STM32F1系列之复制data段和清除BSS段(ZI段)

STMCU小助手 · 2022-08-27T05:29:04+00:00

一、什么是BSS段(ZI段) : x( h( _+ z+ p- R7 B4 ~bss段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。 % Q5 z$ F" o! b S) j4 Ebss是英文Block Started by Symbol的简称。 * P; ]5 ]( A7 t& [bss段属于静态内存分配。 1 u$ a/ N: S+ O : c+ x, J0 u/ K) P: B2 D而在Keil里，BSS段被称为ZI段 + o( Q9 {# l: `6 H1 l" v; F8 Z9 l6 w; P1 A: u; Q1 v" F7 s 二、为什么要复制data段- v* ]! V0 o) v6 _% H/ O; _ 这是因为对于在STM32F103这类资源紧缺的单片机芯片中，数据段只是暂时先保存在Flash上，在使用前被复制到内存里，而复制到内存这个过程是需要我们自己实现的。实际上在keil中，*(InRoot$$Sections)这一段就是keil帮我们做好的一段代码，当我们调用main函数时，keil会帮我们自动添加。但是为了学习，我们来自己实现一下，那么就需要知道数据段的加载地址（在Flash上的位置）和链接地址（需要放在内存中的位置），在keil中获取这些地址的方法如下：; v2 a6 d: \5 |3 Y4 E3 c8 o ; R7 [+ b! g' ~ 数据段的加载地址： Load$RW_IRAM1$Base, }7 B% A+ n7 h' B 数据段的链接地址： Image$RW_IRAM1$Base , ~2 B2 s# H1 _2 H- b! Q数据段的长度： Image$RW_IRAM1$Length % u' f* E# q3 [; L, {- A, lZI段的链接地址： Image$RW_IRAM1$ZI$Base' ]/ W' @- P. a- n ZI段的长度： Image$RW_IRAM1$ZI$Length复制代码 . ~, q; W% A4 Z; c, v5 T三、编写代码实现 2 l, A& t/ z+ B将start.s修改为如下所示8 U( D' E0 I8 Y+ P/ } ! i+ f0 u; R6 l) G2 Z; |) Y Stack_Size EQU 0x00000500 ;定义堆栈大小为1024byte) [ r! D9 ~6 g. k$ k) ^8 w AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;定义一个数据段,标记为STACK，即栈，不写入初始值初，对RAM来说，即初始化为0，8字节对齐2 N" A1 p% ^. q Stack_Mem SPACE Stack_Size ;保留Stack_Size大小的栈空间 6 T7 x8 X- F% ^# C/ b( W& g__initial_sp ;标号，代表堆栈顶部地址，后面有用 9 y; z& ?- }' z2 {+ X: f6 I) D1 k% m0 j5 h PRESERVE8 ;指示编译器8字节对齐 ! k4 ]$ } ?" a$ B: ^ THUMB ;指示编译器以后的指令为THUMB指令 0 D( ?- c3 h( B4 H7 K 5 k( g% S. ^/ q9 @( }# n: r : ?3 |; n# ]! _( ?; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset6 _3 \; X6 B. u) u7 N1 w AREA RESET, CODE, READONLY ;定义只读数据段，标记为RESET，其实放在CODE区，位于0地址 # A# I6 z' K3 s; u3 s EXPORT __Vectors ;在程序中声明一个全局的标号__Vectors，该标号可在其他的文件中引用9 k8 N6 L) ~9 v% o+ d0 Y * I' M3 B' k- B9 A, I1 O( O+ D __Vectors DCD __initial_sp ;当前地址写入一个字(32bit)数据，值应该为栈顶地址1 Q4 K6 m7 h& y D) l' P6 I1 U/ x DCD Reset_Handler ;当前地址写入一个字(32bit)数据，值为Reset_Handler指向的地址值，即程序入口地址 , x/ P7 i; n2 O1 E+ {' f5 m& a / s" t$ }, c o% q AREA |.text|, CODE, READONLY ;定义代码段，标记为.text 1 `$ {- H4 J4 E- }# e. W2 i5 G; a% v$ }4 C" N ; Reset handler ;利用PROC、ENDP这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰& L8 U: }/ u0 j7 u Reset_Handler PROC ;过程的开始 . B6 _- F$ F [2 y EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;[WEAK] 弱定义，意思是如果在别处也定义该标号(函数)，在链接时用别处的地址。$ c# K* Q; x& M; H 0 L* Z9 c+ y! G+ _ IMPORT |Image$RW_IRAM1$Base| ;从别处导入data段的链接地址1 B( R4 U( {0 O( l' U) `5 D IMPORT |Image$RW_IRAM1$Length| ;从别处导入data段的长度% b a( ?$ d" I IMPORT |Load$RW_IRAM1$Base| ;从别处导入data段的加载地址 C5 L0 i2 G" \( u/ ], M; n/ | IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ;从别处导入ZI段的链接地址 7 L: s5 V5 E% N/ D IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Length|;从别处导入ZI段的长度7 `6 E7 d, M `0 T # U( p4 f) y0 |& e7 ^6 A# \; 复制数据段 6 c8 \& B3 t! {5 T- ~& D LDR R0, = |Load$RW_IRAM1$Base| ;将data段的加载地址存入R0寄存器4 j8 @! u; E; V; b- P- H- ~ LDR R1, = |Image$RW_IRAM1$Base| ;将data段的链接地址存入R1寄存器 2 p8 V p5 f$ Q0 y; Z5 _/ |: E LDR R2, = |Image$RW_IRAM1$Length| ;将data段的长度存入R2寄存器 ' P& e. m& O3 t! P5 o) xCopyData ; a6 t# }4 s8 k/ i0 o/ R SUB R2, R2, #4 ;每次复制4个字节的data段数据0 j6 C J9 }3 E" k LDR R3, [R0, R2] ;把加载地址处的值取出到R3寄存器 . U! p3 x1 n) K6 C- C+ h1 K( W STR R3, [R1, R2] ;把取出的值从R3寄存器存入到链接地址 0 H6 C# w/ G: L) A) ]/ ?7 ]& ?6 N' J CMP R2, #0 ;将计数和0相比较 1 @) E. z0 z' U+ o3 ] BNE CopyData ;如果不相等，跳转到CopyData标签处，相等则往下执行 q' r% S D! |4 a ! P! ?: ]# [* O3 R8 s8 u; 清除BSS段 5 Q6 {. t- s) o LDR R0, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ;将bss段的链接地址存入R1寄存器 ! Y9 H' t( ^' w- { LDR R1, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Length| ;将bss段的长度存入R2寄存器- {/ p+ j& N9 G% L2 U CleanBss & c; S; ~- `% h( f* T! g SUB R1, R1, #4 ;每次清除4个字节的bss段数据 0 l% A; A3 J9 f# h( @4 P7 n E MOV R3, #0 ;将0存入r3寄存器8 P) h' M& s* F1 m4 ^6 U) X3 n STR R3, [R0, R1] ;把R3寄存器存入到链接地址 " J4 g0 Y9 T5 B2 ]2 }1 ], }, E' j: w* @ CMP R1, #0 ;将计数和0相比较, S+ s0 ]) b0 J$ L; ]7 O! p BNE CleanBss ;如果不相等，跳转到CleanBss标签处，相等则往下执行 # ^+ x. s' M8 a6 \1 U( E 7 r! m5 o6 I8 _+ A* u( o6 M0 V ; x3 r5 P9 n! a! O0 P$ | IMPORT mymain ;通知编译器要使用的标号在其他文件/ m; y' n) U8 R' t5 I) r) p) c BL mymain ;跳转去执行main函数7 o Y$ L9 s, \; @% z6 W( F4 V B . ;原地跳转，即处于循环状态 ! H2 j n) S2 ^' R1 Z9 R _* N ENDP# Y& v/ C- o# ?0 h2 o3 c& D 2 P0 s9 ]1 h, d; j' U* G# I ALIGN ;填充字节使地址对齐' J+ ^- x0 p- }3 P+ [# | END ;整个汇编文件结束 ! k: N6 @6 d4 a. o) U5 k0 b复制代码 ' X" \4 @, i& |' w6 b四、验证" u# z8 ^, W1 v' C9 w, N; F 其他文件不做修改，编译烧录运行，可以看到所有变量的值都正确了 6 f) H6 I( E' \' T+ a% |/ D" k8 H# b/ c5 e# ^ x 9 e5 q% n: l( e( w . z2 S c, t4 _) t8 ^ I% D五、注意3 c2 `( W. F2 L8 d) A; ~% ` 我们之前看过编译出来的hex文件，发现myzero和my变量也存在，这就意味着这两个本该在bss段的变量也会在Flash中，这就很奇怪了，而事实是：# a3 F6 [/ F, e |4 q# n ? 2 Q; S) L2 w$ g) b6 O7 G对于keil来说，一个本该放到BSS段的变量，如果它所占据的空间小于等于8字节自己，keil仍然会把它放在data段里。只有当它所占据的空间大于8字节时，才会放到BSS段。 . j; P( i5 s' b3 s/ C( Y; O, d1 k' o; N$ l7 `% c, N4 ] 那么我们将myzero修改为一个数组2 R9 ?3 @- L V4 s, H 5 ]% \: y" R/ t% R6 o3 V* [% w/ \- y o3 U1 E6 W* d/ ] 这样查看hex文件，可以看到，只有my变量存在了1 D. f& e w: I- |+ f5 [/ H % H9 l8 T, l/ R% z# k$ W - Z' `- _" h% l' F; k , o" O8 {5 R. S& u % Q/ U3 G: L! w. D: ~

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STMCU小助手发布时间：2022-8-27 13:29

技术帖
文章封面:
文章简介:	STM32F1系列之复制data段和清除BSS段(ZI段)

一、什么是BSS段(ZI段)
bss段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。
bss是英文Block Started by Symbol的简称。
bss段属于静态内存分配。

而在Keil里，BSS段被称为ZI段

二、为什么要复制data段
这是因为对于在STM32F103这类资源紧缺的单片机芯片中，数据段只是暂时先保存在Flash上，在使用前被复制到内存里，而复制到内存这个过程是需要我们自己实现的。实际上在keil中，*(InRoot$$Sections)这一段就是keil帮我们做好的一段代码，当我们调用main函数时，keil会帮我们自动添加。但是为了学习，我们来自己实现一下，那么就需要知道数据段的加载地址（在Flash上的位置）和链接地址（需要放在内存中的位置），在keil中获取这些地址的方法如下：

数据段的加载地址： Load$RW_IRAM1$Base, }7 B% A+ n7 h' B
数据段的链接地址： Image$RW_IRAM1$Base
, ~2 B2 s# H1 _2 H- b! Q
数据段的长度： Image$RW_IRAM1$Length
% u' f* E# q3 [; L, {- A, l
ZI段的链接地址： Image$RW_IRAM1$ZI$Base' ]/ W' @- P. a- n
ZI段的长度： Image$RW_IRAM1$ZI$Length

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三、编写代码实现
将start.s修改为如下所示

Stack_Size EQU 0x00000500 ;定义堆栈大小为1024byte) [ r! D9 ~6 g. k$ k) ^8 w
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;定义一个数据段,标记为STACK，即栈，不写入初始值初，对RAM来说，即初始化为0，8字节对齐2 N" A1 p% ^. q
Stack_Mem SPACE Stack_Size ;保留Stack_Size大小的栈空间
6 T7 x8 X- F% ^# C/ b( W& g
__initial_sp ;标号，代表堆栈顶部地址，后面有用
9 y; z& ?- }' z
2 {+ X: f6 I) D1 k% m0 j5 h
PRESERVE8 ;指示编译器8字节对齐
! k4 ]$ } ?" a$ B: ^
THUMB ;指示编译器以后的指令为THUMB指令 0 D( ?- c3 h( B4 H7 K
5 k( g% S. ^/ q9 @( }# n: r
: ?3 |; n# ]! _( ?
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset6 _3 \; X6 B. u) u7 N1 w
AREA RESET, CODE, READONLY ;定义只读数据段，标记为RESET，其实放在CODE区，位于0地址
# A# I6 z' K3 s; u3 s
EXPORT __Vectors ;在程序中声明一个全局的标号__Vectors，该标号可在其他的文件中引用9 k8 N6 L) ~9 v% o+ d0 Y
* I' M3 B' k- B9 A, I1 O( O+ D
__Vectors DCD __initial_sp ;当前地址写入一个字(32bit)数据，值应该为栈顶地址1 Q4 K6 m7 h& y D) l' P6 I1 U/ x
DCD Reset_Handler ;当前地址写入一个字(32bit)数据，值为Reset_Handler指向的地址值，即程序入口地址
, x/ P7 i; n2 O1 E+ {' f5 m& a
/ s" t$ }, c o% q
AREA |.text|, CODE, READONLY ;定义代码段，标记为.text
1 `$ {- H4 J4 E- }# e. W
2 i5 G; a% v$ }4 C" N
; Reset handler ;利用PROC、ENDP这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰& L8 U: }/ u0 j7 u
Reset_Handler PROC ;过程的开始 . B6 _- F$ F [2 y
EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;[WEAK] 弱定义，意思是如果在别处也定义该标号(函数)，在链接时用别处的地址。$ c# K* Q; x& M; H
0 L* Z9 c+ y! G+ _
IMPORT |Image$RW_IRAM1$Base| ;从别处导入data段的链接地址1 B( R4 U( {0 O( l' U) `5 D
IMPORT |Image$RW_IRAM1$Length| ;从别处导入data段的长度% b a( ?$ d" I
IMPORT |Load$RW_IRAM1$Base| ;从别处导入data段的加载地址
C5 L0 i2 G" \( u/ ], M; n/ |
IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ;从别处导入ZI段的链接地址
7 L: s5 V5 E% N/ D
IMPORT |Image$RW_IRAM1$ZI$Length|;从别处导入ZI段的长度7 `6 E7 d, M `0 T
# U( p4 f) y0 |& e7 ^6 A# \
; 复制数据段
6 c8 \& B3 t! {5 T- ~& D
LDR R0, = |Load$RW_IRAM1$Base| ;将data段的加载地址存入R0寄存器4 j8 @! u; E; V; b- P- H- ~
LDR R1, = |Image$RW_IRAM1$Base| ;将data段的链接地址存入R1寄存器
2 p8 V p5 f$ Q0 y; Z5 _/ |: E
LDR R2, = |Image$RW_IRAM1$Length| ;将data段的长度存入R2寄存器
' P& e. m& O3 t! P5 o) x
CopyData
; a6 t# }4 s8 k/ i0 o/ R
SUB R2, R2, #4 ;每次复制4个字节的data段数据0 j6 C J9 }3 E" k
LDR R3, [R0, R2] ;把加载地址处的值取出到R3寄存器
. U! p3 x1 n) K6 C- C+ h1 K( W
STR R3, [R1, R2] ;把取出的值从R3寄存器存入到链接地址 0 H6 C# w/ G: L) A) ]/ ?7 ]& ?6 N' J
CMP R2, #0 ;将计数和0相比较
1 @) E. z0 z' U+ o3 ]
BNE CopyData ;如果不相等，跳转到CopyData标签处，相等则往下执行
q' r% S D! |4 a
! P! ?: ]# [* O3 R8 s8 u
; 清除BSS段
5 Q6 {. t- s) o
LDR R0, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Base| ;将bss段的链接地址存入R1寄存器
! Y9 H' t( ^' w- {
LDR R1, = |Image$RW_IRAM1$ZI$Length| ;将bss段的长度存入R2寄存器- {/ p+ j& N9 G% L2 U
CleanBss
& c; S; ~- `% h( f* T! g
SUB R1, R1, #4 ;每次清除4个字节的bss段数据
0 l% A; A3 J9 f# h( @4 P7 n E
MOV R3, #0 ;将0存入r3寄存器8 P) h' M& s* F1 m4 ^6 U) X3 n
STR R3, [R0, R1] ;把R3寄存器存入到链接地址
" J4 g0 Y9 T5 B2 ]2 }1 ], }, E' j: w* @
CMP R1, #0 ;将计数和0相比较, S+ s0 ]) b0 J$ L; ]7 O! p
BNE CleanBss ;如果不相等，跳转到CleanBss标签处，相等则往下执行
# ^+ x. s' M8 a6 \1 U( E
7 r! m5 o6 I8 _+ A* u( o6 M0 V
; x3 r5 P9 n! a! O0 P$ |
IMPORT mymain ;通知编译器要使用的标号在其他文件/ m; y' n) U8 R' t5 I) r) p) c
BL mymain ;跳转去执行main函数7 o Y$ L9 s, \; @% z6 W( F4 V
B . ;原地跳转，即处于循环状态
! H2 j n) S2 ^' R1 Z9 R _* N
ENDP# Y& v/ C- o# ?0 h2 o3 c& D
2 P0 s9 ]1 h, d; j' U* G# I
ALIGN ;填充字节使地址对齐' J+ ^- x0 p- }3 P+ [# |
END ;整个汇编文件结束
! k: N6 @6 d4 a. o) U5 k0 b

复制代码

四、验证
其他文件不做修改，编译烧录运行，可以看到所有变量的值都正确了

五、注意
我们之前看过编译出来的hex文件，发现myzero和my变量也存在，这就意味着这两个本该在bss段的变量也会在Flash中，这就很奇怪了，而事实是：

对于keil来说，一个本该放到BSS段的变量，如果它所占据的空间小于等于8字节自己，keil仍然会把它放在data段里。只有当它所占据的空间大于8字节时，才会放到BSS段。

那么我们将myzero修改为一个数组