基于MDK-Keil环境如何把STM32程序直接下载到SRAM运行

1. 前言

对于 Cortex-M 内核的微控制器，它们都可以支持在 RAM 中执行程序，有些非 ARM 的微控制器是不支持的。

在内部 SRAM 执行程序，有基于以下几方面的原因：

  • 1、所使用的设备可能具有OTP（One-time Programmable，一次性可编程）ROM区域，还没有确定最终代码之前，还不会把程序编程到芯片中；
  • 2、有些MCU内部内部可能没有Flash，可能会使用到外部的存储器。但是在软件开发阶段可以下载到SRAM进行开发测试；
  • 3、对于特定的测试场合，Flash已经烧录了程序，但是不想擦除。这时可以把测试程序下载到SRAM运行；
  • 4、对于有些Flash被锁定的芯片，可以把代码下载到SRAM，然后进行解锁；
  • 5、Flash写入需要先擦除，所以SRAM的写入速度要比Flash快很多，如果程序很大的话，在开发阶段直接在SRAM运行可以提高效率。

对于程序下载到内部SRAM运行，有多种方法：

  • 1、配置boot引脚，然后下载代码到SRAM，使程序从SRAM启动
  • 2、不修改boot引脚启动模式，借助仿真器，进入仿真模式，然后强制更改 PC SP 指针，从SRAM位置取值开始运行
  • 3、程序下载到内部Flash或者外部的SD卡、SPI Flash等存储设备，然后上电之后把代码搬运到SRAM运行（类似代码的重定位）

下面只介绍前面两种方式。

首先在修改程序在SRAM运行之前，要先准备好一份可以正常在Flash运行的程序。

2. 修改散列文件

散列文件，就是链接脚本，指导链接器如何对程序进行链接的。

我们要让代码在SRAM运行，首先就要修改散列文件，让程序链接地址修改在内部SRAM空间。

在这里插入图片描述

我们打开Keil的配置界面，然后使用我们自己修改的散列文件。

修改后的散列文件内容如下：

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************LR_IROM1 0x20000000 0x00010000  {    ; load region size_regionER_IROM1 0x20000000 0x00010000  {  ; load address = execution address*.o (RESET, +First)*(InRoot$$Sections).ANY (+RO).ANY (+XO)}RW_IRAM1 0x20010000 0x00010000  {  ; RW data.ANY (+RW +ZI)}
}

我使用的MCU型号是 STM32F407ZG ，IARM1 的 SRAM 大小有 0x20000 ，即 128KB。我这里分配的代码区域（ER_IROM1）大小是 0x10000（64KB），然后可读可写的数据区域大小是0x10000（64KB），也就是把他们平均分了。

在实际的项目开发中，可根据实际情况改写分配。

3. 修改中断向量表基地址

默认的中断向量表基地址是指向 0x08000000 的地址处的，现在我们已经更改了链接地址，把程序链接到内部SRAM 0x20000000 区域了。

如果发生中断，CPU还是跳到0x08000000开始的地址处执行中断服务函数的话，那么肯定是程序崩溃，因为现在0x08000000处的地址已经没有代码了。

要想正常使用中断的话，就必须修改中断向量表的基地址指向0x20000000地址处。

修改中断向量表基地址，只要修改 SCB->VTOR 寄存器的值就行。

具体代码，在 system_stm3f4xx.c 的 SystemInit 函数就有。如下：

void SystemInit(void)
{/* 部分代码省略 ........ *//* Configure the Vector Table location add offset address */#ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */#elseSCB->VTOR = FMC_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */#endif
}

我们只要定义这个 VECT_TAB_SRAM 宏，就可以修改中断向量表的基地址指向 0x20000000 的地址处了。

这个宏可以直接在Keil的配置界面 C/C++ 选项里面的宏定义那里填写，当然直接在 system_stm3f4xx.c 这个文件前面自己手动写一下也可以。

4. 修改下载算法的配置

为了把代码下载到SRAM中，还需要修改Jlink的下载算法配置，只要其实就是更改下载的地址改为 SRAM 的地址。

在这里插入图片描述

对于上面的配置简单解释如下：

  • 1、由于是下载到SRAM，SRAM写入是不需要擦除的，所以勾选 DO not Erase 即可
  • 2、“Programming Algorithm”一栏的配置，由于没有内置的SRAM下载算法，所以下载算法选择的还是原来的Flash下载算法。但是下面的起始地址和大小需要更改，就改为我们在散列文件定义代码区域的起始地址和大小。
  • 2、“RAM for Algorithm”一栏是指“编程算法”(Programming Algorithm)可使用的 RAM 空间，下载程序到 FLASH 时运行的编程算法需要使用 RAM 空间，在默认配置中它的首地址为 0x20000000，即内部 SRAM 的首地址。但是现在我们修改了0x20000000开始处存放的是代码，所以这里的起始地址要修改了散列文件设置的 RW 区域的起始地址，即 0x20010000 。然后大小默认不用改。

5. 修改boot启动模式

配置到这里，其实我们这时如果更改Boot的启动引脚，配置为内部SRAM启动，然后点击下载按钮，程序就可以正常跑了的。

在这里插入图片描述

但是如果不修改boot启动模式，然后从SRAM启动的话，也可以借助仿真器配置，进入仿真调试模式，然后通过仿真器配置强制 PC SP 指针从 0x20000000 开始处取值，这样也能让程序正常从SRAM运行。

6. 通过仿真器配置修改 PC SP 的值

修改boot模式的目的，其实就是让MCU上电之后，可以从正确的地址处获取到 PC SP 指针的初始值，这样代码才可以正常开始运行。

让 PC SP 获取到正确的值，有两种方式：

  • 修改Boot启动模式，让程序从内部SRAM启动
  • 不修改启动模式，然后通过仿真器配置，进入仿真模式，强制修改 PC SP 的值。

下面介绍下怎么通过仿真器配置，让代码在SRAM运行。

首先我们自己编写一份 .ini 的调试配置文件，强制 PC SP 指针的地址值。内容如下：

/***********************************************************/
/* Debug_RAM.ini: Initialization File for Debugging from Internal RAM */
/******************************************************/
/* This file is part of the uVision/ARM development tools. */
/* Copyright (c) 2005-2014 Keil Software. All rights reserved.*/
/* This software may only be used under the terms of a valid, current */
/* end user licence from KEIL for a compatible version of KEIL software */
/*development tools. Nothing else gives you the right to use this software ?*/
/***************************************************/FUNC void Setup (void) {SP = _RDWORD(0x20000000); // 设置栈指针 SP，把 0x20000000 地址中的内容赋值到 SP。PC = _RDWORD(0x20000004); // 设置程序指针 PC，把 0x20000004 地址中的内容赋值到 PC。// XPSR = 0x01000000; // 设置状态寄存器指针 xPSR_WDWORD(0xE000ED08, 0x20000000); // Setup Vector Table Offset Register}LOAD %L INCREMENTAL // 下载 axf 文件到 RAMSetup(); //调用上面定义的 setup 函数设置运行环境g, main //跳转到 main 函数

然后配置Keil的选项，如下：

在这里插入图片描述

这样，通过这种方式，不需要修改boot引脚的启动模式，点击 debug 调式按钮，也一样可以正常在SRAM运行。

缺点就是下载程序必须是点击进入调试界面，不能通过下载程序的按钮下载程序。因为这种方式是通过仿真器的配置强制设置 PC SP 指向正确的地址的。

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