GCC链接脚本中VMA与LMA不同导致Cortex-M4函数运行异常求助

问题场景 #

使用类似STM32的Cortex-M4芯片，计划将高频调用函数放入FAST_FLASH区域优化性能，编写了带AT> FLASH的GCC链接脚本：

.flash_zw0 : ALIGN(4)
{
    *(.flash_ex)
} >FAST_FLASH AT> FLASH

编译后.map文件显示函数已归入指定段，但执行该段函数时直接进入HardFault。移除AT>配置后程序运行正常，但此时生成的bin文件因FAST_FLASH与FLASH地址跨度大而体积超标，无法完成升级。

芯片MEMORY配置如下：

MEMORY
{
FAST_FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08014000, LENGTH = 48k
FAST_FLASH_1 (rx) : ORIGIN = 0x08020000, LENGTH = 128k
FLASH_0 (irx)   : ORIGIN = 0x0807f800, LENGTH = 2k
FLASH (rx)      : ORIGIN = 0x08080000, LENGTH = 512K
RAM (xrw)       : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 96K
}

根本原因 #

使用AT> FLASH时，链接器为.flash_zw0段设置了两个地址：

• VMA（虚拟内存地址）：FAST_FLASH的起始地址0x08014000，是CPU执行函数时访问的地址
• LMA（加载内存地址）：FLASH区域的地址，是bin文件中该段实际存储的位置

但Cortex-M4的启动流程只会自动将RAM段（如.data）从LMA复制到VMA，Flash段不会自动执行复制操作。此时FAST_FLASH的VMA区域没有有效代码，CPU跳转到该地址执行时读取到非法指令，直接触发HardFault。

解决方案 #

需要手动实现LMA到VMA的代码复制，确保函数执行前FAST_FLASH区域已加载有效代码：

1. 修改链接脚本导出段信息 #

在链接脚本中添加全局符号，导出.flash_zw0段的VMA起始/结束地址，以及LMA起始地址：

.flash_zw0 : ALIGN(4)
{
    __flash_zw0_start = .;  /* VMA起始地址 */
    *(.flash_ex)
    __flash_zw0_end = .;    /* VMA结束地址 */
} >FAST_FLASH AT> FLASH

__flash_zw0_load_start = LOADADDR(.flash_zw0);  /* LMA起始地址 */

2. 添加代码复制逻辑 #

在系统初始化阶段（SystemInit之后、main函数之前），添加复制代码，将FLASH中LMA区域的内容复制到FAST_FLASH的VMA区域。

C语言实现示例：

/* 声明链接脚本导出的全局符号 */
extern uint32_t __flash_zw0_start;
extern uint32_t __flash_zw0_end;
extern uint32_t __flash_zw0_load_start;

void copy_fast_flash_sections(void)
{
    uint32_t *src_addr = &__flash_zw0_load_start;
    uint32_t *dest_addr = &__flash_zw0_start;
    const uint32_t *dest_end = &__flash_zw0_end;

    /* 按字复制内容，确保对齐 */
    while (dest_addr < dest_end)
    {
        *dest_addr++ = *src_addr++;
    }
}

在启动文件中调用该函数，比如在Reset_Handler的末尾、跳转到main之前执行。

3. 处理Flash写保护 #

如果FAST_FLASH区域默认开启写保护，需要先调用芯片的Flash解锁API（类似STM32的HAL_FLASH_Unlock()），完成复制后再重新上锁，避免后续操作出错。

验证步骤 #

1. 复制完成后，通过调试工具查看FAST_FLASH区域（0x08014000开始）的内容，确认与FLASH中LMA区域的代码一致
2. 执行.flash_ex段的函数，确认不再触发HardFault
3. 生成bin文件，检查体积是否符合升级要求

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Vermouth贝尔摩德