理清存储器和程序的关系

　　先抛出两个问题：对于嵌入式设备，没有RAM能运行吗？没有ROM能运行吗？

　　首先看一下什么是ROM。ROM全称Read Only Memory，即只读存储器，其中内容在生产阶段一经烧录就无法更改。显然，现代语境下的ROM已经不是字面意思了，更准确的解读是：用来存放程序的非易失性存储器。即它最重要的特性是非易失性，当年因成本而导致的显著特性“只读”已经随着技术发展而不存在了，但是“只读”这个名字却沿用下来了。所以，下次再看到ROM的时候，脑海中要自动把它翻译成：存放程序、非易失。

　　接着再来看一下什么是RAM。RAM全称Random Access Memory，即随机访问存储器。所谓“随机访问”，指的是读取或写入数据时，所需要的时间与数据所在的位置无关。当然RAM诞生以来一直也都有其他特点：与CPU直接交互、存取速度快、掉电不保存。但为什么偏偏把“随机访问”这个特性作为它的名字呢？难道当时除了RAM其他存储器都不支持随机访问？事实也正是如此，早期的存储设备，如纸带、磁鼓、磁盘都是顺序存储器，因此把这个与众不同的特性直接作为名字了。同样的，随着技术的发展，随机访问也不再是RAM特有的特性了，比如带有地址线和数据线的Nor Flash，就支持随机读取。因此下次再看到RAM的时候，脑海中要自动把它翻译成：速度快、易失。

　　接下来开始分析上面提出的两个问题。

问题1：可以没有RAM吗？

　　众所周知，存储在存储器中的程序可以分成两部分：代码和数据。代码肯定是少不了的，那么数据呢？数据又可以分成两类：不变数据和变化数据。不变数据（接下来以常量称之）比如一个固定的字符串，我们可以像对待代码一样对待它，只需要把它放到一个固定的位置，然后需要用的时候通过地址找到它就可以了。而对于变化数据（接下来以常量称之），在程序运行过程中值会发生变化。你可能会说：那我们也可以把它放到一个固定的位置，通过地址找到他，需要改的时候直接改它不就行了吗？直接改当然也可以，但是这里存在几个问题：

  1. 一般非易失性存储器的写都比较费劲儿又费时，比如Flash，由于它在写之前要先擦除，所以要先备份，然后修改，最后写入，虽然功能没问题，但是速度非常慢，严重影响程序运行效率；
  2. 这种变量我们一般只是作为中间值来使用，并不要求它掉电之后保存，并且它的修改频率通常非常高，如果频繁写的话会很快消耗存储设备的寿命。因此最好把变量放到另一个契合它的特点的存储器里面，它具有以下特点：存取速度快、掉电不用保存数据。

　　聪明的你肯定已经想到了，假如我的程序不需要用到变量，那就不需要RAM了。存在这样的程序吗？当然存在，现在我们就来写一个这样的程序，下面直接上代码：

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                PRESERVE8
                THUMB

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY

__Vectors       DCD     0 ;__initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler
__Vectors_End

                AREA    |.text|, CODE, READONLY

; Reset handler
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                LDR     R0, =my_main
                BX      R0
                ENDP

my_main         PROC
                MOV R0, #0
loop            ADD R0, R0, #1
                B loop
                ENDP

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)

NMI_Handler     PROC
                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP
HardFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP
                ALIGN
                END

　　这段代码是启动文件的精简版，也是整个工程里面唯一一个文件，没有引用任何外部库和文件。中断向量表只保留了3个必要的中断，由于没有用到栈，因此向量表的第一条栈地址直接写了0。在复位异常处理程序中跳转到my_main函数，my_main函数的功能非常简单，R0初始化为0，然后不停的自增。看起来是没什么用，但是如果把R0的bit0赋值给某个连着LED的IO就能实现跑马灯了。

　　系统默认的分散加载文件需要修改一下，先在设置把使用系统生成的分散加载文件的勾去掉，然后把.\Objects\scatter.sct拷贝到代码目录去，免得和一堆临时文件混在一起，最后把scatter.sct文件修改成如下（注意不能把sct文件加到工程中，编译会报错）：

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LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   .ANY (+RO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

　　程序运行情况如下，通过单步调试可以看到寄存器窗口中的R0从0开始不断自增。


　　整个程序只用到一个R0寄存器，没有使用到内存变量，又没有用到堆和栈，因此完全不需要RAM。我们来看一下它的map文件中的各段大小：

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Total RO  Size (Code + RO Data)                   40 (   0.04kB)
Total RW  Size (RW Data + ZI Data)                 0 (   0.00kB)
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)         40 (   0.04kB)

　　可以看到RW段和ZI段的大小都是0

问题2：可以没有ROM吗？

　　通常CPU执行程序的过程就是从存储设备上读取一条条命令（机器码），然后一条条译码执行的过程，既然能从ROM里面读命令，那当然也能从读写速度更快更方便的RAM里读。因此我们只要在上电之后把程序下载到RAM里面（IDE可以实现这种功能）就能跑起来了，因此，可以没有ROM。
　　但是因为掉电之后RAM程序就没了，所以每次上电之后都要下载一遍，这种设备当然是没有实用价值的。我们这里只是为了理清概念，包括上面的没有RAM的例子也是，这样通常实现不了复杂的功能，没有现实意义。

梳理存储器和程序的关系

　　现在我们把程序中包含的内容严谨的分一下类：

  1. RO-CODE，代码（代码必定是只读的，所以可以简写为CODE）
  2. RO-DATA，常量
  3. RW-DATA，初始化且不为0的变量
  4. ZI-DATA，未初始化和初始化为0的变量

　　在IDE工具如Keil中，一般把RO-CODE和RO-DATA合成为RO，RW-DATA简称为RW，ZI-DATA简称为ZI。于是就有RO、RW、ZI三类数据。
　　按照上面的问题的分析，显然RW和ZI在运行的时候必须处于RAM中，而RO在运行时既可以处于ROM中，也可以处于RAM中，或者两者都有，只要能正常取指令即可。既然RAM的存取速度比ROM快很多，理想情况下当然是RO全部放在RAM中执行。显示情况是RAM往往比ROM贵很多，因此容量不足以容纳下全部RO段内容，此时可以选择把一部分段或者函数放到RAM中，剩余的在ROM中执行。

总结

　　分散加载文件的作用就是把程序中的各种段、函数、变量等合理的分配到ROM和RAM中的具体位置中。