在 Keil 中將 STM32 工程下載到 RAM 進行調試運行

在使用 STM32 進行調試時，默認情況下代碼會被燒寫到 Flash 中運行。然而，Flash 寫入速度較慢，擦寫次數有限，且調試過程中頻繁燒寫可能影響開發效率。在某些場景下（如快速驗證代碼或避免 Flash 擦寫），我們可以將代碼直接下載到 STM32 的內部 RAM 中運行并進行調試。

本文以 STM32H750 為例，詳細介紹如何在 Keil 中配置工程，使代碼下載到 RAM 并進行調試。其他 STM32 系列芯片的配置方法類似，只需根據芯片的 RAM 地址和大小進行調整。

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1. 關閉默認的 Memory Layout 配置

在 Keil 中，打開工程配置窗口：

1. 點擊菜單欄 Project -> Options for Target。
2. 切換到 Linker 選項卡。
3. 取消勾選 Use Memory Layout from Target Dialog。

說明：
取消該選項后，Keil 將不再使用 Target 選項卡中配置的 ROM 和 RAM 地址，而是完全依賴用戶自定義的 Scatter File (.sct) 來定義代碼和數據的內存布局。這一步是實現 RAM 調試的關鍵。

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2. 配置 Scatter File (.sct)

由于取消了默認內存布局，需要創建一個分散加載文件（.sct 文件）來指定代碼和數據的存儲位置。
在 Options for Target -> Linker 中，啟用 Use Scatter File 選項，并創建一個 .sct 文件，用于定義代碼和數據的內存分配。

以下是以 STM32H750 為例的 .sct 文件內容：

; *************************************************************
; *** 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}
}

說明：

• LR_IROM1：定義加載區域，起始地址為 0x24000000（STM32H750 的 AXI SRAM 起始地址），大小為 512KB。
• ER_IROM1：定義代碼和常量數據的執行區域，放置在 AXI SRAM 中。
  • *.o (RESET, +First)：將復位向量表和 Reset_Handler 放在執行區域的開頭。
  • *(InRoot$$Sections)：包含鏈接器需要的根區段（如初始化代碼）。
  • .ANY (+RO)：將所有只讀數據（代碼和常量）分配到該區域。
  • .ANY (+XO)：將僅執行代碼（若有）分配到該區域。
• RW_IRAM1：定義讀寫數據和零初始化數據的執行區域，起始地址為 0x20000000（DTCM RAM 起始地址），大小為 128KB。
  • .ANY (+RW +ZI)：將讀寫數據和零初始化數據分配到 DTCM RAM。

注意：

• 不同 STM32 芯片的 RAM 地址和大小不同，請參考芯片的參考手冊或數據手冊（如 STM32H750 的 AXI SRAM 和 DTCM RAM 地址）。
• 確保程序的代碼和數據總大小不超過目標 RAM 的容量。

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3. 禁用 Flash 編程算法

由于我們希望代碼運行在 RAM 中，而不是 Flash 中，因此需要禁用 Keil 的 Flash 編程功能：

1. 打開 Options for Target -> Utilities。
2. 取消勾選 Use Target Driver for Flash Programming。
3. 選擇 Use External Tool for Flash Programming。

說明：
禁用 Flash 編程算法后，Keil 不會嘗試將代碼寫入 Flash，而是直接將程序加載到指定的 RAM 地址。

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4. 配置調試初始化文件 (.ini)

為了確保程序從 RAM 正確啟動，需要配置一個調試初始化文件（.ini），用于設置棧指針（SP）、程序計數器（PC）以及向量表偏移寄存器（VTOR）。在 Options for Target -> Debug 中，啟用 Initialization File 選項，并創建一個 .ini 文件，

內容如下：

/***********************************************************/
/* 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

說明：

• _RDWORD(addr)：從指定地址讀取一個 4 字節的字。
• _WDWORD(addr, val)：向指定地址寫入一個 4 字節的字。
• SP = _RDWORD(0x24000000)：從 RAM 的起始地址（AXI SRAM）讀取棧指針初值。
• PC = _RDWORD(0x24000004)：從 RAM 的復位向量地址讀取程序計數器初值。
• _WDWORD(0xE000ED08, 0x24000000)：將向量表偏移寄存器（VTOR）設置為 RAM 起始地址，確保中斷向量表正確指向 RAM。
• LOAD %L INCREMENTAL：將編譯生成的 .axf 文件加載到 RAM。
• g, main：跳轉到 main 函數開始執行。

注意：

• 確保 .ini 文件中的地址與 .sct 文件中的 RAM 地址一致。
• 如果芯片的 RAM 地址不同，需要相應修改 .ini 文件中的地址。

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5. 配置調試和下載選項

為了確保程序只加載到 RAM 而不影響 Flash，需要調整調試和下載設置：

1. 打開 Options for Target -> Debug -> Settings -> Flash Download。
2. 在 Programming Algorithm 中，刪除所有與 Flash 相關的算法。
3. 在 Download Function 中：
   • 選擇 Do not Erase。
   • 取消勾選 Program。

說明：
這些設置確保 Keil 不會擦除或寫入 Flash，而是直接將程序加載到 RAM 中運行。

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6. 編譯并進入調試模式

完成以上配置后：

1. 點擊 Build 編譯工程，確保無錯誤。
2. 點擊 Debug -> Start/Stop Debug Session 進入調試模式。
3. 程序將自動下載到 RAM 并從 RAM 啟動運行。

驗證：

• 在調試模式下，檢查程序計數器（PC）是否指向 RAM 地址（如 0x24000000 開頭的地址）。
• 確保中斷和函數調用正常工作。
  

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常見問題與注意事項

1. RAM 大小限制
   確保程序的代碼和數據總大小不超過目標 RAM 的容量。例如，STM32H750 的 AXI SRAM 為 512KB，DTCM RAM 為 128KB。如果程序過大，可能需要優化代碼或選擇其他 RAM 區域。

2. 復位向量地址
   在 .sct 文件中，RESET 段必須位于 RAM 的起始地址（如 0x24000000），否則程序無法正確啟動。

3. 中斷向量表
   確保 .ini 文件中正確設置了 VTOR 寄存器（如 _WDWORD(0xE000ED08, 0x24000000)），以將中斷向量表重定位到 RAM，否則中斷可能無法正常工作。

4. 硬件斷點限制
   在 RAM 調試時，調試器支持的硬件斷點數量可能有限（通常為 6-8 個，具體取決于調試器和芯片）。如果需要設置更多斷點，可以考慮使用軟件斷點（需確保代碼支持）。

5. 調試器兼容性
   確保使用的調試器（如 ST-Link、J-Link）支持 RAM 調試。某些低端調試器可能對 RAM 調試支持有限。

6. 初始化代碼
   如果程序依賴特定的硬件初始化（如時鐘或外設），確保這些代碼在 RAM 運行時仍然有效。某些外設可能需要額外的配置以支持 RAM 執行。

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總結

通過以上步驟，您可以在 Keil 中將 STM32 工程配置為從 RAM 運行并進行調試，從而避免頻繁擦寫 Flash，提高調試效率。關鍵步驟包括：

1. 使用 .sct 文件手動定義內存布局。
2. 配置 .ini 文件以設置 RAM 啟動環境。
3. 禁用 Flash 編程算法，僅將程序加載到 RAM。

此方法適用于快速調試、驗證代碼邏輯或需要保護 Flash 的場景。希望這篇教程能幫助您順利實現 STM32 的 RAM 調試！🚀