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SmartARM2200启动文件分析

发布时间:2020-08-20 发布时间:
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先看图如下:这是arm的启动过程。

先对启动前的硬件描述一下,这样在分析startup.s的时候就轻松多了。我使用的是smartarm2200开发板,其中CPU芯片使用的LPC2210,没有内部flash(周公太抠门了)。因此说到设置也就是两点:

一,BOOT[1:0]的设置。决定是从内部Memory还是外部Memory启动。面对抠门的周公,咱只能从外部存储器启动了。无奈啊!这也就引发了第二个扩展存储器的设置。

二,bank0、bank1的设置。要是用于调试的话就把ram设成bank0,可以在ram启动,这样可以很容易进行存储器重映射。要是烧flash的话就把flash设成bank0。

因此,我们在流程图中的路线是始终在最右边走。哦,原来是从0x80000000启动啊!

接下来就开始进入代码了!首先看下图是整体几个文件的关系图。

刚才看到运行首地址是0x80000000,那么怎么安排我们的flash或者ram?记得在单片机中经常实用org 0x800方式就能搞定,我们在ads中也可以设置RO、RW、ZI和入口点地址一额可以办到。但这只能应用一些很简单的情况,现在面临的要复杂一点,因而“分散加载方式”闪亮登场。这里不妨总结一下ARM链接方式:

(1)simple方式:(三点设置)分别是,Output下:RO(代码基址) RW(数据基址包括ZI)。Layout下:Object/Symble填入startup.o Section填入start(根据实际情况定)Option下:Image Entry Pointer填入地址。

(2)scattered方式:(也要三步)分别是,编写.scf文件;在output下填入该文件;Option下填入入口地址。

下面分析.scf文件,以mem_b.scf为例。

/************** mem_b.scf文件 *************/

ROM_LOAD 0x80000000//名 地址 范围限制(本例子缺省)
{
ROM_EXEC 0x80000000//片外存储器 地址 范围大小(本例缺省)
{
Startup.o (vectors, +First) //startup文件中vector段放于开头
* (+RO) //其他模块的代码与只读数据放于此
}
IRAM 0x40000000 //片内RAM 地址 范围大小(缺省)
{
Startup.o (MyStacks) //startup文件中MyStacks段放于开头
}

STACKS_BOTTOM +0 UNINIT //栈底 地址 不用初始化 范围大小限制(缺省)
{
Startup.o (StackBottom) //startup文件中MyStackBottom段放于开头
}

STACKS 0x40004000 UNINIT
{
Startup.o (Stacks)
}

ERAM 0x80040000
{
* (+RW,+ZI) //所有的RW与ZI数据置于此,也就是未初始化和初始化的全局变量
}

HEAP +0 UNINIT
{
Startup.o (Heap)
}

HEAP_BOTTOM 0x80080000 UNINIT
{
Startup.o (HeapTop)
}

}

可以用文件的方式观察内存的实际格局,在ARM Linker的Listings选项卡下,选中Image Map复选框。这样编译的时候就会显示内存格局了。

Memory Map of the image

Image Entry point : 0x80000000

Load Region ROM_LOAD (Base: 0x80000000, Size: 0x000005b4, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)

Execution Region ROM_EXEC (Base: 0x80000000, Size: 0x000005b4, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x80000000 0x00000110 Code RO 1 * vectors Startup.o
0x80000110 0x000000a8 Code RO 53 * !!! __main.o(c_a__un.l)
0x800001b8 0x000000dc Code RO 10 .text target.o
0x80000294 0x00000078 Code RO 42 .text main.o
0x8000030c 0x00000008 Code RO 55 .text _no_redirect.o(c_a__un.l)
0x80000314 0x000000a4 Code RO 57 .text stkheap2.o(c_a__un.l)
0x800003b8 0x00000004 Code RO 59 .text use_no_semi.o(c_a__un.l)
0x800003bc 0x00000028 Code RO 61 .text kernel.o(c_a__un.l)
0x800003e4 0x0000000c Code RO 63 .text libspace.o(c_a__un.l)
0x800003f0 0x00000018 Code RO 66 .text exit.o(c_a__un.l)
0x80000408 0x000000fc Code RO 68 .text lib_init.o(c_a__un.l)
0x80000504 0x00000010 Code RO 72 .text rt_fp_status_addr.o(c_a__un.l)
0x80000514 0x00000014 Code RO 70 x$fpl$fpinit fpinit.o(f_a_p.l)
0x80000528 0x00000020 Data RO 43 .constdata main.o
0x80000548 0x00000054 Data RO 74 Region

Tableanon
obj.o
0x8000059c 0x00000018 Data RO 75 ZISection
Tableanon
obj.o
Execution Region IRAM (Base: 0x40000000, Size: 0x00000400, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x40000000 0x00000400 Zero RW 2 MyStacks Startup.o
Execution Region STACKS_BOTTOM (Base: 0x40000400, Size: 0x00000004, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE, UNINIT)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x40000400 0x00000004 Zero RW 4 StackBottom Startup.o
Execution Region STACKS (Base: 0x40004000, Size: 0x00000000, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE, UNINIT)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x40004000 0x00000000 Zero RW 6 Stacks Startup.o
Execution Region ERAM (Base: 0x80040000, Size: 0x00000060, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x80040000 0x00000060 Zero RW 64 .bss libspace.o(c_a__un.l)
Execution Region HEAP (Base: 0x80040060, Size: 0x00000004, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE, UNINIT)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x80040060 0x00000004 Zero RW 3 Heap Startup.o
Execution Region HEAP_BOTTOM (Base: 0x80080000, Size: 0x00000000, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE, UNINIT)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x80080000 0x00000000 Zero RW 5 HeapTop Startup.o

Load Region LR$$Debug (Base: 0x00000000, Size: 0x00000000, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)

Execution Region ER$$Debug (Base: 0x00000000, Size: 0x00000000, Max: 0xffffffff, ABSOLUTE)

Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object

0x00000000 0x00000010 Dbug RW 9 .debug_abbrev Startup.o
0x00000010 0x000003ec Dbug RW 19 .debug_abbrev target.o
0x00000000 0x0000014c Dbug RW 18 .debug_frame target.o
0x0000014c 0x00000058 Dbug RW 52 .debug_frame main.o
0x000001a4 0x0000003c Dbug RW 54 .debug_frame __main.o(c_a__un.l)
0x000001e0 0x0000004c Dbug RW 56 .debug_frame _no_redirect.o(c_a__un.l)
0x0000022c 0x00000094 Dbug RW 58 .debug_frame stkheap2.o(c_a__un.l)
0x000002c0 0x00000044 Dbug RW 60 .debug_frame use_no_semi.o(c_a__un.l)
0x00000304 0x00000058 Dbug RW 62 .debug_frame kernel.o(c_a__un.l)
0x0000035c 0x00000044 Dbug RW 65 .debug_frame libspace.o(c_a__un.l)
0x000003a0 0x0000004c Dbug RW 67 .debug_frame exit.o(c_a__un.l)
0x000003ec 0x0000007c Dbug RW 69 .debug_frame lib_init.o(c_a__un.l)
0x00000468 0x0000004c Dbug RW 71 .debug_frame fpinit.o(f_a_p.l)
0x000004b4 0x0000004c Dbug RW 73 .debug_frame rt_fp_status_addr.o(c_a__un.l)
0x00000000 0x00000074 Dbug RW 7 .debug_info Startup.o
0x00000074 0x0000007c Dbug RW 12 .debug_info target.o
0x000000f0 0x00000108 Dbug RW 35 .debug_info target.o
0x000001f8 0x000000e4 Dbug RW 31 .debug_info target.o
0x000002dc 0x00000540 Dbug RW 15 .debug_info target.o
0x0000081c 0x00000110 Dbug RW 27 .debug_info target.o
0x0000092c 0x00000090 Dbug RW 45 .debug_info main.o
0x000009bc 0x00000134 Dbug RW 49 .debug_info main.o
0x00000000 0x0000009c Dbug RW 8 .debug_line Startup.o
0x0000009c 0x000000b8 Dbug RW 11 .debug_line target.o
0x00000154 0x000000f8 Dbug RW 14 .debug_line target.o
0x0000024c 0x00000064 Dbug RW 26 .debug_line target.o
0x000002b0 0x00000050 Dbug RW 30 .debug_line target.o
0x00000300 0x00000050 Dbug RW 34 .debug_line target.o
0x00000350 0x00000078 Dbug RW 44 .debug_line main.o
0x000003c8 0x000000a4 Dbug RW 48 .debug_line main.o
0x00000000 0x000002c0 Dbug RW 17 .debug_loc target.o
0x000002c0 0x00000064 Dbug RW 51 .debug_loc main.o
0x00000000 0x00000190 Dbug RW 13 .debug_macinfo target.o
0x00000190 0x00000078 Dbug RW 29 .debug_macinfo target.o
0x00000208 0x0000004c Dbug RW 33 .debug_macinfo target.o
0x00000254 0x000001f0 Dbug RW 37 .debug_macinfo target.o
0x00000444 0x00000190 Dbug RW 47 .debug_macinfo main.o
0x00000000 0x00000128 Dbug RW 16 .debug_pubnames target.o
0x00000128 0x00000064 Dbug RW 28 .debug_pubnames target.o
0x0000018c 0x00000058 Dbug RW 32 .debug_pubnames target.o
0x000001e4 0x00000084 Dbug RW 36 .debug_pubnames target.o
0x00000268 0x00000020 Dbug RW 46 .debug_pubnames main.o
0x00000288 0x00000028 Dbug RW 50 .debug_pubnames main.o
================================================================================

Image component sizes
Code RO Data RW Data ZI Data Debug

612 140 0 1032 8356 Object Totals
708 0 0 96 860 Library Totals

================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug

1320 140 0 1128 9216 Grand Totals

================================================================================

Total RO Size(Code + RO Data) 1460 ( 1.43kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 1128 ( 1.10kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1460 ( 1.43kB)

================================================================================

****************************************************************************

一般的可执行程序都包括代码段、数据段。也可以简单的看作由两部分组成:RO段和RW段。RO段一般包括代码段和一些常量,在运行的时候是只读的。而RW段包括一些全局变量和静态变量,在运行的时候是可以改变的(读写)。如果有部分全局变量被初始化为零,则RW段里还包括了ZI段。
RO: Read Only 代码段
RW: Read Write 已初始化的全局变量
ZI: Zero Init 未初始化的全局变量

因为RO段是只读的,在运行的时候不可以改变,所以,在运行的时候,RO段可以驻留在Flash里(当然也可以在SDRAM或者SRAM里了)。而RW段是可以读写的,所以,在运行的时候必须被装载到SDRAM或者SRAM里。
在用ADS编译的时候,是需要设置RO BASE 和RW BASE的,用过ADS的应该都清楚这点。通过RO BASE 和RW BASE的设置,告诉链接器(linker)该程序的起始运行地址(RO BASE)和 RW段的地址 (RW BASE)。如果一个程序只有RO段,没有RW段,那么这个程序可以完全在Flash里运行,不需要用到SDRAM 或者 SRAM。如果包括RW段和RO段,那么该程序的RW段必须在被访问以前被拷贝到SDRAM 或者SRAM里去,以保证程序可以正确运行。下面这个图说明了一个程序执行前(load view)和执行时(execute view)的状态。从图中可以看到,整个程序在执行前始放在ROM里的,在执行的时候,RW段被拷贝到了RAM里的合适位置去。

程序一开始总是存储在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中去;而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化,就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。

不同的工具链会提供一些不同的机制和方法帮助用户完成这一步操作,主要是跟链接器(Linker)相关。下面是在ARM开发工具环境ADS下,一种常用存储器模型的直接实现:

LDR r0, = |Image

RO
Limit| ;得到RO段末的下一字节的地址 ,ROM中的RW的开始地址
LDR r1, = |Image
RW
Base| ;得到RAM中的RW段的初始地址
LDR r3, = |Image
ZI
Base| ;全局变量的初始地址
CMP r0, r1 ;
BEQ LOOP1
LOOP0
CMP r1, r3 ;是否到RAM中的RW段的末地址,如果没到,则一直将ROM(FLASH变 量与数据段拷贝到RAM中
LDRCC r2, [r0], #4;[R0]=[R1]
STRCC r2, [r1], #4 ;
BCC LOOP0
LOOP1
LDR r1, = |Image
ZI
Limit| ; LOOP1与LOOP2执行将ZI初始化为0
MOV r2, #0
LOOP2
CMP r3, r1
STRCC r2, [r3], #4 ;
BCC LOOP2

在ADS里,有一些预先定义了的变量可以用(linker defined symbol)。在下面的实现里,用到了几个预定义的变量:
Image

RO
Base 该变量指定了RO段的 BASE
Image
RO
Limit 该变量指定了RO段的 Limit
Image
RW
Base 该变量指定了RW段的 BASE
Image
RW
Limit 该变量指定了RW段的 Limit
Image
ZI
Base 该变量指定了ZI段的 BASE
Image
ZI
Limit 该变量指定了ZI段的 Limit
注:具体可以参考ADS Linker Guide
Image
RO
Limit 减 Image
RO
Base 等于RO段的大小
Image
RW
Limit 减 Image
RW
Base 等于RW段的大小
Image
ZI
Limit 减 Image
ZI
Base 等于ZI段的大小
(Image
RO
Limit 减 Image
RO
Base)
+ (Image
RW
Limit 减 Image
RW
Base)
= 等于整个程序的大小
注:ZI段始包括在RW段里面的。



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