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2011-09-08 10:07:48

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
A
:因为中的指令和常量以及中初始化过的变量是不能像那样无中生有的。


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。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
Data Data 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

 

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

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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