在IAR工具链中使用overlay命令进行SMP多核工程TCM配置

随着嵌入式设备的智能化需求越来越高，对MCU的性能要求也越来越高。一方面可以通过提高MCU的主频来提升MCU的性能，但是这会使MCU的设计变得更复杂。另一方面可以通过多核的方式来提升MCU的性能，目前多核MCU已在市场上广泛应用。另外越来越多的高性能MCU会配有TCM（Tightly Coupled Memory，紧耦合内存），相比于传统的 SRAM，TCM凭借其与内核零延迟的访问特性，成为高频调用和关键控制路径程序的最佳载体。

本文主要介绍如何在IAR工具链中使用overlay命令进行SMP多核工程TCM配置：即把SMP多核工程中对应代码和数据放到TCM相同地址。

TCM 地址映射机制简介

这里以NXP S32K324​ 为例介绍TCM，不同CPU内核之间ITCM（Instruction Tightly Coupled Memory，指令紧耦合存储器）和DTCM（Data Instruction Tightly Coupled Memory，数据紧耦合存储器）的地址是一样的：

ITCM

DTCM

如何在链接脚本中正确配置TCM

利用IAR链接脚本语法，define overlay指令用于创建可容纳多个覆盖映像的内存区域。这样可以使得在相同的TCM地址上，分配多个代码段或者数据段，供不同的CPU内核运行：

本示例将定义如下代码段和数据段，分配到对应的CPU内核TCM：

.dtcm_data_core0：分配到core 0的DTCM

.itcm_text_core0：分配到core 0的ITCM

.dtcm_data_core1：分配到core 1的DTCM

.itcm_text_core1：分配到core 1的ITCM

.dtcm_data_core0/1中变量说明：

val_core0/1：当前core特征值，初始化后，val_core0=0x1100，val_core1=0x1101

cnt_core0/1：计数值，每进入一次task_core0/1函数，数值加1

.itcm_text_core0/1中函数说明：

task_core0/1：打印当前内核信息。flag用于控制避免打印操作竞争。

1.在代码中定义要分配到TCM的代码段和数据段。

define overlay dataDtcmBlock with fixed order, alignment = 4 {section .dtcm_data_core0};

define overlay dataDtcmBlock with fixed order, alignment = 4 {section .dtcm_data_core1};

define overlay textItcmBlock with fixed order, alignment = 4 {section .itcm_text_core0};

define overlay textItcmBlock with fixed order, alignment = 4 {section .itcm_text_core1};

- 定义.dtcm_data_core0，.dtcm_data_core1，.itcm_text_core0，.itcm_text_core1需要进行初始化。

1）由于TCM是易失性存储器，断电后存储内容无法保持。因此需要启动阶段将代码段和数据段初始内容从Flash拷贝到TCM。因此这一配置非常重要，它向链接器明确界定了这些段的加载地址（LMA）和运行地址（VMA）是不同的。链接器会自动为各个段创建一个ro属性的副本，副本段名为xxx_init，例如.dtcm_data_core0（VMA）对应.dtcm_data_core0_init（LMA）

2）initialize manually 是指需要用户在程序代码中实现初始化函数

initialize manually {section .dtcm_data_core0, section .dtcm_data_core1};

initialize manually {section .itcm_text_core0, section .itcm_text_core1};

- 将.dtcm_data_core0，.dtcm_data_core1，.itcm_text_core0，.itcm_text_core1；以及.dtcm_data_core0_init，.dtcm_data_core1_init，.itcm_text_core0_init，.itcm_text_core1_init分配到对应的memory中。

//将.dtcm_data_core0_init，.dtcm_data_core1_init定义到block dtcmDataBlock_init

define block dtcmDataBlock_init with fixed order, alignment =4 { section .dtcm_data_core0_init, section .dtcm_data_core1_init};

//将.itcm_text_core0_init，.itcm_text_core1_init定义到block itcmCodeBlock_init

define block itcmCodeBlock_init with fixed order, alignment =4 { section .itcm_text_core0_init, section .itcm_text_core1_init};

//将block和overlay分配到对应的flash/dtcm/itcm区域

place in int_flash_region { block dtcmDataBlock_init, block itcmCodeBlock_init};

place in int_dtcm_region { overlay dataDtcmBlock };

place in int_itcm_region { overlay textItcmBlock };

3. 程序中加入初始化代码


4. 编译后，我们可以在map文件中验证TCM数据和代码分配是否正确

.itcm_text_core0和.itcm_text_core1均正确分配到0x0开始的ITCM区域

.dtcm_data_core0和.dtcm_data_core1均正确分配到0x20000000开始的DTCM区域

.itcm_text_core0_init，.itcm_text_core1_init，.dtcm_data_core0_init和.dtcm_data_core1_init均被均正确分配到Flash区域

如何调试TCM中的数据和代码

2. DTCM数据段数据变量访问

打开View菜单->watch->watch 1窗口，输入Core 0 DTCM中变量val_core0和cnt_core0，以及Core 1 DTCM中变量val_core1和cnt_core1。可以看到val_core0和val_core1的地址均为0x20000408，cnt_core0和cnt_core1的地址均为0x2000040C。

打开View菜单->Cores窗口，通过鼠标双击其中的0:Cortex-M7和1:Cortex-M7，可以切换内核调试视角，切换到不同的内核，对应的Watch窗口的变量数据也会对应于不同的内核DTCM刷新而改变。

切换到core 0：

切换到core 1：

3. ITCM代码段程序调试

由于无法确定当前实际加载的是哪一部分代码，位于overlay区域的代码无法进行C语言级别的调试，但仍旧可以通过view菜单->Disassembly窗口进行汇编语言级别的调试。同样，通过Cores窗口中内核的切换，可以在Disassembly窗口看到不同内核的ITCM中的代码。

切换到core 0：

切换到core 1：

总结

本文以NXP S32K324为例，介绍了如何在IAR工具链中使用overlay命令进行SMP多核工程TCM配置：即把SMP多核工程中对应代码和数据放到TCM相同地址。

本文讨论的TCM同样适用于Local RAM， LM(Local Memory)等，因为他们在IAR工具链里面的处理策略是一样的。

参考文献：

1. NXP S32K3xx Reference Manual
2. https://docs.iar.com/ewarm/9.7x/en/iar-c-c---development/the-linker-configuration-file/section-handling/define-overlay-directive.html
3. https://www.iar.com/zh/knowledge/learn/initialization-in-iar-embedded-workbench
4. https://docs.iar.com/ewarm/9.7x/en/c-spy-debugging/additional-information-on-c-spy-drivers/reference-information-on-the-c-spy-hardware-debugger-drivers/i-jet-menu.html