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使用ITCM给ART-Pi(STM32H7)代码加速

发布于 2021-08-29 10:15:18 浏览：2240 订阅该版

[tocm]

## 一 ITCM 简介

ART-Pi 使用 STM32H750 做为主控。 STM32H7 使用的是 Cortex_M7 架构，中自带了ITCM（Instruction tightly coupled RAM）。下图可以看到 ITCM 与 Cortex_M7 内核直连，可实现 0 等待状态。
![913a2793d7014449a74e616bd1c21d8f.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210829/3a6df0fbbbd0cb6fa651d1d5d153df45.png.webp)

TCM RAM 与 CPU 是同频，其他 AHB 总线无法做到和 CPU 同频，所以使用 TCM 可以获得更好的性能。

虽然 TCM 的速度很快，但是他也有缺点，例如 DTCM 不能使用 DMA1 DMA2，ITCM 只能作为指令 RAM。

要使用 ITCM 得先知道他的地址：
![37a1a58ab604485382464a73d7ff1a37.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210829/dcfdf7f2b7607d29d05f3ef9457277bb.png.webp)

通过上图可以看到 ITCM 的区域是 0x00000000 - 0x0000FFFF 的  64K。ITCM 从 0 地址就很尴尬了，一般在程序判断 `NULL` 就是用的 0 地址，所以最好的办法就是避开起始地址，为了某些情况下对齐操作，建议从 0x00000008 地址开始使用。

## 二 ITCM 在不同编译器下的使用

一个可执行程序是由 **编译 --> 链接** 这个过程的产生的。如何将函数指定到 ITCM ，其实就是将函数链接的地址设置在 ITCM 区域就可以了。
本文以 [ART-Pi-LED](https://gitee.com/mirrors/ART-Pi/tree/master/projects/art_pi_blink_led) 的示例代码来展示这一过程。

### 在 RTT Studio 中如何使用 ITCM

RTT Studio 中使用的编译器为 ：GCC ，所以直接按照 GCC 链接脚本的方式去定义就好了。

#### 在 RTT Studio 中如何指定某个函数到指定地址，需要三个步骤：

第一步：在链接文件中增加一个 ITCM 的描述信息

```c
MEMORY
{
ROM (rx) : ORIGIN =0x90000000,LENGTH =8192k
RAM (rw) : ORIGIN =0x24000000,LENGTH =512k
RxDecripSection (rw) : ORIGIN =0x30040000,LENGTH =32k
TxDecripSection (rw) : ORIGIN =0x30040060,LENGTH =32k
RxArraySection (rw) : ORIGIN =0x30040200,LENGTH =32k
ITCM (rx) : ORIGIN =0x00000008,LENGTH =64k
}
```

最后一行增加了 ITCM 的描述信息

第二步：在链接文件中 SECTIONS 中增加 ITCM 的信息

```c
SECTIONS
{   
    .ITCM :
    {
    . = ALIGN(4);
    *(.ITCM)
    *(.ITCM.*)
    . = ALIGN(4);
    } > ITCM = 0
    
    .text :
    {
        . = ALIGN(4);
        _stext = .;
        KEEP(*(.isr_vector))            /* Startup code */
     .
     .
     .
     }
 }
```

这里需要注意的是新增加的 .ITCM 一定要放到 .text 的前面

第三步，指定函数到 ITCM

```c
__attribute__((section(".ITCM")))int main(void)
{
    rt_uint32_t count = 0;

rt_pin_mode(LED_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
    
    rt_kprintf("main adderss is 0x%08x\r\n",main);
    rt_thread_mdelay(500);

led_light();
}
```

在修改之后重新 build 工程，查看 map 文件

```
 *(.ITCM)
 .ITCM          0x00000008       0x3c ./applications/main.o
                0x00000008                main
```

可以看到 main 函数的地址已经被指定到 ITCM 的区域。

#### 在 RTT Studio 中如何某个文件夹的所有函数到指定地址，需要两个步骤：

第一步：在链接文件中增加一个 ITCM 的描述信息

```
MEMORY
{
ROM (rx) : ORIGIN =0x90000000,LENGTH =8192k
RAM (rw) : ORIGIN =0x24000000,LENGTH =512k
RxDecripSection (rw) : ORIGIN =0x30040000,LENGTH =32k
TxDecripSection (rw) : ORIGIN =0x30040060,LENGTH =32k
RxArraySection (rw) : ORIGIN =0x30040200,LENGTH =32k
ITCM (rx) : ORIGIN =0x00000008,LENGTH =64k
}
```

最后一行增加了 ITCM 的描述信息

第二步：在链接文件中 SECTIONS 中增加 ITCM 的信息

```c
SECTIONS
{   
    .ITCM :
    {
    . = ALIGN(4);
    ./applications/main.o (.text*)
    *(.ITCM)
    *(.ITCM.*)
    . = ALIGN(4);
    } > ITCM = 0
    
    .text :
    {
        . = ALIGN(4);
        _stext = .;
        KEEP(*(.isr_vector))            /* Startup code */
     .
     .
     .
     }
 }
```

这里将  ./applications/main.o 中的 .text 段都放入到了 ITCM

查看 map  文件

```
 .text.led_light
                0x00000024       0x38 ./applications/main.o
                0x00000024                led_light
 .text.main     0x0000005c       0x3c ./applications/main.o
                0x0000005c                main
 .text.vtor_config
                0x00000098       0x1c ./applications/main.o
```

可以看到 main.c  中的文件都被定义到了 ITCM 段

### 在 MDK 中如何使用 ITCM

在 MDK 中也需要修改对用的链接文件

#### 在 MDK 中如何指定某个函数到指定地址，需要二个步骤：

第一步，修改链接文件

```c
LR_IROM1 0x90000000 0x00800000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x90000000 0x00800000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM0 0x00000008 0x0000FFF8  {  ; ITCM 64K
   *(.ITCM)
  }
  RW_IRAM1 0x24000000 0x00080000  {  ; AXI SRAM 512K
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}
```

增加 ITCM 的描述

第二步，指定函数到 ITCM

```c
__attribute__((section(".ITCM")))  void led_light(void)
{
    rt_kprintf("main adderss is 0x%08x\r\n",led_light);
    while(1)
    {
        rt_thread_mdelay(500);
        rt_pin_write(LED_PIN, PIN_HIGH);
        rt_thread_mdelay(500);
        rt_pin_write(LED_PIN, PIN_LOW);
    }
}

```

查看 map 文件

```
led_light                                0x00000009   Thumb Code    46  main.o

```

可以看到 `led_light  ` 函数已经被放到 ITCM 区域

#### 在 MDK 中如何某个C文件的某些函数到指定地址，需要二个步骤：

第一步，修改链接文件

```
LR_IROM1 0x90000000 0x00800000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x90000000 0x00800000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM0 0x00000008 0x0000FFF8  {  ; ITCM 64K
   *(.ITCM)
  }
  RW_IRAM1 0x24000000 0x00080000  {  ; AXI SRAM 512K
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

```

增加 ITCM 的描述

第二步，指定某些函数到 ITCM

可以在这些函数的前面和结束之后地方加上关键字，如下所示：

```c
#pragma arm section code = ".ITCM"
void led_light(void)
{
    rt_kprintf("main adderss is 0x%08x\r\n",led_light);
    while(1)
    {
        rt_thread_mdelay(500);
        rt_pin_write(LED_PIN, PIN_HIGH);
        rt_thread_mdelay(500);
        rt_pin_write(LED_PIN, PIN_LOW);
    }
}

int main(void)
{
    rt_uint32_t count = 0;

rt_pin_mode(LED_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
    
    rt_kprintf("main adderss is 0x%08x\r\n",main);
    rt_thread_mdelay(500);

led_light();

return RT_EOK;
}
#pragma arm section

```

查看 map 文件

```c
    led_light                                0x00000009   Thumb Code    
    $Super$$main                             0x00000037   Thumb Code

```

## 三 注意事项

大家都知道 RAM 是掉电易失的，这种加速的方法如何在量产产品中使用呢？实际上使用以上的方法，MDK 会将特定的函数编译到 ROM 当中，在每次启动的时候都会将 ROM 中指定的函数拷贝到 RAM 放中。
但是上面的方法在 RTT Studio 中只会将函数写到指定的 RAM，这样掉电就丢失了，后续我会继续研究 RTT Studio 实现这个操作。