ARM9学习2-ARM镜像文件和Scatter文件

2019-11-08来源: 51hei关键字:ARM9  ARM镜像文件  Scatter文件

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bin或hex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。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,它又分为加载域和运行域。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ROM/Flash里面的,其RO部分既可以在ROM/Flash里面执行,也可以转移到速度更快的RAM中执行;而RW和ZI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段一个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,程序中的已初始化变量

ZI就是Zero Init,程序中的未初始化的变量

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。

为了更直观说明RO,RW,ZI在C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。
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 Flash,Nor Flash
RAM主要指:PSRAM,SDRAM,SRAM,DDRAM

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Code,RO 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。

在ADS的Debug 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 Linker:RO base—0x0c100000  RW base—0x0c200000

Options:Image entry point—0x0c100000

有了上面这些信息我们就可以

[1] [2]
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