对ARM加载域和运行域的理解

长平狐 发布于 2013/06/03 14:56
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        一般而言,一个程序包括只读的代码段和可读写的数据段。在ARM的集成开发环境中,只读的代码段和常量被称作RO段(ReadOnly);可读写的全局变量和静态变量被称作RW段(ReadWrite);RW段中要被初始化为零的变量被称为ZI段(ZeroInit)。对于嵌入式系统而言,程序映象都是存储在Flash存储器等一些非易失性器件中的,而在运行时,程序中的RW段必须重新装载到可读写的RAM中。这就涉及到程序的加载时域和运行时域。简单来说,程序的加载时域就是指程序烧入Flash中的状态,运行时域是指程序执行时的状态。对于比较简单的情况,可以在ADS集成开发环境的ARM LINKER选项中指定RO BASE和RW BASE,告知连接器RO和RW的连接基地址。对于复杂情况,如RO段被分成几部分并映射到存储空间的多个地方时,需要创建一个称为“分布装载描述文件”的文本文件,通知连接器把程序的某一部分连接在存储器的某个地址空间。需要指出的是,分布装载描述文件中的定义要按照系统重定向后的存储器分布情况进行。在引导程序完成初始化的任务后,应该把主程序转移到RAM中去运行,以加快系统的运行速度。


        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一般由域组成,域最多由三个输出段组成(RO,RW,ZI)组成,输出段又由输入段组成。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。我们输入的代码,一般有代码部分和数据部分,这就是所谓的输入段,经过编译后就变成了bin文件中RO段和RW段,还有所谓的ZI段,这就是输出段。对于加载域中的输出段,一般来说RO段后面紧跟着RW段,RW段后面紧跟着ZI段。在运行域中这些输出段并不连续,但RW和ZI一定是连着的。ZI段和RW段中的数据其实可以是RW属性。
| Image$$RO$$Base| |Image$$RO$$Limit| |Image$$RW$$Base| |Image$$ZI$$Base| |Image$$ZI$$Limit|这几个变量是编译器通知的,我们在 makefile文件中可以看到它们的值。它们指示了在运行域中各个输出段所处的地址空间,| Image$$RO$$Base| 就是ro段在运行域中的起始地址,|Image$$RO$$Limit| 是ro段在运行域中的截止地址,其它依次类推。我们可以在linker的output中指定,在 simple模式中,ro base对应的就是| Image$$RO$$Base|,RW Base 对应的是|Image$$RW$$Base|,由于rw和zi相连,|Image$$ZI$$Base| 就等于|Image$$RW$$limit|
。其它的值都是编译器自动计算出来的。
下面是2410启动代码的搬运部分,我给出注释:
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} ;将r0值作为地址处(ResetEntry)连续的4个32位数依次转入r4,r5,r6,r7;同时r0增加。
stmia r2!, {r4-r7};将r4,r5,r6,r7的值依次存入|Image$$RO$$Base|地址处;同时r2增加。
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 ;上面拷贝时每次拷贝4个双字(32位)大小,但是RO段大小不一定是4的整数倍,所以可能多拷贝了几个双字大小,r2-r3得到多拷贝的个数
sub r0, r0, r2 ;r0-(r2-r3)可以使r0指向在boot nand中RO的结束地址
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|到|Image$$ZI$$Limit|
mov r0, #0;init 0
ldr r3, EndOfBSS;EndOfBSS=30001e40
1
cmp r2, r3
strcc r0, [r2], #4
bcc %B1
至此三个输出段组成(RO,RW,ZI)拷贝和初始化结束。

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RO段、RW段和ZI段 --Image$$??$$Limit 含义

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,ROM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。

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。RO包含了  Code和RO Data两类数据。

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值的变量编译后是RW类型数据。


原文链接:http://blog.csdn.net/ce123/article/details/6588863
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