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分类: LINUX

2014-02-20 11:12:36

原文地址:ARM映像文件 作者:yjvijfhvk

 

 
ARM映像文件

什么是arm的映像文件

    arm映像文件其实就是可执行文件,包括binhex两种格式,可以直接烧到rom里执行。在axd调试过程中,我们调试的是axf文件,其实这也是一种映像文件,它只是在bin文件中加了一个文件头和一些调试信息。

    可以参考下面的pdf:ARM映像文件及执行机理

 

part1rar part3rar

 

映像文件的组成

ARM映像文件是一个层次性结构的文件,包括了域(region),输出段(output section)和输入段(input section)

所谓域,指的就是整个bin映像文件所处在的区域,它又分为加载域运行域

加载域就是映像文件被静态存放的工作区域,一般来说flash里的 整个bin文件所在的地址空间就是加载域,当然在程序一般都不会放在 flash里执行,一般都会搬到sdram里运行工作,它们在被搬到sdram里工作所处的地址空间就是运行域

ARM映像文件一开始总是存储在ROMFlash里面的,其RO部分既可以在ROMFlash里面执行,也可以转移到速度更快的RAM中执行;而RWZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去,其实RW包括ZI区域。

什么是RO段、RW段和ZI

一个ARM程序包含3部分:RORWZI

RO
就是ReadOnly程序中的指令和常量

RW
就是Read/Write程序中的已初始化变量

ZI
就是Zero Init程序中的未初始化的变量

Image
文件包含了RORW数据。
   
之所以Image文件不包含ZI数据,是因为ZI数据都是0,没必要包含,只要程序运行之前将ZI数据所在的区域一律清零即可。包含进去反而浪费存储空间。
Q
:为什么Image中必须包含RORW
A
:因为RO中的指令和常量以及RW中初始化过的变量是不能像ZI那样无中生有的。


ARM程序的执行过程
   
从以上两点可以知道,烧录到ROM中的image文件与实际运行时的ARM程序之间并不是完全一样的。因此就有必要了解ARM程序是如何从ROM中的image到达实际运行状态的。
实际上,RO中的指令至少应该有这样的功能:
1.
RWROM中搬到RAM中,因为RW是变量,变量不能存在ROM中。
2.
ZI所在的RAM区域全部清零,因为ZI区域并不在Image中,所以需要程序根据编译器给出的ZI地址及大小来将相应得RAM区域清零。ZI中也是变量,同理:变量不能存在ROM
   
在程序运行的最初阶段,RO中的指令完成了这两项工作后C程序才能正常访问变量。否则只能运行不含变量的代码。

为了更直观说明RO,RW,ZIC中的意思,请看下面例子:
1)RO
   
看下面两段程序,他们之间差了一条语句,这条语句就是声明一个字符常量。因此按照我们之前说的,他们之间应该只会在RO数据中相差一个字节(字符常量为1字节)。
Prog1

#include
void main(void)
{
;
}
Prog2

#include
const char a = 5

void main(void)
{
;
}

Prog1编译出来后的信息如下:
===========================================================
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编译出来后的信息如下:
===========================================================
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)
===========================================================
   
以上两个程序编译出来后的信息可以看出:
    Prog1
Prog2RO包含了CodeRO Data两类数据。他们的唯一区别就是Prog2RO DataProg1多了1个字节。这正和之前的推测一致。
如果增加的是一条指令而不是一个常量,则结果应该是Code数据大小有差别。

2)RW

同样再看两个程序,他们之间只相差一个已初始化的变量,按照之前所讲的,已初始化的变量应该是算在RW中的,所以两个程序之间应该是RW大小有区别。
Prog3

#include
void main(void)
{
;
}
Prog4

#include
char a = 5

void main(void)
{
;
}

Prog3编译出来后的信息如下:
===========================================================
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编译出来后的信息如下:
===========================================================
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Prog3Prog4之间确实只有RW Data之间相差了1个字节,这个字节正是被初始化过的一个字符型变量“a”所引起的。

3) ZI
   
再看两个程序,他们之间的差别是一个未初始化的变量“a”,从之前的了解中,应该可以推测,这两个程序之间应该只有ZI大小有差别。
Prog5

#include
void main(void)
{
;
}
Prog6

#include
char a

void main(void)
{
;
}

Prog5编译出来后的信息如下:
===========================================================
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编译出来后的信息如下:
===========================================================
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)
===========================================================
   
编译的结果完全符合推测,只有ZI数据相差了1个字节。这个字节正是未初始化的一个字符型变量“a”所引起的。
注意:如果一个变量被初始化为0,则该变量的处理方法与未初始化华变量一样放在ZI区域。

即:ARM C程序中,所有的未初始化变量都会被自动初始化为0
总结:
1)C
中的指令以及常量被编译后是RO类型数据。
2)C
中的未被初始化或初始化为0的变量编译后是ZI类型数据。
3) C
中的已被初始化成非0值的变量编译后市RW类型数据。
附:
程序的编译命令(假定C程序名为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
编译后的信息就在aa.map文件中。
ROM
主要指:NAND FlashNor Flash
RAM
主要指:PSRAMSDRAMSRAMDDRAM

 

启动代码中Image$$??$$Limit 的含义

对于刚学习ARM的人来说,如果分析它的启动代码,往往不明白下面几个变量的含义:|Image$$RO$$Limit||Image$$RW$$Base||Image$$ZI$$Base|

 

|Image$$RO$$Base| RO段起始地址
|Image$$RO$$Limit|
RO段结束地址加1
|Image$$RW$$Base|
RW段起始地址
|Image$$RW$$Limit|
ZI段结束地址加1
|Image$$ZI$$Base| 
ZI段起始地址
|Image$$ZI$$Limit| 
ZI段结束地址加1

 

首先申明我使用的调试软件为ADS1.2,当我们把程序编写好以后,就要进行编译和链接了,在ADS1.2中选择MAKE按钮,会出现一个Errors and Warnings 的对话框,在该栏中显示编译和链接的结果,如果没有错误,在文件的最后应该能看到Image component sizes,后面紧跟的依次是CodeRO Data RW Data ZI Data Debug 各个项目的字节数,最后会有他们的一个统计数据:

 

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)

 

后面的字节数是根据用户不同的程序而来的,下面就以上面的数据为例来介绍那几个变量的计算。

ADSDebug Settings中有一栏是Linker/ARM Linker,在output选项中有一个RO base选项,下面应该有一个地址,我这里是0x0c100000,后面的RW base 地址是0x0c200000,然后在Options选项中有Image entry point ,是一个初始程序的入口地址,我这里是0x0c100000

 

点击看大图

Linker/ARM LinkerRO base0x0c100000  RW base0x0c200000

 

 

OptionsImage entry point0x0c100000

 

有了上面这些信息我们就可以完全知道这几个变量是怎么来的了:

 

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

|Image$$RO$$Limit|=程序代码起始地址+代码长度+1=0x0c100000+Tatal RO size+1

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

= 0x0c12d0fc

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

|Image$$RW$$Limit| =|Image$$RW$$Base|+ RW Data 53 = 0x0c200000+0x374的倍数,055,共56个单元)

=0x0c200037

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

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

=0x0c200038 + 0x4284

=0x0c2042bc

也可以由此计算:

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

=0x0c200000+0x42b9+3(要满足4的倍数)

=0x0c2042bc

 

2410启动代码注释

BaseOfROM DCD |Image$$RO$$Base|
TopOfROM  DCD |Image$$RO$$Limit|
BaseOfBSS DCD |Image$$RW$$Base|
BaseOfZero DCD |Image$$ZI$$Base|
EndOfBSS DCD |Image$$ZI$$Limit|

 

adr r0, ResetEntry;ResetEntry是复位运行时域的起始地址,在boot nand中一般是0
ldr r2, BaseOfROM;
cmp r0, r2
ldreq r0, TopOfROM;TopOfROM=0x30001de0
,代码段地址的结束
beq InitRam
ldr r3, TopOfROM

 

;part 1,通过比较,将ro搬到sdram里,搬到的目的地址从 | Image$$RO$$Base| 开始,到|Image$$RO$$Limit|结束

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


;part 2,搬rw段到sdram,目的地址从|Image$$RW$$Base| 开始,到|Image$$ZI$$Base|结束
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,将sdram zi初始化为0,地址从|Image$$ZI$$Base||Image$$ZI$$Limit|
mov r0, #0;init 0
ldr r3, EndOfBSS;EndOfBSS=30001e40
1
cmp r2, r3
strcc r0, [r2], #4
bcc %B1

 

 

 

参考资料:

1)     RO段、RW段和ZI | Computer, Electron and Technology

http://www.donevii.com/post/638.html

2)     ARM映像文件简介及简单的初始化C运行环境 - 灿烂于草坪之上 - 博客大巴

http://kellycan.blogbus.com/logs/10962408.html

3)     Image$$??$$Limit 的含义_蓝色天空

http://hi.baidu.com/liudefang888/blog/item/6192fd45620ecc3b86947378.html

4)     2440启动代码注解 - guokun的个人空间 - ITPUB个人空间 - powered by X-Space

http://space.itpub.net/13771794/viewspace-483446

5)     ADS的基本设置 - 夏爵爷的脚步 - CSDN博客

http://blog.csdn.net/xtconan/archive/2009/05/26/4218106.aspx

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