Scatter文件编写

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转自http://www.yxarm.com/TechShow.asp?id=157 

（和《ARM嵌入式应用技术基础》186-190页一模一样）

 

Scatter文件编写

 

    一个映像文件中可以包含多个域（region），在加载和运行映像文件时，每个域可以有不同的地址。每个域可以包括多达3个输出段，每个输出段是由若干个具有相同属性的输入段组成。这样在生成映像文件时，ARM链接器就需要知道下述两个信息。

• 分组信息    决定各域中的输出段是由哪些输入段组织而成；
• 定位信息    决定各域在存储空间中的起始地址。

    根据映像文件中地址映射的复杂程度，有两种方法来告诉ARM链接器这些相关的信息。对于映像文件中地址映射关系比较简单的情况，可以使用命令行选项；对于映像文件中地址映射关系比较复杂的情况，可以使用一个scatter配置文件。Scatter文件又称为分散加载文件，将重点讲解如何编写scatter文件。

1、Scatter文件结构

    Scatter文件是一个文本文件，使用BNF语法来描述ARM链接器生成映像文件时所需要的信息。具体来说，在scatter文件中可以指定下列信息：

• 各个加载时域的加载时起始地址、最大尺寸和属性；
• 每个加载时域包含的输出段；
• 各个输出段的运行时起始地址、最大尺寸、存储访问特性和属性；
• 各个输出段中包含的输入段。

    一个Scatter文件包含若干个加载域，一个加载域包含若干个输出段，一个输出段由若干个具有相同属性的输入段组成，其结构如图1所示。

               

                                   图1 Scatter文件结构示意图

    ① 加载时域的描述

    加载时域包括名称、起始地址、属性、最大尺寸和一个运行时域的列表。使用BNF语法描述，加载时域的格式如下所示：

Load_name      base_designator         attribute      max_size { …… }

• Load_name   运行时域名称，它除了唯一地标识一个运行时域外，还用来构成链接器生成的链接符号；
• base_designator 用来表示本加载时域的起始地址，它可以有两种格式表示：起始地址或偏移量； 
• attribute   本加载时域的属性，其可能的取值为下面之一，默认的取值为ABSOLUTE：
•     PI          位置无关属性；
•     RELOC       重定位；
•     ABSOLUTE    绝对地址； 
• max_size 最大尺寸，如果本加载时域的实际尺寸超过了该值，链接器将报告错误。默认的取值为0xFFFFFFFF。

    ② 输出段的描述

    输出段包括名称、起始地址、属性、最大尺寸和一个输入段的集合。使用BNF语法描述，输出段的格式如下所示：

output_name     base_designator     attribute       max_size { …… }

• output_name 输出段的名称，它用来唯一地标识一个输出段，还用来构成链接器生成的链接符号。
• base_designator 用来表示本输出段的起始地址，它可以有两种格式：起始地址值或偏移量。
• attribute   表示本输出段的属性，其可能的取值如下所示：
•     PI          位置无关属性
•     RELOC       重定位
•     ABSOLUTE    绝对地址
•     FIXED       固定地址
•     UNINIT      未初始化的数据
• max_size    指定本输出段的最大尺寸。

    ③ 输入段的描述

    输入段里描述了一个文本字符串的模式，匹配该模式的输入段都将被包含在当前域中。模式中可以使用匹配符，符号＂*＂代表零个或者多个字符，符号＂?＂代表单个字符。进行匹配时，所有字符是大小写无关的。

    下面介绍一些使用scatter文件配置映像文件地址映射模式的例子。在本例中，映像文件包括一个加载时域和3个连续的输出段，这种模式适合于那些将其他程序加载到RAM中的程序，如操作系统的引导程序和Angel等。

    例子    一个简单的scatter文件 

Load_1   0x4000             ；定义加载时域的名称为Load_1，起始地址为0x4000 {          ER_RO    + 0     ；输出段名ER_RO，地址偏移量0，所以起始地址为0x4000           { *( + RO) }       ；通配符*，包含了所有的RO属性的输入段，它们被连续放置          ER_RW    + 0     ；输出段名称ER_RW，起始地址为前一个输出段的结束地址加偏移量0           { *( +  RW) }      ；本输出段包含所有的RW属性的输入段，它们被连续放置 ER_ZI 0x5000       ；输出段名称ER_ZI，起始地址为0x5000           { *( +  ZI) }      ；本输出段包含了所有的ZI属性的输入段，它们被连续放置 }

    按照例 scatter文件的描述，ARM链接器会生成相应的映像文件地址映射关系，如图2所示。

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />                  

 

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

                         图2 程序运行时地址映射关系

 

2、固定时域

    任何一个映像文件都需要指定一个初始入口点（initial entry point），它是影响文件运行时的入口点。初始入口点必须位于一个固定域中，所谓固定域是指该域的加载时地址和运行时地址是相同的。如果初始入口点不是位于一个固定域中，ARM链接器在链接时会产生下面的错误信息。

    L6203E：Entry point (0x0000 0000) lies within non-root region 32 bit RAM

    使用scatter文件时，可以有下面两种方法来设置固定域。

 

    ① 设置输出段地址

    第1种方法是设定一个加载域中第1个输出段的运行地址，使其和该加载域的加载地址相同。这样该输出段就是一个固定域。

    例1就使用这种方法确定固定域。其中，加载域LR_1的起始地址为0x8000，输出段ER_RO的起始地址指定为0x8000，与加载域LR_1的起始地址相同，因此，输出段ER_RO是一个固定域，并且是映像文件的初始入口点。

    例1 指定固定域

LR_1 0x08000                ；加载域LR_1的起始地址为0x8000 {      ER_RO 0x08000          ；输出段ER_RO的起始地址为0x8000      { *( +  RO)          ；包含了所有的RO数据，包含初始入口点      }      ；其他部分内容 }

    ② 设置输出段属性

    第2种方法通过将某个输出段的属性设置成FIXED。

    例2指定固定域

LR_1 0x8000                 ；加载时域LR_1的起始地址为0x8000 {      ER_RO    0x8000      {          *( +  RO)          ；除了init.o之外的其他RO数据      }      ER_INIT 0x9000 FIXED   ；设置输出段属性为FIXED，确定固定域      {      init.o( +  RO)         ；本输出段包含了init.o，包含映像文件的初始入口点      }      ；其他部分内容 }

 

3、一个实际系统的例子

    在一个嵌入式设备中，为了保持好的性价比，通常在系统中存在多种存储器。在一个实际的ARM开发板中，可能包括片内Flash、RAM和片外Flash、RAM。在本例中，我们假设用ARM芯片构造了一个嵌入式系统，包含了8KB片内Flash存储器、16KB片内RAM存储器、起始地址为0x80000000的片外Flash和起始地址为0x81000000的片外RAM，其地址空间分配关系如图3所示。

    在这样的ARM系统中，我们编写了程序，并且按照例3中的分散加载文件对映象文件的地址进行分配。分配后的地址映像关系如图4所示。

        

          

         图3 ARM系统中的地址空间                         图4 地址映像关系

    从图4中可以看出：可执行代码都放在片外Flash中，并且Vectors向量表放在片外Flash的起始地址上；Startup目标文件的数据放置在片内RAM中，堆栈放在片内RAM的顶端；其他数据放置在片外RAM中，堆空间紧跟其后。

    例3 片外Flash启动程序的scatter文件

ROM_LOAD  0x80000000                 ；定义加载区名称ROM_LOAD，起始地址0x80000000 {      ROM_EXE  0x80000000              ；定义执行代码空间，起始地址与加载域地址相同     {         Startup.o (vectors,  +First)     ；首先放置Startup.o文件的向量表vectors         * ( +RO)               ；后面地址空间放置其他RO属性代码 }         IRAM  0x40000000                     ；定义数据空间     {   Startup.o ( +RW, +ZI)   }   STACKS  0x40004000  UNINIT           ；定义堆栈空间     {    stack.o ( +ZI)    }       ERAM  0x81000000                     ；定义数据空间     {   * ( +RW, +ZI)      }             ；剩下未指定空间的所有数据         HEAP + 0  UNINIT                     ；定义堆空间     {     heap.o ( +ZI)    }