ESP8266架構探索-運行的起始

都2020年了，想必你們對ESP8266都很熟了，沒用過至少也據說過。因此拋開豐富有趣的各類應用，下面來講一說不多人討論的ESP8266的架構。

架構

ESP8266集成了加強版的超低功耗Tensilica’s Xtensa L106 32-bit內核處理器。爲何說加強版呢，由於Tensilica處理器的特色，就是工程師能夠對內核IP作定製化，樂鑫購買IP後，繼續進行優化，造成了加強版。
該處理器使用RISC指令集，CPU時鐘速度最⾼可達160MHz，芯⽚內置了存儲控制器，包含ROM和SRAM。但這個ROM呢，固化一些底層代碼，用戶是修改不了的，用戶程序必須由外部Flash存儲，理論上最大可支持16MB的存儲。因此這就是爲何買ESP8266模塊時，都要看用的多大的Flash，使用SDK開發方式的話，從編譯到下載都要選擇正確的Flash。

代碼和內存的存儲分配

熟悉計算機原理的都知道，計算機的本質就是計算，經過執行不一樣的指令，操做不一樣的數據來獲得不一樣的數據結果。指令在代碼中能夠認爲是不一樣的語句，數據就是不一樣的變量。在單片機中，通常指令存在ROM中，數據變量存在RAM中。有這兩個概念後，再看看ESP8266這款芯片。
ESP8266片上有固化的ROM，須要用戶外置Flash來存儲程序。在物理上有 64KB 的 iRAM，96KB 的 dRAM。
其中：

iRAM：instruction RAM，用來存放指令，位於 0x40100000 開始的 64KB 空間。
dRAM：data RAM，用來存放數據，位於 0x3FFE8000 開始的空間。

因此ESP8266一共有這麼幾個存儲的地方：片上ROM、片上iRAM、片上dRAM，片外Flash。

存儲區	做用
片上ROM	固化芯片底層代碼，用戶沒法改動
片上iRAM	存放指令，用於執行程序
片上dRAM	存放數據
片外Flash	存放用戶代碼、用戶數據等

知道iRAM後，就知道咱們Flash的地位並不怎樣。代碼並非直接在Flash上取指令運行的，而是加載到iRAM中來運行的。

代碼開始的地方

ESP8266中全部代碼都是加載到iRAM後運行的，只是有的提早加載（IRAM段），有的用時加載（IROM段）。IROM段使用部分稱爲Cache，IRAM段爲真iRAM。
ESP8266有個特殊的Cache概念。在計算機系統中，Cache是爲了解決CPU讀內存速度過慢而設置的。Cache比內存的讀取速度更快，但比寄存器讀取速度慢。一般Cache只是小空間存儲，用來緩存CPU讀取過的內存數據。ESP8266中的Cache使用了iRAM，iRAM共有64k，分了一半（32k）給Cache。ESP8266的底層啓動後，會將對應Flash的空間映射到Cache空間。
用戶代碼是存在外置Flash的，那麼芯片啓動後，IRAM段加載到iRAM中，底層代碼（前面說的固化ROM內）也會將Flash空間映射到Cache中。由於Cache的空間遠小於Flash，因此使用了特殊的映射技術能夠將最大1M+1M的Flash映射到32K的cache中。而哪些代碼須要加載到iRAM，哪些仍是放在Cache中運行，則是在連接時，經過指定不一樣的段來區分。
寫過代碼的朋友就知道了，在NONOS SDK中，須要ICACHE_FLASH_ATTR來定義函數，以使代碼不佔用iRAM空間。在RTOS SDK中，使用IRAM_ATTR定義函數，將須要頻繁運行，講究效率的函數放到iRAM中。這個即是iRAM和iROM的區別引發的。
好了，到了這裏，咱們就知道代碼編譯生成二進制文件，燒錄到Flash後，是怎麼由ESP8266執行起來的了。別走開，下面有彩蛋。

ROM的底層

ROM的底層是看不見的，可是既然咱們能用到，那就有它的痕跡
https://github.com/espressif/ESP8266_NONOS_SDK/blob/master/ld/eagle.rom.addr.v6.ld

PROVIDE ( ets_memcmp = 0x400018d4 );
PROVIDE ( ets_memcpy = 0x400018b4 );
PROVIDE ( ets_memmove = 0x400018c4 );
PROVIDE ( ets_memset = 0x400018a4 );
PROVIDE ( ets_post = 0x40000e24 );
PROVIDE ( ets_printf = 0x400024cc );
PROVIDE ( ets_putc = 0x40002be8 );
PROVIDE ( ets_rtc_int_register = 0x40002a40 );

這份ld文件裏，就描述了底層函數在ROM中的地址，也告訴咱們，到底提供了多少功能。
但NONOS SDK官方也已經中止更新了，在RTOS SDK中，底層函數做用也逐漸在淡化，像操做外設的都改爲了在用戶代碼裏編寫的形式。

NONOS SDK默認連接到iROM中

不知道如今還有多少人在使用NONOS SDK作開發，既然這篇文章說到了代碼存放，那就說一下吧。
在NONOS SDK中，用戶代碼編譯連接後，會默認放到iRAM中，因此須要用戶手動增長ICACHE_FLASH_ATTR來修飾。但問題是iRAM空間只有32k，是很是有限的。
若是都是本身從0開始寫的代碼，那也沒什麼。可是若是是要引用別人的庫，或者是本身寫的代碼要封裝成庫給其餘地方使用，這時就很麻煩了，由於其餘平臺都不用這樣定義。那麼有沒有解決辦法呢，有。
在SDK中找到./ld/eagle.app.v6.ld文件。
在.irom0.text : ALIGN(4)段下作以下修改便可。

.irom0.text : ALIGN(4)
  {
    _irom0_text_start = ABSOLUTE(.);

    *libuser.a:(.literal.* .text.*)   /* 增長此行 */
    *libat.a:(.literal.* .text.*)
    *libcrypto.a:(.literal.* .text.*)
    
    ... ...
    
    _irom0_text_end = ABSOLUTE(.);
  } >irom0_0_seg :irom0_0_phdr

用戶代碼編譯後，會生成libuser.a文件，因此這個文件裏都是用戶代碼。新增語句就是將用戶代碼中類常量和代碼指令都放到iROM中。

End

關於ESP8266架構和代碼如何開始運行的東西就到這裏了。彩蛋以後，固然是下集預告啦。下次可能會根據開源的 Bootloader代碼，來跟着解析一遍哦。
陣容以下，有沒有點期待呢。

rboot： https://github.com/raburton/rboot
zboot： https://github.com/zorxx/zboot
esp-bootloader: https://github.com/tuanpmt/esp-bootloader