KEIL MDK .map文件分析(必学知识点) - 正点原子倾力打造！

正点原子 · 发表于 2020-2-18 11:12:18

MAP文件浅析-正点原子

1. MDK编译生成文件简介

MDK编译工程，会生成一些中间文件（如.o、.axf、.map等），最终生成hex文件，以便下载到MCU上面执行，以北极星STM32H750的新建工程实验（实验0）为例（其他开发板类似），编译过程产生的所有文件，都存放在OBJ文件夹下，如图1.1所示：

图1.1 MDK编译过程生成的文件

可以看到，这里总共生成了22个文件，共11个类型，分别是：.axf、.crf、.d、.dep、

.hex、.lnp、.lst、.o、.htm、bulild_log.htm和.map。22个文件看着不是很多，但是随着工程的增大，这些文件也会越来越多，大项目编译一次，可以生成几百甚至上千个这种文件，不过文件类型基本就是上面这些。

对于MDK工程来说，基本上任何工程在编译过程中都会有这11类文件，常见的MDK编译过程生产文件类型如表1.1所示：

文件类型	说明
.o	可重定向1对象文件，每个源文件（.c/.s等）编译都会生成一个.o文件
.axf	由ARMCC编译生产的可执行对象文件，不可重定向2（绝对地址）多个.o文件链接生成.axf文件，我们在仿真的时候，需要用到该文件
.hex	Intel Hex格式文件，可用于下载到MCU，.hex文件由.axf文件转换而来
.crf	交叉引用文件，包含浏览信息（定义、标识符、引用）
.d	由ARMCC/GCC编译生产的依赖文件（.o文件所对应的依赖文件）每个.o文件，都有一个对应的.d文件
.dep	整个工程的依赖文件
.lnp	MDK生成的链接输入文件，用于命令输入
.lst	C语言或汇编编译器生成的列表文件
.htm	链接生成的列表文件
.build_log.htm	最近一次编译工程时的日志记录文件
.map	连接器生成的列表文件/MAP文件，该文件对我们非常有用！

表1.1 常见的中间文件类型说明

注1，可重定向是指该文件包含数据/代码，但是并没有指定地址，它的地址可由后续链接的时候进行指定。

注2，不可重定向是指该文件所包含的数据/代码都已经指定地址了，不能再改变。

表1.1中，加粗的5种文件类型，对我们学习来说比较关心，尤其是.map文件，是本文档需要重点介绍的。这里我们先简单说一下这5种文件的作用。

.o文件，它是由编译器编译.c/.s文件时所产生的可重定向对象文件，其文件名同.c/.s文件一模一样，只是后缀为.o。所以，我们看到.o就应该想到与之对应的.c或者.s文件，我们在分散加载里面经常会用到.o文件。

.axf文件，它是由armlink链接器，将整个工程参与编译的.o文件链接成一个可执行对象文件，它是不可重定向的。有了该文件，我们就可以用仿真器来下载到MCU进行仿真调试了。注意：各类仿真器，在进行下载调试的时候，都是使用的.axf文件。

.hex文件，它是由.axf转换而来的一个可执行对象文件。.hex文件和.bin文件的区别是：.bin文件不含地址信息，全部都是可执行代码；而.hex文件则是包含地址信息的可自行代码。同样的.bin文件也是由.axf文件转换而来的。我们在使用ISP软件进行程序下载的时候，一般使用的是.hex文件，由ISP软件解析.hex文件包含的地址信息来实现程序下载。而我们在进行BootLoader升级的时候，一般使用.bin文件，地址由Bootloader程序指定。

.htm文件，它是编译器在编译代码的时候生成的一个列表文件，包含了整个工程的静态调用图，最大的用处就是可以查看栈深度（最小深度），方便设置栈大小。.htm文件可以直接由浏览器打开（双击打开）。.htm文件包含两部分内容：

1，整个工程最大栈（Stack）深度及其调用关系

我们打开：新建工程例程àOBJàtest.htm 文件（双击，注意：必须整个工程编译一遍，才会生成test.htm文件，否则是找不到这个文件的！），可以看到如图1.2所示：

图1.2 .htm文件显示最大栈深及调用关系

可以看到，例程的最大栈深度是128字节，最大栈深时的调用关系为：__rt_entry_main ⇒ main ⇒ __2printf ⇒ _printf_char_file ⇒_printf_char_common ⇒ __printf。

不过需要注意的是，这里的最大栈深度仅仅是最低要求（静态栈），因为它并没有统计无栈深的函数（用内存管理）、递归函数、以及无法追踪的函数（函数指针）等所包含的栈（Stack）。

不过它给我们指明了最低需求，我们在分配栈深度的时候，就可以参考这个值来做设置，一般不低于静态栈的2倍。我们例程默认设置的栈深为0X800（通过.s文件设置），即2048字节，如图1.2所示：

图1.2 栈深度（大小）设置

2，各个函数的栈深及其调用关系

.htm文件还给出了每个函数所使用的栈深度以及其调用关系，如图1.3所示：

图1.2 单个函数栈深度及其调用关系

上图给出了Stm32_Clock_Init函数的最大栈深度及其调用关系，并且列出了其所调用的函数及其所被调用的函数。

.htm文件，最大的用

.map文件，对我们编程非常有帮助，是本文档重点要给大家介绍的，因此另起一节，进行重点说明。

其他文件类型及说明，请大家参考：MDKàhelpàuVision HelpàB. File Types，如图1.3所示：

图1.3 MDK uVision Help查看文件类型说明

2. map文件分析

.map文件是编译器链接时生成的一个文件，它主要包含了交叉链接信息。通过.map文件，我们可以知道整个工程的函数调用关系、FLASH和RAM占用情况及其详细汇总信息，能具体到单个源文件（.c/.s）的占用情况，根据这些信息，我们可以对代码进行优化。

.map文件可以分为以下5个组成部分：

1，程序段交叉引用关系（Section Cross References）

2，删除映像未使用的程序段（Removing Unused inputsections from the image）

3，映像符号表（Image Symbol Table）

4，映像内存分布图（Memory Map of the image）

5，映像组件大小（Image component sizes）

接下来，我们将分三个部分对map文件进行详细介绍：

1， map文件的MDK设置

2， map文件的基础概念

3， map文件的组成部分说明

2.1 map文件的MDK设置

要生成map文件，我们需要在MDK的魔术棒àListing选项卡里面，进行相关设置，如图2.1.1所示：

图2.1.1 .map文件生成设置

图2.1.1中红框框出的部分就是我们需要设置的，默认情况下，MDK这部分设置就是全勾选的，如果我们想取消掉一些信息的输出，则取消相关勾选即可（一般不建议）。

如图2.1.1设置好MDK以后，我全编译当前工程，当编译完成后（无错误），就会生成.map文件。在MDK里面打开.map文件的方法如图2.1.2所示：

图2.1.2 打开.map文件

① ，先确保工程编译成功（无错误）。

② ，双击Target1，打开.map文件。

③ ，map文件打开成功。

2.2 map文件的基础概念

为了更好的分析map文件，我们先对需要用到的一些基础概念进行一个简单介绍，相关概念如下：

● Section：描述映像文件的代码或数据块，我们简称程序段

● RO：Read Only的缩写，包括只读数据（RO data）和代码（RO code）两部分内容，占用FLASH空间

● RW：Read Write的缩写，包含可读写数据（RW data，有初值，且不为0），占用FLASH（存储初值）和RAM（读写操作）

● ZI：Zero initialized的缩写，包含初始化为0的数据（ZI data），占用RAM空间。

● .text：相当于RO code

● .constdata：相当于RO data

● .bss：相当于ZI data

● .data：相当于RW data

2.3 map文件的组成部分说明

我们前面说了，map文件分为5个部分组成，接下来分别介绍这个5个部分。这里还是以STM32H750开发板的新建工程实验（实验0）为例进行介绍，其他开发板请参考着学习。

2.1.1 程序段交叉引用关系（Section Cross References）

这部分内容描述了各个文件（.c/.s等）之间函数（程序段）的调用关系，如图2.1.1.1所示：

图2.1.1.1 程序段交叉引用关系图

上图中，框出部分：test.o(i.main) refers tosys.o(i.Stm32_Clock_Init) for Stm32_Clock_Init

表示：test.c文件中的main函数，调用了sys.c中的Stm32_Clock_Init函数。其中：i.main表示main函数的入口地址，同理i.Stm32_Clock_Init表示Stm32_Clock_Init的入口地址。

2.1.2 删除映像未使用的程序段（RemovingUnused input sections from the image）

这部分内容描述了工程中由于未被调用而被删除的冗余程序段（函数/数据），如图2.1.2.1所示：

图2.1.2.1 删除未用到的程序段

上图中，列出了所有被移除的程序段，比如delay.c里面的delay_us函数就被移除了，因为该例程没用到delay_us函数。

另外，在最后还有一个统计信息：23 unused section(s) (total 496 bytes) removed from the image.表示总共移除了23个程序段（函数/数据），大小为496字节。即给我们的MCU节省了496字节的程序空间。

为了更好的节省空间，我们一般在MDKà魔术棒àC/C++选项卡里面勾选：OneELF Section per Function，如图2.1.2.2所示：

2.1.2.2MDK勾选One ELFSection per Function

2.1.3 映像符号表（ImageSymbol Table）

映像符号表（Image Symbol Table）描述了被引用的各个符号（程序段/数据）在存储器中的存储地址、类型、大小等信息。映像符号表分为两类：本地符号（Local Symbols）和全局符号（Global Symbols）。

2.1.3.1 本地符号（Local Symbols）

本地符号（Local Symbols）记录了用static声明的全局变量地址和大小，c文件中函数的地址和用static声明的函数代码大小，汇编文件中的标号地址（作用域：限本文件），本地符号如图2.1.3.1.1所示：

图2.1.3.1.1 本地符号（Local Symbols）

图中红框框处部分，表示sys.c文件中的GPIO_Set函数的入口地址为：0x0800046c，类型为：Section（程序段），大小为0。因为：i.GPIO_set仅仅表示GPIO_Set函数入口地址，并不是指令，所以没有大小。在全局符号段，会列出GPIO_Set函数的大小。

2.1.3.2 全局符号（Global Symbols）

全局符号（Global Symbols）记录了全局变量的地址和大小，C文件中函数的地址及其代码大小，汇编文件中的标号地址（作用域：全工程），全局符号如图2.1.3.2.1所示：

图2.1.3.2.1 本地符号（Global Symbols）

图中红框框处部分，表示sys.c文件中的GPIO_Set函数的入口地址为：0x0800046D，类型为：Thumb Code（程序段），大小为222字节。

注意，此处的地址用的0x0800046D，和2.1.3.1节的0x0800046C地址不符，这是因为ARM规定Thumb指令级的所有指令，其最低位必须为1，0x0800046D=0x0800046C+1，所以才会有2个不同的地址，且总是差1，实际上就是同一个函数。

2.1.4 映像内存分布图（MemoryMap of the image）

映像文件分为加载域（Load Region）和运行域（Execution Region），一个加载域必须有至少一个运行域（可以有多个运行域），而一个程序又可以有多个加载域。加载域为映像程序的实际存储区域，而运行域则是MCU上电后的运行状态。加载域和运行域的简化关系（这里仅表示一个加载域的情况）图如图2.1.4.1所示：

图2.1.4.1 加载域运行域关系

由图可知，RW区也是存放在ROM（FLASH）里面的，在执行main函数之前，RW（有初值且不为0的变量）数据会被拷贝到RAM区，同时还会在RAM里面创建ZI区（初始化为0的变量）。

了解了加载域和运行域的作用及关系，我们再来看映像内存分布图（H750例程），如图2.1.4.2所示：

图2.1.4.2 映像内存分布图

① 处，表示映像的入口地址，也就是整个程序运行的起始地址，为：0X08000299。实际地址为：0X08000298（Thumb指令最低位是1）。

② 处，表示LR_m_stmflash加载域，其起始地址为：0X0800 0000；占用大小为：0X0000 0EB0；最大地址范围为：0X0002 0000。其内部包含两个运行域：ER_m_stmflash和RW_m_stmsram。

③ 处，表示ER_m_stmflash运行域，其起始地址为：0X0800 0000；占用大小为：0X0000 0EA4；最大地址范围为：0X0002 0000；即内部FLASH运行域，所有需要放内部FLASH的代码，都应该放到这个运行域里面。对于STM32F1/F4/F767等开发板，我们例程所有的代码，都是放在这个运行域的（名字可能不一样）。

④ 处，表示RW_m_stmsram运行域，其起始地址为：0X2400 0000；占用大小为：0X0000 0938；最大地址范围为：0X0008 0000；即内部SRAM运行域，所有RAM（包括RW和ZI）都是放在这个运行域里面。

⑤ 处，表示LR_m_qspiflash加载域，其起始地址为：0X9000 0000；占用大小为：0X0000 0214；最大地址范围为：0X0080 0000。其内部包含一个运行域：ER_m_qspiflash。

⑥ 处，表示ER_m_qspiflash运行域，其起始地址为：0X9000 0000；占用大小为：0X0000 0214；最大地址范围为：0X0080 0000；即外部QSPI FLASH运行域，所有需要放外部QSPI FLASH的代码，都应该放到这个运行域里面。

图2.1.4.2中，列出了所有加载域及其运行域的具体内存分布，我们可以很方便的查看任何一个函数所在的运行域、入口地址、占用空间等信息。如delay_xms函数：该函数在ER_m_stmflash运行域；入口地址为：0X0800 0D0C；大小为：0X54字节；是dealy.c里面的函数。了解这些信息，对我们分析及优化程序非常有用。

2.1.5 映像组件大小（Imagecomponent sizes）

映像组件大小（Image component sizes）给出了整个映像所有代码（.o）占用空间的汇总信息，对我们比较有用，如图2.1.5.1所示：