RP2040 SRAM4/5内存区域的使用技巧与性能优化

前言

在嵌入式系统开发中，合理利用处理器的内存资源对于提升系统性能至关重要。本文将详细介绍如何在RP2040微控制器上使用SRAM4和SRAM5内存区域，以及如何优化代码执行效率。

RP2040内存架构概述

RP2040微控制器具有独特的内存架构设计，包含多个SRAM区域：

• SRAM0-3：主内存区域，采用交错访问设计
• SRAM4和SRAM5：独立的内存区域，各4KB大小

特别值得注意的是，当SRAM4/5仅被一个核心访问时，可以避免多核心访问冲突带来的等待周期，这对于性能敏感的应用场景尤为重要。

在Rust项目中配置SRAM4/5

要在RP2040上使用SRAM4/5区域，需要进行以下配置：

1. 修改链接脚本

创建一个memory.x文件，定义内存区域：

MEMORY {
    BOOT2 : ORIGIN = 0x10000000, LENGTH = 0x100
    FLASH : ORIGIN = 0x10000100, LENGTH = 2048K - 0x100
    RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 256K
    SRAM4AND5 : ORIGIN = 0x20040000, LENGTH = 8k
}

SECTIONS {
    .sram4and5 : {
        . = ALIGN(4);
        _srelocate = .;
        KEEP(*(.sram4and5));
        . = ALIGN(4);
        _erelocate = .;
    } > SRAM4AND5 AT>FLASH
} INSERT AFTER .text;
_xrelocate = LOADADDR(.sram4and5);

2. 汇编代码配置

在汇编代码中，需要使用正确的段声明：

.section .sram4and5,"ax",%progbits
.global basic
.p2align 2
.type basic,%function
basic:
.fnstart
    // 你的汇编代码
.fnend

关键点在于"ax",%progbits标志，其中a表示该段在程序执行时需要占用内存。

运行时初始化

由于代码最初存储在Flash中，需要在运行时将其复制到SRAM4/5区域：

unsafe {
    extern "C" {
        static mut _srelocate: u8;
        static mut _erelocate: u8;
        static mut _xrelocate: u8;
    }
    let srelocate: *mut u8 = addr_of_mut!(_srelocate);
    let erelocate: *const u8 = addr_of!(_erelocate);
    let xrelocate: *const u8 = addr_of!(_xrelocate);
    let size = erelocate.offset_from(srelocate) as usize;
    from_raw_parts_mut(srelocate, size).copy_from_slice(from_raw_parts(xrelocate, size));
}

多核心应用

将关键代码放在SRAM4/5中并由第二核心独占执行，可以避免内存访问冲突：

let _test = core1.spawn(
    unsafe {
        &mut *(slice_from_raw_parts_mut((0x20040000 + 8 * 1024 - 4 * 100) as *mut usize, 100))
    },
    move || unsafe { basic() },
);

性能考量

虽然SRAM0-3采用了交错访问设计，理论上可以提供更高的带宽，但在多核心场景下：

1. 当SRAM4/5仅被一个核心访问时，可以完全避免等待状态
2. 对于实时性要求高的任务，专用内存区域可以提供更稳定的执行时间

结论

合理利用RP2040的SRAM4/5区域可以显著提升多核心应用的性能。通过正确的链接脚本配置、汇编代码标记和运行时初始化，开发者可以充分利用这一特性。对于性能敏感的应用，建议将关键代码放在这些专用内存区域并由单一核心执行，以获得最佳性能表现。