在MSP430的RAM中调试程序的研究

先说下我所使用的IDE及硬件，IDE为IAR集成开发环境，本人从学习单片机时就使用的IAR，CCS也用过，但觉得没IAR使用的顺手，如果是CCS爱好者请自己去研究下CCS中应该怎么设置才能在RAM中调试MSP430的程序，理论上也是很简单的。硬件为MSP-EXP430F5529LP，也就那块红色的MSP430F5529 LaunchPad 。至于为什么要在RAM中调试程序，自己去百度这样做的好处吧，我也懒得说了。

首先简单分析下MSP430F5529的启动过程，根据其官方数据手册所述，中断向量表如下：

可以看到中断向量表在0xFF80-0xFFFF，其中复位向量在0xFFFE-0xFFFF，一共两个字节，16位，系统上电或复位后从这里取出16数据作为PC的值，然后MCU开始执行“main”函数，其实并不是最先执行的main函数，而是执行IAR编译器定义的程序入口点__program_start函数，其又被编译器定义为cstart_begin函数，后面紧跟着的是cstart_call_main函数，此函数才会去调用main函数。口说无凭，实验为证。

使用IAR创建一个工程，在main.c中随便写几句代码，然后在工程选项的Debugger子选项卡中取消勾选Run to main，取消此勾选的原因是此选项会在调试中直接让单片机运行到main函数的第一行代码然后暂停。这样一来main函数之前的代码就无法看到了，我这里使用的是软件仿真，硬件仿真也会是一样的结果。

设置完后点击调试按钮出现反汇编窗口，如下图，可以看到，程序并没有停在左边的源代码窗口，而是停在了右边的反汇编窗口，并且当前程序的地址为0x4400，其具有两个标号，分别为cstart_begin和__program_start，此函数只有一句代码"MOV.W #0x4400,SP"，不难看出这是在设置堆栈指针SP为0x4400(注意和当前的PC值不要搞混，虽然值是一样的)，下面紧跟标号为cstart_call_main的函数，此函数第一句代码是调用的main函数，第二句调用exit函数，exit函数是编译器自动为我们定义的函数，这里不做说明。

然后再在Go to那里输入中断向量表的地址0xFFFE，结果如下图，红框处即为复位向量，其值为0x4400，后面是5529的参考手册中所说的仿真器指令中的一条，不做分析。于是验证了上面所说的MSP430F5529的启动过程。

既然已经知道了MSP430F5529的启动过程，那么接下来就是找链接器脚本了，不过IAR将其叫做XLINK configuration file(XLINK配置文件)，其后缀名为.xcl，在工程选项的Linker子选项卡中有和链接器有关的选项，如下图

可以看到Linker configuration file选项一栏有Override default选项，将其勾选，然后就可以找到IAR默认使用的链接器脚本文件，其路径为X:\

Program Files (x86)\IAR Systems\Embedded Workbench 7.2\430\config\linker，这个文件夹里有许多xcl文件，找到对应单片机的即可。顺带

提一下在Linker configuration file选项下面有一个Override default program entr的选项，这里就有IAR自己定义的程序入口点的函数名称。

在分析MSP430F5529的xcl文件之前先分析下MSP430F5529的的内存映像，其数据手册中有一个Memory Organization的表格，如下图

从这个表格中可以看出F5529的主FLASH所在的地址空间为0x4400-0x243FF，总大小为128KB，RAM所在地址空间为0x2400-0x43FF，总大小为8KB，其他地址空间就暂且不看了，反正这里用不到。

接下里就是分析F5529的xcl文件了，F5529的xcl文件行数比较多，我就不贴出来了，只要关注其中几行即可。下面为RAM中所存的段(Segment)，至于什么是段，我也不解释了，这个是嵌入式开发中关于链接器的知识，自己百度去吧。

// -----------------------------------------------  

// RAM memory  

//  

-Z(DATA)DATA16_I,DATA16_Z,DATA16_N,TLS16_I=2400-43FF  

-Z(DATA)DATA16_HEAP+_DATA16_HEAP_SIZE  

-Z(DATA)CODE_I  

-Z(DATA)DATA20_I,DATA20_Z,DATA20_N,DATA20_HEAP+_DATA20_HEAP_SIZE  

-Z(DATA)CSTACK+_STACK_SIZE#  

可以看出这里定义的RAM地址空间为0x2400-0x43FF，和数据手册中的RAM所在地址空间一致。

下面为主FLASH中所存的段

// -----------------------------------------------  

// Read-only memory  

//  

// -------------------------------------  

// Low memory 0-0FFFF  

//  

// ---------------------------  

// Constant data  

//  

-Z(CONST)DATA16_C,DATA16_ID,TLS16_ID,DIFUNCT,CHECKSUM=4400-FF7F  

// ---------------------------  

// Code  

//  

-Z(CODE)CSTART,ISR_CODE,CODE16=4400-FF7F  

// -------------------------------------  

// All memory 0-FFFFF  

//  

// ---------------------------  

// Code  

//  

-P(CODE)CODE=4400-FF7F,10000-243FF  

// ---------------------------  

// Constant data  

//  

-Z(CONST)DATA20_C,DATA20_ID,CODE_ID=4400-FF7F,10040-243FF  

// -------------------------------------  

// Interrupt vectors  

//  

-Z(CODE)INTVEC=FF80-FFFF  

-Z(CODE)RESET=FFFE-FFFF  

可以看出这里定义的主FALSH地址空间为0x4400-0xFF7F、0xFF80-0xFFFF和0x10000-0x243FF。其中貌似部分段的存放地址是从0x10040开始的，不过这并无大碍，反正都在主FLASH空间。

链接器脚本分析完了，接下来就是在RAM中调试程序了，在这里只需更改链接器脚本中的FLASH地址空间为RAM地址空间即可实现在RAM中调试程序，那么将RAM分为0x2400-0x33FF、0x3400-0x437F和0x4380-0x43FF三个部分，分别用作FLASH、RAM和中断向量表，至于为什么要将中断向量表放在0x4380-0x43FF处，后面在RAM中调试需要使用中断的程序时再做说明。xcl文件的改动部分如下

// -----------------------------------------------  

// RAM memory  

//  

-Z(DATA)DATA16_I,DATA16_Z,DATA16_N,TLS16_I=3400-437F  

-Z(DATA)DATA16_HEAP+_DATA16_HEAP_SIZE  

-Z(DATA)CODE_I  

-Z(DATA)DATA20_I,DATA20_Z,DATA20_N,DATA20_HEAP+_DATA20_HEAP_SIZE  

-Z(DATA)CSTACK+_STACK_SIZE#  

// -----------------------------------------------  

// Read-only memory  

//  

// -------------------------------------  

// Low memory 0-0FFFF  

//  

// ---------------------------  

// Constant data  

//  

-Z(CONST)DATA16_C,DATA16_ID,TLS16_ID,DIFUNCT,CHECKSUM=2400-33FF  

// ---------------------------  

// Code  

//  

-Z(CODE)CSTART,ISR_CODE,CODE16=2400-33FF  

// -------------------------------------  

// All memory 0-FFFFF  

//  

// ---------------------------  

// Code  

//  

-P(CODE)CODE=2400-33FF  

// ---------------------------  

// Constant data  

//  

-Z(CONST)DATA20_C,DATA20_ID,CODE_ID=2400-33FF  

// -------------------------------------  

// Interrupt vectors  

//  

-Z(CODE)INTVEC=4380-43FF  

-Z(CODE)RESET=43FE-43FF  

将改动后的xcl文件放在工程的根目录，其它目录也行，反正IAR可以改变链接器脚本文件所在的路径。然后在工程选项的Linker子选项卡中的Linker configuration file选项中的Override default选项勾上，然后填入更改后的xcl文件的路径，我这里是填是$PROJ_DIR$\lnk430f5529_ram.xcl，因为我将更改后的文件改名成lnk430f5529_ram.xcl然后放在工程的根目录了，也可以用右边的选择按钮选择绝对路径。

然后就是将调试器改为硬件仿真器然后下载调试了，进入调试状态后发现单片机没有停住，到反汇编窗口一看发现0xFFFE处的复位向量的值为0xFFFF，然后去看0x43FE处的值发现是正确的0x2400，如下图。

我在测试RAM调试之前先在FLASH中下载了一个P4.7每过1秒改变一次电平的程序，也即LaunchPad上绿灯闪烁的程序，当时调试时0xFFFE处的复位向量和上面软件仿真的一样，为0x4400，然而现在却不是了。理论上我将FLASH地址空间放到了RAM中是不会再去擦除FLASH的。但实际上仿真器却把FLASH给擦除了，于是我开始在工程选项的Debugger中寻找是否有与FLASH擦除的相关的选项，结果还真有

将这里的Flash erase选为Retain unchanged memory，这个选项是保留未改变内容的内存，其子选项中Compare with image on target和Compare with image cached on PC是差不多的选项，可以任选一个。这样的话就不会擦除原来的FLASH内容了。但是下载调试发现虽然FLASH中的程序没有被擦除，新的程序也被下载到RAM中，但是MCU还是运行的FLASH中的程序。

再次回顾MSP430F5529的启动过程发现其实原因在于原来的0xFFFE处的复位向量的值并未改成正确的0x2400，还是使用FLASH时的0x4400，所以运行的还是FLASH中的程序，于是乎想了两种解决办法：

1、将中断向量表仍然放在0xFF80-0xFFFF处，那样在下载程序时会更新0xFFFE处的复位向量，将其指向0x2400这个RAM地址，但却存在断电后再次上电，RAM中的程序消失后，MCU还是会去RAM中运行，而不是运行FLASH中的程序。

2、在使用默认的xcl文件下载FLASH的程序时，在FLASH程序的main函数之前加一个函数。此函数判断0x43FE处“复位向量”是否为0x2400，如果是，则跳转到0x2400处执行RAM中的程序，否则继续运行FLASH中的main函数。

显然，方法2更胜一筹，虽然需要在FLASH程序里多加一点内容。那么现在就是如何在main函数前加一个函数来判断了，通过在IAR的文档目录(X:\Program Files (x86)\IAR Systems\Embedded Workbench 7.2\430\doc)中寻找参考手册，发现了一个名为EW430_CompilerReference的pdf文件，在其书签的Part1.Using the compiler->The DLIB runtime environment->System startup and termination中找到了System Startup过程，如下图

我们所需关注的也就是被划红线的部分，这几部分主要说了系统在启动时会先去执行一个初始化序列，这个初始化序列在main函数之前执行，

初始化序列中有一个__low_level_init函数，这个函数如果用户定义了就会去执行，否则不会去执行这个函数，而处理启动和结束过程的代码在

IAR的目录X:\Program Files (x86)\IAR Systems\Embedded Workbench 7.2\430\src\lib这个目录里，而这个目录里貌似又有几个目录，通过筛

选，发现cstartup.s43和low_level_init.c在430\src\lib\430目录里，其中cstartup.s43为汇编文件，手册里说尽量不要修改这个文件，那么剩下的

就是low_level_init.c了，这个文件里只有一个__low_level_init函数，代码如下

#include  

int __low_level_init(void)  

{  

  /* Insert your low-level initializations here */  

  /* 

   * Return value: 

   * 

   *  1 - Perform data segment initialization. 

   *  0 - Skip data segment initialization. 

   */  

  return 1;  

}  

那么将此文件拷贝到工程根目录，然后再工程中添加此文件，然后将此函数修改为如下代码

#include  

#define RUN_IN_RAM 1  

#define NEW_RESET (*(volatile unsigned int*)0x43FE)  

int __low_level_init(void)  

{  

    if(NEW_RESET == 0x2400)  

    {  

        if(!RUN_IN_RAM)  

            asm("MOV #2400h, PC");  

    }       

  return 1;  

}  

这里定义RUN_IN_RAM这个宏的原因是，在编译即将在RAM中调试的代码时也会编译low_level_init.c这个文件，于是RAM中的代码也会含有__low_level_init函数，当FLASH中的__low_level_init函数检测到0x43FE处的值为0x2400时会跳到0x2400这个RAM地址处
继续执行代码，而接下来就是执行RAM中的__low_level_init代码了，如果不判断现在是不是在RAM中运行，程序又会跳转到0x2400处执行代码，如此一来就形成了死循环。所以当下载到FLASH中时RUN_IN_RAM为0，会跳转，而下载到RAM中时RUN_IN_RAM为1，不会跳转。这个函数跳转使用了汇编代码"MOV #2400h,  PC"，也即将PC的值设置为0x2400，如果不懂汇编的话那就没法了，反正跳转基本得这么写因为C语言无法使用PC寄存器，只有汇编能使用。

然后就是编译下载了，先用默认的xcl文件在FLASH里下载一次，然后用修改后的xcl文件下载到RAM里面运行，但结果还是失败了，下载到RAM的程序仍然没有运行，还是运行的FLASH的程序。

经过调试，发现FLASH里的low_level_init函数在判断NEW_RESET(地址为0x43FE)是否为0x2400时的结果为否，然而用Go to跳转到0x43FE处却发现显示的值是正确的0x2400(PS：这里由于我看的是IAR的反汇编窗口，其内存刷新好像比较慢，所以还是显示的正确值，但其实已经被修改了)，后来使用中间变量查看程序读取到的NEW_RESET值，发现是0。

      然后又调试了一会，突然一次调试的时候发现0x43FC处的值为0x4408，而0x4408正好是FLASH程序中调用low_level_init程序后的代码的地址，准确来说应该是0x004408，这样一来0x43FE处为0也就很好解释了，因为FLASH中的程序将堆栈指针SP设置在0x4400处，当调用low_level_init时MCU自动压栈，也即将下一句代码的地址0x004408存在0x43FC处，注意，这里存的是32位数据，所以如果按8位表示的话，0x43FC处存的是0x08，0x43FD处存的是0x44，0x43FE处存的0x00，0x43FF处存的是0x00，以小端模式存储。

既然知道了是因为压栈而导致的复位向量被覆盖，那么在编译FLASH的程序时将RAM空间定义为0x2400-0x437F即可成功避开RAM中的中断向量表，考虑到中断向量表的0x80-0xD0处并没有中断，那么将RAM的结尾定位0x43CF也没问题(PS：虽然0xD0和0xD1没有放数据，但还是不能将RAM结尾定为0x43D2，因为堆栈要4字节对齐，0x43D2并不满足4字节对齐的条件)。

修改默认的xcl文件中的RAM地址空间为0x2400-0x437F，然后将链接器配置文件选择为此文件，在FLASH中下载一遍，然后使用修改的适用于RAM的xcl文件再下载到RAM中，发现果然可以运行RAM中的程序了，不过要运行FLASH中的程序必须得断电几秒后再上电才能运行，按复位是没用的，还是会运行RAM中的程序，原因在于MSP430复位时并不会清空RAM，断电几秒的原因在于MSP430功耗太低，且工作电压最低可到1.8V，只有电压下降到1.8V以下RAM才会清空。

至于带有中断的程序，只需要在你的main函数的关闭看门狗的代码后加一句SYSCTL |= SYSRIVECT，SYSCTL寄存器的SYSRIVECT位的功能如下图所示：

红线处说明了SYSRIVECT位如果为1则使用RAM的顶端所存放的中断向量表，RAM顶端也即0x43FF处，向下减去中断向量表的长度0x7F后为0x4380，所以我上面才会把中断向量表的地址空间定为0x4380-0x43FF。是为了在RAM中调试时可以正常调试带有中断的程序。我测试了下IO口中断，可以正常识别。