RO段、RW段和ZI段

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Posted by gavinkwoe

一直以来对于ARM体系中所描述的RO，RW和ZI数据存在似是而非的理解，这段时间对其仔细了解了一番，发现了一些规律，理解了一些以前书本上有的但是不理解的东西，我想应该有不少人也有和我同样的困惑，因此将我的一些关于RO，RW和ZI的理解写出来，希望能对大家有所帮助。

要了解RO，RW和ZI需要首先了解以下知识：

ARM程序的组成

此处所说的“ARM程序”是指在ARM系统中正在执行的程序，而非保存在ROM中的bin映像（image）文件，这一点清注意区别。

一个ARM程序包含3部分：RO，RW和ZI

RO是程序中的指令和常量
RW是程序中的已初始化变量
ZI是程序中的未初始化的变量

由以上3点说明可以理解为：
RO就是readonly，
RW就是read/write，
ZI就是zero。

ARM映像文件的组成

所谓ARM映像文件就是指烧录到ROM中的bin文件，也成为image文件。以下用Image文件来称呼它。
Image文件包含了RO和RW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RO和RW？
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. 将RW从ROM中搬到RAM中，因为RW是变量，变量不能存在ROM中。
2. 将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中。

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。
说了上面的可能还是有些迷糊，RO，RW和ZI到底是什么，下面我将给出几个例子，最直观的来说明RO，RW，ZI在C中是什么意思。

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和Prog2的RO包含了Code和RO Data两类数据。他们的唯一区别就是Prog2的RO Data比Prog1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Prog3和Prog4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。

Prog3：
#include
void main(void)
{
;
}

Prog4：
#include
char a；
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 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 Flash，Nor Flash
RAM主要指：PSRAM，SDRAM，SRAM，DDRAM