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            ARM系列之RO、RW、ZI的分布及說明

            作者: 時間:2016-11-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            RO段、RW段和ZI

            要了解RO,RW和ZI需要首先了解以下知識:
            ARM程序的組成
            此處所說的“ARM程序”是指在ARM系統(tǒng)中正在執(zhí)行的程序,而非保存在ROM中的bin映像(image)文件,這一點(diǎn)清注意區(qū)別。
            一個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變量;ZI是程序中的未初始化的變量.
            由以上3點(diǎn)說明可以理解為:RO就是readonly,RW就是read/write,ZI就是zero

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201611/316998.htm


            ARM映像文件的組成
            所謂ARM映像文件就是指燒錄到ROM中的bin文件,也稱為image文件。以下用Image文件來稱呼它。
            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)閆I數(shù)據(jù)都是0,沒必要包含,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)存儲空間。
            Q:為什么Image中必須包含RO和RW?
            A:因?yàn)镽O中的指令和常量以及RW中初始化過的變量是不能像ZI那樣“無中生有”的。



            ARM程序的執(zhí)行過程
            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)镽W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)閆I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工作后C程序才能正常訪問變量。否則只能運(yùn)行不含變量的代碼。



            說了上面的可能還是有些迷糊,RO,RW和ZI到底是什么,下面我將給出幾個例子,最直觀的來說明RO,RW,ZI在C中是什么意思。
            1、RO
            看下面兩段程序,他們之間差了一條語句,這條語句就是聲明一個字符常量。因此按照我們之前說的,他們之間應(yīng)該只會在RO數(shù)據(jù)中相差一個字節(jié)(字符常量為1字節(jié))。
            Prog1:
            #include
            void main(void)
            {
            ;
            }
            Prog2:
            #include
            const char a = 5;
            void main(void)
            {
            ;
            }
            Prog1編譯出來后的信息如下:
            =================================================
            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)
            =================================================
            以上兩個程序編譯出來后的信息可以看出:
            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個字節(jié)。這正和之前的推測一致。
            如果增加的是一條指令而不是一個常量,則結(jié)果應(yīng)該是Code數(shù)據(jù)大小有差別。



            2、RW
            同樣再看兩個程序,他們之間只相差一個“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,所以兩個程序之間應(yīng)該是RW大小有區(qū)別。
            Prog3:
            #include
            void main(void)
            {
            ;
            }
            Prog4:
            #include
            char a = 5;
            void main(void)
            {
            ;
            }
            Prog3編譯出來后的信息如下:
            ==================================================
            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個字節(jié),這個字節(jié)正是被初始化過的一個字符型變量“a”所引起的。



            3、ZI
            再看兩個程序,他們之間的差別是一個未初始化的變量“a”,從之前的了解中,應(yīng)該可以推測,這兩個程序之間應(yīng)該只有ZI大小有差別。
            Prog3:
            #include
            void main(void)
            {
            ;
            }
            Prog4:
            #include
            char a;
            void main(void)
            {
            ;
            }
            Prog3編譯出來后的信息如下:
            ====================================================
            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,只有ZI數(shù)據(jù)相差了1個字節(jié)。這個字節(jié)正是未初始化的一個字符型變量“a”所引起的。
            注意:如果一個變量被初始化為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被自動初始化為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




            ------------------------------------------0------------------------------------


            Image$$??$$Limit 的含義

            對于剛學(xué)習(xí)ARM的人來說,如果分析它的啟動代碼,往往不明白下面幾個變量的含義:|Image$$RO$$Limit|、|Image$$RW$$Base|、|Image$$ZI$$Base|。

            使用的調(diào)試軟件為ADS1.2,當(dāng)我們把程序編寫好以后,就要進(jìn)行編譯和鏈接了,在ADS1.2中選擇MAKE按鈕,會出現(xiàn)一個Errors and Warnings 的對話框,在該欄中顯示編譯和鏈接的結(jié)果,如果沒有錯誤,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 各個項目的字節(jié)數(shù),最后會有他們的一個統(tǒng)計數(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的,下面就以上面的數(shù)據(jù)為例來介紹那幾個變量的計算。

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

            有了上面這些信息我們就可以完全知道這幾個變量是怎么來的了:
            |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

            也可以由此計算:
            |Image$$ZI$$Limit| = |Image$$RW$$Base| +TatalRWsize(RWData+ZIData) 17081
            =0x0c200000+0x42b9+3(要滿足4的倍數(shù))
            =0x0c2042bc




            加點(diǎn)自己的補(bǔ)充:


            RO 是code +RO Data ,RO data應(yīng)該是const聲明的常量


            下載到固件中的代碼包括RO和RW,ZI主要被malloc 函數(shù)用到,還有這些概念和堆棧的聯(lián)系,malloc聲明的變量在heap(堆)中,stack(棧)是用來存放臨時變量的。




            -----------------------------------------------------




            一般而言,一個程序包括只讀的代碼段和可讀寫的數(shù)據(jù)段。在ARM的集成開發(fā)環(huán)境中,只讀的代碼段和常量被稱作RO段(ReadOnly);可讀寫的全局變量和靜態(tài)變量被稱作RW段(ReadWrite);RW段中要被初始化為零的變量被稱為ZI段(ZeroInit)。對于嵌入式系統(tǒng)而言,程序映象都是存儲在Flash存儲器等一些非易失性器件中的,而在運(yùn)行時,程序中的RW段必須重新裝載到可讀寫的RAM中。這就涉及到程序的加載時域和運(yùn)行時域。簡單來說,程序的加載時域就是指程序燒入Flash中的狀態(tài),運(yùn)行時域是指程序執(zhí)行時的狀態(tài)。對于比較簡單的情況,可以在ADS集成開發(fā)環(huán)境的ARM LINKER選項中指定RO BASE和RW BASE,告知連接器RO和RW的連接基地址。對于復(fù)雜情況,如RO段被分成幾部分并映射到存儲空間的多個地方時,需要創(chuàng)建一個稱為“分布裝載描述文件”的文本文件,通知連接器把程序的某一部分連接在存儲器的某個地址空間。需要指出的是,分布裝載描述文件中的定義要按照系統(tǒng)重定向后的存儲器分布情況進(jìn)行。在引導(dǎo)程序完成初始化的任務(wù)后,應(yīng)該把主程序轉(zhuǎn)移到RAM中去運(yùn)行,以加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。



            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文件中加了一個文件頭和一些調(diào)試信息。映像文件一般由域組成,域最多由三個輸出段組成(RO,RW,ZI)組成,輸出段又由輸入段組成。所謂域,指的就是整個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,一般來說flash里的 整個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放在 flash里執(zhí)行,一般都會搬到sdram里運(yùn)行工作,它們在被搬到sdram里工作所處的地址空間就是運(yùn)行域。


            我們輸入的代碼,一般有代碼部分和數(shù)據(jù)部分,這就是所謂的輸入段,經(jīng)過編譯后就變成了bin文件中ro段和rw段,還有所謂的zi段,這就是輸出段。對于加載域中的輸出段,一般來說ro段后面緊跟著rw段,rw段后面緊跟著zi段。在運(yùn)行域中這些輸出段并不連續(xù),但rw和zi一定是連著的。zi段和rw段中的數(shù)據(jù)其實(shí)可以是rw屬性。



            | Image$$RO$$Base| |Image$$RO$$Limit| |Image$$RW$$Base| |Image$$ZI$$Base| |Image$$ZI$$Limit|這幾個變量是編譯器通知的,我們在 makefile文件中可以看到它們的值。它們指示了在運(yùn)行域中各個輸出段所處的地址空間。| Image$$RO$$Base| 就是ro段在運(yùn)行域中的起始地址,|Image$$RO$$Limit| 是ro段在運(yùn)行域中的截止地址。其它依次類推。我們可以在linker的output中指定,在 simple模式中,ro base對應(yīng)的就是| Image$$RO$$Base|,rw base 對應(yīng)的是|Image$$RW$$Base|,由于rw和zi相連,|Image$$ZI$$Base| 就等于|Image$$ZI$$limit| .其它的值都是編譯器自動計算出來的。



            下面是2410啟動代碼的搬運(yùn)部分,我給出注釋
            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是復(fù)位運(yùn)行時域的起始地址,在bootnand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,通過比較,將ro搬到sdram里,搬到的目的地址從 | Image$$RO$$Base| 開始,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 概述

            Scatter file (分散加載描述文件)用于armlink的輸入?yún)?shù),他指定映像文件內(nèi)部各區(qū)域的download與運(yùn)行時位置。Armlink將會根據(jù)scatter file生成一些區(qū)域相關(guān)的符號,他們是全局的供用戶建立運(yùn)行時環(huán)境時使用。(注意:當(dāng)使用了scatter file 時將不會生成以下符號 Image$$RW$$Base, Image$$RW$$Limit, Image$$RO$$Base, Image$$RO$$Limit, Image$$ZI$$Base, and Image$$ZI$$Limit)

            二 什么時候使用scatter file

            當(dāng)然首要的條件是你在利用ADS進(jìn)行項目開發(fā),下面我們看看更具體的一些情況。
            1存在復(fù)雜的地址映射:例如代碼和數(shù)據(jù)需要分開放在在多個區(qū)域。
            2存在多種存儲器類型:例如包含 Flash,ROM,SDRAM,快速SRAM。我們根據(jù)代碼與數(shù)據(jù)的特性把他們放在不同的存儲器中,比如中斷處理部分放在快速SRAM內(nèi)部來提高響應(yīng)速度,而把不常用到的代碼放到速度比較慢的Flash內(nèi)。
            3函數(shù)的地址固定定位:可以利用Scatter file實(shí)現(xiàn)把某個函數(shù)放在固定地址,而不管其應(yīng)用程序是否已經(jīng)改變或重新編譯。
            4利用符號確定堆與堆棧:
            5內(nèi)存映射的IO:采用scatter file可以實(shí)現(xiàn)把某個數(shù)據(jù)段放在精確的地指處。
            因此對于嵌入式系統(tǒng)來說scatter file是必不可少的,因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)采用了ROM,RAM,和內(nèi)存映射的IO。



            關(guān)鍵詞: ARM系列RORWZ

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