在 Keil 中将 STM32 工程下载到 RAM 进行调试运行

在 Keil 中将 STM32 工程下载到 RAM 进行调试运行

在使用 STM32 进行调试时，默认情况下代码会被烧写到 Flash 中运行。然而，Flash 写入速度较慢，擦写次数有限，且调试过程中频繁烧写可能影响开发效率。在某些场景下（如快速验证代码或避免 Flash 擦写），我们可以将代码直接下载到 STM32 的内部 RAM 中运行并进行调试。

本文以 STM32H750 为例，详细介绍如何在 Keil 中配置工程，使代码下载到 RAM 并进行调试。其他 STM32 系列芯片的配置方法类似，只需根据芯片的 RAM 地址和大小进行调整。

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1. 关闭默认的 Memory Layout 配置

在 Keil 中，打开工程配置窗口：

1. 点击菜单栏 Project -> Options for Target。
2. 切换到 Linker 选项卡。
3. 取消勾选 Use Memory Layout from Target Dialog。

说明：
取消该选项后，Keil 将不再使用 Target 选项卡中配置的 ROM 和 RAM 地址，而是完全依赖用户自定义的 Scatter File (.sct) 来定义代码和数据的内存布局。这一步是实现 RAM 调试的关键。

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2. 配置 Scatter File (.sct)

由于取消了默认内存布局，需要创建一个分散加载文件（.sct 文件）来指定代码和数据的存储位置。
在 Options for Target -> Linker 中，启用 Use Scatter File 选项，并创建一个 .sct 文件，用于定义代码和数据的内存分配。

以下是以 STM32H750 为例的 .sct 文件内容：

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File for STM32H750 RAM Debug ***
; *************************************************************LR_IROM1 0x24000000 0x00080000  {    ; Load region: AXI SRAM (512KB)ER_IROM1 0x24000000 0x00080000  {  ; Execution region: Code and constants*.o (RESET, +First)              ; Reset vector and Reset_Handler*(InRoot$$Sections)              ; Linker-specific root sections.ANY (+RO)                       ; Read-only sections (code and constants).ANY (+XO)                       ; Execute-only sections (if any)}RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000  {  ; Execution region: DTCM RAM (128KB).ANY (+RW +ZI)                   ; Read-write and zero-initialized data}
}

说明：

• LR_IROM1：定义加载区域，起始地址为 0x24000000（STM32H750 的 AXI SRAM 起始地址），大小为 512KB。
• ER_IROM1：定义代码和常量数据的执行区域，放置在 AXI SRAM 中。
  • *.o (RESET, +First)：将复位向量表和 Reset_Handler 放在执行区域的开头。
  • *(InRoot$$Sections)：包含链接器需要的根区段（如初始化代码）。
  • .ANY (+RO)：将所有只读数据（代码和常量）分配到该区域。
  • .ANY (+XO)：将仅执行代码（若有）分配到该区域。
• RW_IRAM1：定义读写数据和零初始化数据的执行区域，起始地址为 0x20000000（DTCM RAM 起始地址），大小为 128KB。
  • .ANY (+RW +ZI)：将读写数据和零初始化数据分配到 DTCM RAM。

注意：

• 不同 STM32 芯片的 RAM 地址和大小不同，请参考芯片的参考手册或数据手册（如 STM32H750 的 AXI SRAM 和 DTCM RAM 地址）。
• 确保程序的代码和数据总大小不超过目标 RAM 的容量。

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3. 禁用 Flash 编程算法

由于我们希望代码运行在 RAM 中，而不是 Flash 中，因此需要禁用 Keil 的 Flash 编程功能：

1. 打开 Options for Target -> Utilities。
2. 取消勾选 Use Target Driver for Flash Programming。
3. 选择 Use External Tool for Flash Programming。

说明：
禁用 Flash 编程算法后，Keil 不会尝试将代码写入 Flash，而是直接将程序加载到指定的 RAM 地址。

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4. 配置调试初始化文件 (.ini)

为了确保程序从 RAM 正确启动，需要配置一个调试初始化文件（.ini），用于设置栈指针（SP）、程序计数器（PC）以及向量表偏移寄存器（VTOR）。在 Options for Target -> Debug 中，启用 Initialization File 选项，并创建一个 .ini 文件，

内容如下：

/***********************************************************/
/* Debug_RAM.ini: Initialization File for Debugging from RAM */
/***********************************************************/FUNC void Setup (void) {SP = _RDWORD(0x24000000);        // Set Stack Pointer (SP) from RAM vector tablePC = _RDWORD(0x24000004);        // Set Program Counter (PC) from RAM reset vector_WDWORD(0xE000ED08, 0x24000000); // Set Vector Table Offset Register (VTOR) to RAM
}FUNC void OnResetExec (void) {      // Executes upon software resetSetup();                          // Reinitialize runtime environment
}LOAD %L INCREMENTAL                // Load the .axf file to RAM
Setup();                           // Call Setup function to initialize runtime
g, main                            // Jump to main function

说明：

• _RDWORD(addr)：从指定地址读取一个 4 字节的字。
• _WDWORD(addr, val)：向指定地址写入一个 4 字节的字。
• SP = _RDWORD(0x24000000)：从 RAM 的起始地址（AXI SRAM）读取栈指针初值。
• PC = _RDWORD(0x24000004)：从 RAM 的复位向量地址读取程序计数器初值。
• _WDWORD(0xE000ED08, 0x24000000)：将向量表偏移寄存器（VTOR）设置为 RAM 起始地址，确保中断向量表正确指向 RAM。
• LOAD %L INCREMENTAL：将编译生成的 .axf 文件加载到 RAM。
• g, main：跳转到 main 函数开始执行。

注意：

• 确保 .ini 文件中的地址与 .sct 文件中的 RAM 地址一致。
• 如果芯片的 RAM 地址不同，需要相应修改 .ini 文件中的地址。

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5. 配置调试和下载选项

为了确保程序只加载到 RAM 而不影响 Flash，需要调整调试和下载设置：

1. 打开 Options for Target -> Debug -> Settings -> Flash Download。
2. 在 Programming Algorithm 中，删除所有与 Flash 相关的算法。
3. 在 Download Function 中：
   • 选择 Do not Erase。
   • 取消勾选 Program。

说明：
这些设置确保 Keil 不会擦除或写入 Flash，而是直接将程序加载到 RAM 中运行。

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6. 编译并进入调试模式

完成以上配置后：

1. 点击 Build 编译工程，确保无错误。
2. 点击 Debug -> Start/Stop Debug Session 进入调试模式。
3. 程序将自动下载到 RAM 并从 RAM 启动运行。

验证：

• 在调试模式下，检查程序计数器（PC）是否指向 RAM 地址（如 0x24000000 开头的地址）。
• 确保中断和函数调用正常工作。
  

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常见问题与注意事项

1. RAM 大小限制
   确保程序的代码和数据总大小不超过目标 RAM 的容量。例如，STM32H750 的 AXI SRAM 为 512KB，DTCM RAM 为 128KB。如果程序过大，可能需要优化代码或选择其他 RAM 区域。

2. 复位向量地址
   在 .sct 文件中，RESET 段必须位于 RAM 的起始地址（如 0x24000000），否则程序无法正确启动。

3. 中断向量表
   确保 .ini 文件中正确设置了 VTOR 寄存器（如 _WDWORD(0xE000ED08, 0x24000000)），以将中断向量表重定位到 RAM，否则中断可能无法正常工作。

4. 硬件断点限制
   在 RAM 调试时，调试器支持的硬件断点数量可能有限（通常为 6-8 个，具体取决于调试器和芯片）。如果需要设置更多断点，可以考虑使用软件断点（需确保代码支持）。

5. 调试器兼容性
   确保使用的调试器（如 ST-Link、J-Link）支持 RAM 调试。某些低端调试器可能对 RAM 调试支持有限。

6. 初始化代码
   如果程序依赖特定的硬件初始化（如时钟或外设），确保这些代码在 RAM 运行时仍然有效。某些外设可能需要额外的配置以支持 RAM 执行。

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总结

通过以上步骤，您可以在 Keil 中将 STM32 工程配置为从 RAM 运行并进行调试，从而避免频繁擦写 Flash，提高调试效率。关键步骤包括：

1. 使用 .sct 文件手动定义内存布局。
2. 配置 .ini 文件以设置 RAM 启动环境。
3. 禁用 Flash 编程算法，仅将程序加载到 RAM。

此方法适用于快速调试、验证代码逻辑或需要保护 Flash 的场景。希望这篇教程能帮助您顺利实现 STM32 的 RAM 调试！🚀