的prm链接文件。

在CodeWarrior 5.1 IDE中工程的链接文件就是新建工程时默认根据所选part number添加的prm文件，其位于CodeWarrior工程的工程视窗-->Files-->Project Settings-->Linker Files目录下，prm文件可以使用任意文本编辑器打开并修改：

首先我们来看看一个S12G128默认工程的prm文件：

其中蓝色高亮的部分为prm文件保留关键词和默认系统段名：

在SEGMENTS...END中对MCU存储器资源进行分区时，一般格式如下：

分区名    = 存储属性   访问属性  开始地址  TO 结束地址;

其中“= ”和“TO ”为关键词，每一个分区以分号“;”结束。其余部分解释如下：

分区名：需要给每一个分区取一个名字，可以用户自定义，只要方便理解即可；

存储属性：用于指示存储器的存储属性

访问属性：包括使用near指针(16-bit地址)访问：DATA_NEAR， IBCC_NEAR(代码访问，只适用于只读存储器，如EEPROM和Flash)和使用far指针(24-bit地址)访问：DATA_FAR， IBCC_FAR(代码访问，只适用于只读存储器，如EEPROM和Flash)；

开始地址和结束地址：该存储器分区的起始地址和结束地址，这里只能使用存储器的本地地址和逻辑地址/分页地址，不能直接使用全局地址/物理地址；

在PLACEMENT...END中，将系统和用户数据/代码段放入具体分区的格式为：

段名1，段名2...    INTO   分区名;

其中“INTO”为关键词，表述放入，可以将一个或多个段(以不同的段名表示)放置在一个分区(以分区名区别)中，关于段名和分区名解释如下：

段名：可以是系统保留段和用户自定义段，用于表示不同的数据或代码段，可以将多个不同的段放在同一分区内：

分区名: 在SEGMENTS...END中定义好的分区；

注意：系统保留段必须放置在未分页区(non-paged)中。

3. CodeWarrior 5.x IDE工程的prm链接文件高级应用

基于以上介绍，我们通过编辑prm链接文件可以完成以下高级应用：

3.1 自定义全局变量、常数和函数代码指定到指定的存储器空间

具体步骤如下：

第一步，在prm文件SEGMENTS..END中对片上RAM和Flash进行分区如下：

并在PLACEMENT..END中给要需要自定义存储的全局变量(USR_DATA_SECTION)、常数(USR_CONST_SECTION)和函数代码(USR_CODE_SECTION)定义一个段，并分配带特定的分区中，完整的工程prm文件如下：

第二步、在C语言中，使用"#pragma CODE_SEG/DATA_SEG/CONST_SEG/STRINGS_SEG 段名"，将具体的用户数据和代码指定到相应的段(segment);

具体语法为：

#pragma XX_SEG (<Modif>  <Name>|DEFAULT)

"#pragma"为关键词；

XX_SEG(必选)以是以下四种之一：

<Modif>(可选)为该段的访问属性，可以是以下几种之一：

__DIRECT_SEG (compatibility alias: DIRECT)

__NEAR_SEG   (compatibility alias: NEAR)

__CODE_SEG   (compatibility alias: CODE)

__FAR_SEG    (compatibility alias: FAR)

<Name>|DEFAULT：用户自定义段名，或者DEFAULT（恢复默认段，将数据和代码放到DEFAULT_RAM或者DEFAULT_ROM默认段中）或者其他系统保留段，比如NON_BANK；

具体如下：

3.2 自定义全局变量、常数和函数代码指定到指定的存储器空间的注意事项

a. 用户新建工程后，在C文件中数据定义都默认放到DEFAULT_RAM区，函数代码都放到DEFAULT_ROM区；当时用“#pragma XX_SEG (<Modif>  <Name>”自定义一个数据、代码段之后需要使用“#pragma XX_SEG  DEFAULT”将其恢复默认段；

头文件声明和C文件定义时也需要使用“#pragma XX_SEG(<Modif>  <Name>|DEFAULT)”保持其一致性；

b. 用户自定义的全局变量数据段分区属性若为READ_WRITE，则MCUstartup过程中会对该段进行初始化，比如prm分区如下：

则相应链接生成的map文件如下：

如果用户不想让其在startup过程中被coypdown RAM初始化时置零或者赋初始化值，则需要在定义分区时将其属性该位NO_INIT，比如：

这样链接后map文件中_Startup启动结构体中ZeroOut区数量变为了1，不会对0x3000开始的My_Data_RAM进行初始化：

c. 用户定义代码段如果使用关键词RELOCATE_TO使重定向到RAM中，则可以实现将用户函数运行时地址重定向到RAM中的作用：

相应的工程链接结果map文件如下：

从工程链接的结果可以看到， 用户自定义函数My_Function的存储地址为0xF000而运行时地址为重定向之后的RAM地址0x3800；

注意：运行这类重定向到RAM中的函数之前，必须手动将其拷贝搬移到重定向的RAM地址才能正常运行，MCU startup启动过程中并不会帮用户做这个代码拷贝的工作：

总结

本文介绍的prm文件规则和使用技巧，同样适用于S08系列和MagniV S12Z系列MCU的CodeWarrior IDE工程。掌握prm文件的规则之后，我们能够实现对MCU存储器资源的使用做个性化的定制，以满足特定需求，比如对存储器进行分区、某些变量的保护和将函数代码链接到RAM中执行，这些知识对开发BootLoader十分有用，因为BootLoader中需要对Flash进行编程，运行Flash擦除和编程驱动函数时，必须将其拷贝到RAM执行，以避免Read-while-write带来的总线冲突和程序崩溃。

另外，我将本文中介绍prm文件所使用的完整CodeWarrior 5.x工程(Project_S12G128_UserCustomize_Prm_DemoPrj.mcp)，分享到百度云盘，供大家参考学习：

链接：http://pan.baidu.com/s/1dESeY0D

密码：jvkj

以上就是今天跟大家分享的内容。希望对大家有用。

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胡恩伟

NXP汽车电子FAE

2017年8月19日于山城·重庆