代码段，Map文件，boot

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于 2022-02-09 15:59:38 首次发布

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程序内存通常分为代码段、数据段和BSS段。代码段存放指令，数据段存储已初始化的全局变量，BSS段用于未初始化的全局变量和静态变量。编译后的可执行文件包含这些静态数据和指令，加载到内存时，数据会被复制到RAM。静态变量和初始化的全局变量在程序运行前已分配空间，动态变量在栈中分配。理解内存布局有助于优化程序和内存管理。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一个程序包含的部分
bss段、data段、text段三个组成的
一般文章的说明如下：
1.bss段 Block Started by Symbol( ZI data)
未初始化的全局变量和静态变量

2.data段(RW data)
数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。

3.text(code)
代码段，存放指令

本文起始
一段代码为何会分为各种段，CPU会根据指令执行对应的操作
例如 MOV a,b
ADD a，b
CPU的运行实际上是对数据进行操作所以包含两个对象
1.如何操作加减乘除，位移等等
如何操作等一系列的内容我们称为指令

2.对谁操作数据：常量，变量
操作对象就是数据。这个数据也就是逻辑数据，变量常量都有我们指定的意义。

一段代码由编译器完成编译(Build)后生成可执行文件。可执行文件就是指令和数据的存在形式。
可执行文件只要编译完成，文件本身是不会变动的，处于只读状态，顺理成章把它写入到只读存储器中。
所以文件本身是不会变动的，很好理解就是静态，不管你怎么样我就安安静静在那里。所以称为静态区域。
静态区域的有时也叫做image(镜像)文件，镜像就是镜子里面的成像，其特点是和原像一模一样。
原像是只在目标机器中的可执行文件。所以我们编译好的文件，是和目标机器里面存在的文件相同。

程序执行的源头就是可执行文件，所以可执行文件所在的地址空间被称为加载域 Load Region。CPU运行的时候把指令从加载域中取出，加载到CPU中（哈佛结构CPU）。

静态文件，现在包含所有的静态指令和数据。静态数据就是全局变量和静态定义的变量，还有那些无论怎样都安安静静存在都的常量。
在这里插入图片描述

显然一个可执行文件占用的空间(FLASH 空间) 为所有静态数据 = code +静态数据

RW-Data 初始化了的可读写变量，值得是静态初始化的静态变量。
如果是一个动态变量，也就是程序运行中才会出现的变量。
代码如下

void task1_task(void *pvParameters)
{

	for(;;)
	{
		GPIO_ToggleBits(GPIOF,GPIO_Pin_8);
		vTaskDelay(1000);
	}

}
      Code (inc. data)   RO Data    RW Data    ZI Data      Debug   Object Name

       296         14          0          0          0       1839   app_can_train.o
       176         38          0         14          0       2041   app_pwm_in_mes.o
        56         14          0          1         20       1323   app_spi_train.o
         0          0          0          0          0      15428   event_groups.o
       756         74          0         32       8072       7599   heap_4.o
        24         10          0          0        604       1332   idle_task_static_memory.o
       148          0          0          0          0       3790   list.o
       396        132          0         16       3072      30954   main.o

void task1_task(void *pvParameters)
{
  uint8_t a;
	for(;;)
	{
		GPIO_ToggleBits(GPIOF,GPIO_Pin_8);
		vTaskDelay(1000);
	}

}

变量a对RW-data没有影响。
如果加上static 静态；

void task1_task(void *pvParameters)
{
  static uint8_t a;
	for(;;)
	{
		GPIO_ToggleBits(GPIOF,GPIO_Pin_8);
		vTaskDelay(1000);
	}

}
      Code (inc. data)   RO Data    RW Data    ZI Data      Debug   Object Name

       296         14          0          0          0       1839   app_can_train.o
       176         38          0         14          0       2041   app_pwm_in_mes.o
        56         14          0          1         20       1323   app_spi_train.o
         0          0          0          0          0      15428   event_groups.o
       756         74          0         32       8072       7599   heap_4.o
        24         10          0          0        604       1332   idle_task_static_memory.o
       148          0          0          0          0       3790   list.o
       396        132          0         17       3072      30966   main.o

RW-data 增加了一个数据宽度。

理解FLASH空间的关键在于静态

在函数中的非静态变量是在运行过程中出现的变量，所以为动态变量。
动态变量的存在时间有局限，存在于运行时的栈中。栈的消耗是动态的。

静态空间的分配状况称为 Memory Map of the image ，一般在编译器的map 文件中

在这里插入图片描述
Load Region LR_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x00003ad8, Max: 0x00100000, ABSOLUTE)
Execution Region ER_IROM1 (Exec base: 0x08000000, Load base: 0x08000000, Size: 0x00003a14, Max: 0x00100000, ABSOLUTE)

加载域  Base: 0x08000000, Size: 0x00003ad8, Max: 0x00100000, ABSOLUTE
执行域  Exec base: 0x08000000, Load base: 0x08000000, Size: 0x00003a14, Max: 0x00100000, ABSOLUTE

加载和执行都是在 0x08000000 的FLASH 存储空间内。
执行域大于加载域说明，加载的时候多出一部分空间 0x3ad8 - 0x3a14 = 0xc4 （196）
196 为 RW Data 段的大小。 RW Data 已经拷贝到RAM空间
RW Data为变量，在编译阶段就已经初始化，所以开建立C环境的时候，会拷贝到RAM中。
然后建立ZI区域，统一初始化为0.
RAM空间
0x08003a14 开始映射RW Data 到RAM 0x20000000
RAM 空间还包括未被静态区映射的ZI段。
在这里插入图片描述
到此对于代码段应该有深刻的理解。

text 段简单说就是代码
data段就是编译阶段已经确定的静态数据。在编译阶段就确认初值的静态变量。这些数据会在建立C环境的时候，从加载域搬运到运行域上。
bss 段非静态数据。在建立C环境的时候统一在RAM中建立，并且初始化为0.

在这里插入图片描述
Load Region 也就是FLASH 上的可执行文件

如果理解了载入域和执行域
那么 MAP文件就是载入域和执行域地址簿。
无效的指令和数据会被编译器优化掉，不会出现在载入域和执行域，这个过程也被记录在MAP文件中。

无效的指令和数据会被编译器优化：Removing Unused input sections from the image.
其他部分都是各种变量函数的地址，所占用的空间。

cortex m3的存储空间映射

在这里插入图片描述
0x00000000~0x000FFFFF 是代码的执行空间，这里是虚拟空间，没有物理器件。
0x0800 0000 ~ 0x080F FFFF是FLASH 存储器的物理地址，地址对应器件的存储单元。

代码的执行空间和存储器可以存在映射关系。
0x00000000~0x000FFFFF 是代码的执行空间这里5个F可以映射到0x0800 0000 ~ 0x080F FFFFFLASH 存储器的物理地址
这种映射关系是可以配置的。
为何设计这种映射关系
1.上电后CPU各种寄存器的默认值0x00000000 开始执行取32bit数据为栈指针，在取32bit数据复位函数入口开始执行指令。
2,如果地址值0x00000000 是固定对应物理器件（FLASH，SRAM…）那么程序必须从指定的物理存储器上取指令。方式单一
3.设计一个空的地址空间，和物理实体产生映射。映射到不同的物理实体就会有不同的引导方式，也就是第一条指令的来源
这个物理实体指的是主FLASH，系统存储器，SRAM，or other。这样第一条代码的从哪来就多了很多选择。
在这里插入图片描述
不仅仅是引导使用了地址的关系。
我们发现CPU 能访问的设备或者数据都是通过地址来进行的，所以对于CPU来说一些皆地址。
对于CPU来说并不知道什么是gpio，什么是uart外设。它们都只是地址，把地址上的数据读出来，把数据写入地址。
在这里插入图片描述
所以都是地址。
地址和物理器件的关系就是所谓的存储器地址映射。
CPU第一条指令从哪来，就是BOOT 选择。

镜像文件的包含了哪些内容
1.异常向量
2.用户程序

异常向量是什么，CUP发生异常的时候，异常处理函数的入口列表。ARM cortex M3/M4系列CPU的架构规定好了。每次复位的时候，可以调转到一个可以配置的地址。从这个位置开始执行第一条取指令。这个视乎和boot一样？boot硬件引脚选择是物理器件。这个选择是物理器件中的位置，也就是说可以在主FLASH，系统存储器，SRAM，or other任意的位置取第一条指令

所以一个完整的一份“程序” 需要包含异常向量和执行的代码。
CPU做的事情是取指令执行，还有异常调转执行。
在这里插入图片描述

所以MCU上的代码很可能是上面的两种结构。
特殊代码慢慢演变成所谓的boot代码用来引出应用程序。
如果boot代码包含程序的更新，演变出BootLoader，还有其专门的流程以确保逻辑严密。

显然这里会有一个问题，就是不同的向量和不同的应用程序，该存放在哪里。
编译器会按照顺序进行编排，当然还可以通过用户设置来指定它们的存放位置。
叫做分散加载文件 (*.sct) 。加载域在什么位置，执行域在什么位置。

分散加载（scatter）文件是一个文本文件，它可以用来描述连接器生成映像文件时需要的信息。通过编写一个分散加载文件来指定 ARM 连接器在生成映像文件时如何分配 Code、RO-Data， RW-Data， ZI-Data 等数据的存放地址。如果不用分散加载文件指定，那么 ARM连接器会按照默认的方式来生成映像文件。