ARM9學(xué)習(xí)2-ARM鏡像文件和Scatter文件

ID:89763 · 發(fā)表于 2015-9-12 22:00

ARM映像文件

什么是arm的映像文件 arm映像文件其實(shí)就是可執(zhí)行文件，包括bin或hex兩種格式，可以直接燒到rom里執(zhí)行。在axd調(diào)試過(guò)程中，我們調(diào)試的是axf文件，其實(shí)這也是一種映像文件，它只是在bin文件中加了一個(gè)文件頭和一些調(diào)試信息。映像文件的組成
ARM映像文件是一個(gè)層次性結(jié)構(gòu)的文件，包括了域（region），輸出段(output section)和輸入段(input section)。所謂域，指的就是整個(gè)bin映像文件所處在的區(qū)域，它又分為加載域和運(yùn)行域。加載域就是映像文件被靜態(tài)存放的工作區(qū)域，一般來(lái)說(shuō)flash里的整個(gè)bin文件所在的地址空間就是加載域，當(dāng)然在程序一般都不會(huì)放在 flash里執(zhí)行，一般都會(huì)搬到sdram里運(yùn)行工作，它們?cè)诒话岬?/font>sdram里工作所處的地址空間就是運(yùn)行域。ARM映像文件一開(kāi)始總是存儲(chǔ)在ROM／Flash里面的，其RO部分既可以在ROM／Flash里面執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的RAM中執(zhí)行；而RW和ZI這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫(xiě)的RAM里去，其實(shí)RW包括ZI區(qū)域。什么是RO段、RW段和ZI段一個(gè)ARM程序包含3部分：RO，RW和ZI

RO就是ReadOnly，程序中的指令和常量

RW就是Read/Write，程序中的已初始化變量

ZI就是Zero Init，程序中的未初始化的變量

Image文件包含了RO和RW數(shù)據(jù)。
之所以Image文件不包含ZI數(shù)據(jù)，是因?yàn)?/font>ZI數(shù)據(jù)都是0，沒(méi)必要包含，只要程序運(yùn)行之前將ZI數(shù)據(jù)所在的區(qū)域一律清零即可。包含進(jìn)去反而浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。
Q：為什么Image中必須包含RO和RW？
A：因?yàn)?/font>RO中的指令和常量以及RW中初始化過(guò)的變量是不能像ZI那樣“無(wú)中生有”的。
ARM程序的執(zhí)行過(guò)程
從以上兩點(diǎn)可以知道，燒錄到ROM中的image文件與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的ARM程序之間并不是完全一樣的。因此就有必要了解ARM程序是如何從ROM中的image到達(dá)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的。
實(shí)際上，RO中的指令至少應(yīng)該有這樣的功能：
1. 將RW從ROM中搬到RAM中，因?yàn)?/font>RW是變量，變量不能存在ROM中。
2. 將ZI所在的RAM區(qū)域全部清零，因?yàn)?/font>ZI區(qū)域并不在Image中，所以需要程序根據(jù)編譯器給出的ZI地址及大小來(lái)將相應(yīng)得RAM區(qū)域清零。ZI中也是變量，同理：變量不能存在ROM中
在程序運(yùn)行的最初階段，RO中的指令完成了這兩項(xiàng)工作后C程序才能正常訪問(wèn)變量。否則只能運(yùn)行不含變量的代碼。

為了更直觀說(shuō)明RO,RW,ZI在C中的意思，請(qǐng)看下面例子：
1)RO
看下面兩段程序，他們之間差了一條語(yǔ)句，這條語(yǔ)句就是聲明一個(gè)字符常量。因此按照我們之前說(shuō)的，他們之間應(yīng)該只會(huì)在RO數(shù)據(jù)中相差一個(gè)字節(jié)（字符常量為1字節(jié)）。
Prog1：
#include <stdio.h>
void main(void)
{
;
}
Prog2：
#include <stdio.h>
const char a = 5；
void main(void)
{
;
}

Prog1編譯出來(lái)后的信息如下：
===========================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
===========================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
===========================================================

Prog2編譯出來(lái)后的信息如下：
===========================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 61 0 96 0 Grand Totals
===========================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1009 ( 0.99kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1009 ( 0.99kB)
===========================================================
以上兩個(gè)程序編譯出來(lái)后的信息可以看出：
Prog1和Prog2的RO包含了Code和RO Data兩類數(shù)據(jù)。他們的唯一區(qū)別就是Prog2的RO Data比Prog1多了1個(gè)字節(jié)。這正和之前的推測(cè)一致。
如果增加的是一條指令而不是一個(gè)常量，則結(jié)果應(yīng)該是Code數(shù)據(jù)大小有差別。

2)RW同樣再看兩個(gè)程序，他們之間只相差一個(gè)“已初始化的變量”，按照之前所講的，已初始化的變量應(yīng)該是算在RW中的，所以兩個(gè)程序之間應(yīng)該是RW大小有區(qū)別。
Prog3：
#include <stdio.h>
void main(void)
{
;
}
Prog4：
#include <stdio.h>
char a = 5；
void main(void)
{
;
}

Prog3編譯出來(lái)后的信息如下：
===========================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
===========================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
===========================================================

Prog4編譯出來(lái)后的信息如下：
===========================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 1 96 0 Grand Totals
===========================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 97 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1009 ( 0.99kB)
===========================================================
可以看出Prog3和Prog4之間確實(shí)只有RW Data之間相差了1個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)正是被初始化過(guò)的一個(gè)字符型變量“a”所引起的。

3) ZI
再看兩個(gè)程序，他們之間的差別是一個(gè)未初始化的變量“a”，從之前的了解中，應(yīng)該可以推測(cè)，這兩個(gè)程序之間應(yīng)該只有ZI大小有差別。
Prog5：
#include <stdio.h>
void main(void)
{
;
}
Prog6：
#include <stdio.h>
char a；
void main(void)
{
;
}

Prog5編譯出來(lái)后的信息如下：
===========================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
===========================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
===========================================================

Prog6編譯出來(lái)后的信息如下：
===========================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 97 0 Grand Totals
===========================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 97 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
===========================================================
編譯的結(jié)果完全符合推測(cè)，只有ZI數(shù)據(jù)相差了1個(gè)字節(jié)。這個(gè)字節(jié)正是未初始化的一個(gè)字符型變量“a”所引起的。
注意：如果一個(gè)變量被初始化為0，則該變量的處理方法與未初始化華變量一樣放在ZI區(qū)域。

即：ARM C程序中，所有的未初始化變量都會(huì)被自動(dòng)初始化為0。
總結(jié)：
1)C中的指令以及常量被編譯后是RO類型數(shù)據(jù)。
2)C中的未被初始化或初始化為0的變量編譯后是ZI類型數(shù)據(jù)。
3) C中的已被初始化成非0值的變量編譯后市RW類型數(shù)據(jù)。
附：
程序的編譯命令（假定C程序名為tst.c）：
armcc -c -o tst.o tst.c
armlink -noremove -elf -nodebug -info totals -info sizes -map -list aa.map -o tst.elf tst.o
編譯后的信息就在aa.map文件中。
ROM主要指：NAND Flash，Nor Flash
RAM主要指：PSRAM，SDRAM，SRAM，DDRAM

啟動(dòng)代碼中Image$$??$$Limit 的含義

對(duì)于剛學(xué)習(xí)ARM的人來(lái)說(shuō)，如果分析它的啟動(dòng)代碼，往往不明白下面幾個(gè)變量的含義：|Image$$RO$$Limit|、|Image$$RW$$Base|、|Image$$ZI$$Base|。

首先申明我使用的調(diào)試軟件為ADS1.2，當(dāng)我們把程序編寫(xiě)好以后，就要進(jìn)行編譯和鏈接了，在ADS1.2中選擇MAKE按鈕，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Errors and Warnings 的對(duì)話框，在該欄中顯示編譯和鏈接的結(jié)果，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，在文件的最后應(yīng)該能看到Image component sizes，后面緊跟的依次是Code，RO Data ，RW Data ，ZI Data ，Debug 各個(gè)項(xiàng)目的字節(jié)數(shù)，最后會(huì)有他們的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：

Code 163632 ，RO Data 20939 ，RW Data 53 ，ZI Data 17028

Tatal RO size (Code+ RO Data) 184571 (180.25kB)

Tatal RW size(RW Data+ ZI Data) 17081(16.68 kB)

Tatal ROM size(Code+ RO Data+ RW Data) 184624(180.30 kB)

后面的字節(jié)數(shù)是根據(jù)用戶不同的程序而來(lái)的，下面就以上面的數(shù)據(jù)為例來(lái)介紹那幾個(gè)變量的計(jì)算。

在ADS的Debug Settings中有一欄是Linker/ARM Linker，在output選項(xiàng)中有一個(gè)RO base選項(xiàng)，下面應(yīng)該有一個(gè)地址，我這里是0x0c100000，后面的RW base 地址是0x0c200000，然后在Options選項(xiàng)中有Image entry point ，是一個(gè)初始程序的入口地址，我這里是0x0c100000 。

Linker/ARM Linker：RO base—0x0c100000 RW base—0x0c200000

Options：Image entry point—0x0c100000

有了上面這些信息我們就可以完全知道這幾個(gè)變量是怎么來(lái)的了：

|Image$$RO$$Base| = Image entry point = 0x0c100000 ;表示程序代碼存放的起始地址

|Image$$RO$$Limit|=程序代碼起始地址+代碼長(zhǎng)度+1=0x0c100000+Tatal RO size+1

= 0x0c100000 + 184571 + 1 = 0x0c100000 +0x2D0FB + 1

= 0x0c12d0fc

|Image$$RW$$Base| = 0x0c200000 ;由RW base 地址指定

|Image$$RW$$Limit| =|Image$$RW$$Base|+ RW Data 53 = 0x0c200000+0x37（4的倍數(shù),0到55，共56個(gè)單元）

=0x0c200037

|Image$$ZI$$Base| = |Image$$RW$$Limit| + 1 =0x0c200038

|Image$$ZI$$Limit| = |Image$$ZI$$Base| + ZI Data 17028

=0x0c200038 + 0x4284

=0x0c2042bc

也可以由此計(jì)算：

|Image$$ZI$$Limit| = |Image$$RW$$Base| +TatalRWsize(RWData+ZIData) 17081

=0x0c200000+0x42b9+3（要滿足4的倍數(shù)）

=0x0c2042bc

2410啟動(dòng)代碼注釋

adr r0, ResetEntry;ResetEntry是復(fù)位運(yùn)行時(shí)域的起始地址，在boot nand中一般是0
ldr r2, BaseOfROM;
cmp r0, r2
ldreq r0, TopOfROM;TopOfROM=0x30001de0，代碼段地址的結(jié)束
beq InitRam
ldr r3, TopOfROM

;part 1，通過(guò)比較，將ro搬到sdram里，搬到的目的地址從 | Image$$RO$$Base| 開(kāi)始，到|Image$$RO$$Limit|結(jié)束

0
ldmia r0!, {r4-r7}
stmia r2!, {r4-r7}
cmp r2, r3
bcc %B0;

;part 2，搬rw段到sdram，目的地址從|Image$$RW$$Base| 開(kāi)始，到|Image$$ZI$$Base|結(jié)束
sub r2, r2, r3;r2=0
sub r0, r0, r2;
InitRam ;carry rw to baseofBSS
ldr r2, BaseOfBSS ;TopOfROM=0x30001de0,baseofrw
ldr r3, BaseOfZero ;BaseOfZero=0x30001de0
0
cmp r2, r3
ldrcc r1, [r0], #4
strcc r1, [r2], #4
bcc %B0

;part 3，將sdram zi初始化為0，地址從|Image$$ZI$$Base|到|Image$$ZI$$Limit|
mov r0, #0;init 0
ldr r3, EndOfBSS;EndOfBSS=30001e40
1
cmp r2, r3
strcc r0, [r2], #4
bcc %B1

一個(gè)Scatter文件描述的地址映射關(guān)系實(shí)例：

帳號(hào)		自動(dòng)登錄	找回密碼
密碼			立即注冊(cè)