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【单片机】给STM32F10x编写内存到内存DMA把ROM中的数据段复制到RAM里

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发表于 2018-4-3 00:08:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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光是把数据段里面的已初始化变量复制到RAM里是不行的，你还要让所有引用数据的代码都引用RAM里的数据，而不是ROM里的。
这就需要了解一下链接器脚本的编写了。

这有个代码链接相关的概念要介绍一下：VMA和LMA。

VMA，Virtual Memory Address，和LMA，Load Memory Address。
LMA是你的ROM被加载的地址，而VMA则是你的ROM运行的时候，你的指令里面各种指针引用数据或者代码时的地址。
通常这两个地址在PC平台上，尤其是把代码加载到RAM里运行的平台，比如各种桌面版Linux，或者安卓手机、各种派等，LMA和VMA一般都是相同的。

Windows的PE在加载的时候，为了提高运行效率和内存管理效率，代码段和数据段的位置有时候会做出一些调整，比如调整到4K对齐的页面上，再运行。而它们在磁盘上以文件的形式存储的时候，为了节省存储空间、加快读取速度，它是一个段紧挨着另一个段的。所以此时的LMA相当于PE文件里面用到的地址，而VMA相当于PE文件被加载到内存里面以后用到的地址。

我们需要实现的效果是：单片机启动的时候，我们把数据段的数据从ROM（0x08000000到0x0800FFFF，LMA）的位置复制出来到RAM里（0x20000000到0x20004FFF），并且所有使用了这些变量的代码都是使用它们对应于RAM里的地址而不是ROM里的地址。

首先从链接器指令开始写。我们要让数据段的数据存储在ROM的位置，然后让代码引用它的时候，按照RAM的地址来引用它。
  1. ENTRY(Reset_Handler)

  3. MEMORY
  4. {
  5.         FLASH (rx) :  ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 64K
  6.         RAM (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K
  7. }

  9. SECTIONS
  10. {
  11.         .isr_vector : ALIGN(4)
  12.         {
  13.                 KEEP(*(.isr_vector))
  14.         } > FLASH

  16.         .text : ALIGN(2)
  17.         {
  18.                 *(.text)
  19.                 *(.text*)
  20.                 *(.rodata)
  21.                 *(.rodata*)
  22.                 *(.glue_7)
  23.                 *(.glue_7t)
  24.                 *(.vfp11_veneer)
  25.                 *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*)
  26.                 *(.ARM.exidx* .gnu.linkonce.armexidx.*)
  27.                 PROVIDE(_etext = .);
  28.                 PROVIDE(_sidata = .);
  29.         } > FLASH
  30.        
  31.         .stack : ALIGN(4)
  32.         {
  33.                 PROVIDE(__stack_start__ = .);
  34.                 . = 0x400;
  35.                 PROVIDE(__stack_end__ = .);
  36.         } > RAM
  37.        
  38.         .data : ALIGN(4)
  39.         {
  40.                 PROVIDE(_sdata = .);
  41.                 *(.data)
  42.                 *(.data*)
  43.                 PROVIDE(_edata = .);
  44.         } > RAM AT > FLASH
  45.        
  46.         .bss : ALIGN(4)
  47.         {
  48.                 PROVIDE(__bss_start__ = .);
  49.                 *(.bss)
  50.                 *(.bss*)
  51.                 PROVIDE(__bss_end__ = .);
  52.         } > RAM
  53. }
复制代码
这里面的“AT > FLASH”是关键，它告诉链接器，数据段和代码段一起存储到ROM里，然后引用的时候从RAM引用。

此时我们的目标已经完成了一半，因为数据它仍然存储在ROM里，需要我们手动把它拷贝出来，它才会到RAM里。
接下来就是如何拷贝的问题了。

因为不想为了这个占用DMA1通道1的中断，我不使用中断。
  1. extern char __bss_start__;
  2. extern char __bss_end__;
  3. extern char _sidata;
  4. extern char _sdata;
  5. extern char _edata;

  7. static void _dma_copy_dataseg()
  8. {
  9.         if(&_sdata == &_edata) return;
  10.        
  11.         uint32_t regval = DMA1_Channel1->CCR & 0xFFFF8000;
  12.         regval |=
  13.                 DMA_DIR_PeripheralSRC |
  14.                 DMA_PeripheralInc_Enable |
  15.                 DMA_MemoryInc_Enable |
  16.                 DMA_PeripheralDataSize_Word |
  17.                 DMA_MemoryDataSize_Word |
  18.                 DMA_Mode_Normal |
  19.                 DMA_Priority_Medium |
  20.                 DMA_M2M_Enable;
  21.         DMA1_Channel1->CCR = regval;
  22.        
  23.         DMA1_Channel1->CNDTR = ((uint32_t)&_edata - (uint32_t)&_sdata - 1) / 4 + 1;
  24.         DMA1_Channel1->CPAR = (uint32_t)&_sidata;
  25.         DMA1_Channel1->CMAR = (uint32_t)&_sdata;
  26.        
  27.         DMA1_Channel1->CCR = regval | DMA_CCR1_EN;
  28. }

  30. static void _dma_copy_wait()
  31. {
  32.         if(&_sdata == &_edata) return;
  33.         while(DMA1_Channel1->CNDTR);
  34. }

  36. static void _clear_bss()
  37. {
  38.         if(&__bss_start__ == &__bss_end__) return;
  39.         uint32_t *ptr = (uint32_t*)&__bss_start__;
  40.         while(ptr < (uint32_t*)&__bss_end__) *ptr++ = 0;
  41. }

  43. void Reset_Handler()
  44. {
  45.         do
  46.         {
  47.                 _dma_copy_dataseg();
  48.                 _clear_bss();
  49.                 _dma_copy_wait();
  50.                
  51.                 main();
  52.         }while(1);
  53. }
复制代码
其中Reset_Handler()是真·入口点，而main()则是以此为模板时使用的入口点。

我们用extern关键字把链接器脚本里生成的那些符号引用进来，来定位数据段在ROM中的位置，以及在RAM中的对应位置。
_dma_copy_dataseg()函数开启了一次内存到内存DMA，_clear_bss()函数使用循环来把bss段的RAM清零。最后通过一个忙等待来等待DMA的计数器归零。

DMA计数器归零后DMA传输就结束了，因此可以不用管它。

这里有个要注意的地方。_clear_bss()这个函数是使用循环来把一个地址上的内存清零。使用gcc编译器的时候，如果你把优化开到了O3，它就会检测到你的这个行为，并且把你的循环写内存操作替换为一个memset()调用。在编译参数上，使用-fno-tree-loop-distribute-patterns可以禁用这一类优化。

参考资料：
https://www.embeddedrelated.com/showthread/comp.arch.embedded/
77071-1
.php
https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/
4
/html/Using_ld_the_GNU_Linker/index.html
https://stackoverflow.com/questions/
46996893
/gcc-replaces-loops-with-memcpy-and-memset
单片机, 嵌入式, 链接, DMA

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