初始化程序分析

1、ARM映象文件及執(zhí)行機(jī)理學(xué)習(xí)報(bào)告這幾天為了弄清楚系統(tǒng)是如何運(yùn)行相應(yīng)的可執(zhí)行程序可謂費(fèi)盡心機(jī)，整個(gè)五一假期都沒有休息，其中由于燒寫的軟件出了些問題，使得理解映象文件及執(zhí)行機(jī)理更加曲折，不過還好在自己的努力和論壇上兄弟的幫助下，終于還是成功了。作為進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要一步，我覺得這個(gè)過程是應(yīng)該寫下來的，既是為了自己的總結(jié)，也為了后來進(jìn)入的人可以少走些彎路。我的開發(fā)板配置如下：l ：芯片（核）l ：1片16×1M位數(shù)據(jù)寬度的FLASH，共2M 字節(jié)Flash（MX29LV160BTC），速度70/90ns；位模式。l 內(nèi)存：片4M ×16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM（HY57V65162

2、0B TC-10S）構(gòu)成，共16M 字節(jié)SDRAM。2片16位拼做32位使用，共用一個(gè)片選。l 簡易調(diào)試，兩個(gè)串口，一個(gè)以太網(wǎng)口從我個(gè)人的學(xué)習(xí)經(jīng)過認(rèn)為，初學(xué)者最難突破的應(yīng)該是以下三個(gè)方面。所以，本文基本上從這三個(gè)方面來闡述。l 映象文件（包括文件和文件）的生成和組成l 映象文件下在中的狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)（加載域和運(yùn)行時(shí)域）l 地址重映射本文基本圍繞附錄給出的那個(gè)串口發(fā)送程序而展開的。這個(gè)程序的初始化和地址重映射部分參考了的程序（：？），串口發(fā)送部分參考了的程序（那我自己寫了什么呢？J）。首先我們應(yīng)該建立這樣一種概念，對于一個(gè)裸機(jī)（里什么都沒有）來說，所有的細(xì)節(jié)都得自己設(shè)置，不要指望芯片或開發(fā)工

3、具可以為你做些什么！所以從第一條指令開始，你就必須負(fù)責(zé)所有的工作。對于，上電或復(fù)位后從開始執(zhí)行指令，而硬件上我們把接在了的處，所以就是從的處開始取指令，那么我們就必須保證一開始可以取到正確的指令。小插曲：我前幾天就是被我的下載程序害死了，由于下載程序的時(shí)序問題，開始的多個(gè)字節(jié)里不能正常燒寫，結(jié)果老是為，而我剛剛開始也不懂得映象文件的內(nèi)涵，結(jié)果以為文件就是可執(zhí)行文件，將其燒入，所以程序真正的第一條指令在開始，不能正確燒寫的部分正好是文件的頭，沒有影響到真正的指令。程序有時(shí)也可以執(zhí)行（因?yàn)橄喈?dāng)于空指令一樣，程序也可以執(zhí)行到真正的第一條指令），所以串口輸出的都是不對的亂碼或字母。一的映象文件初步認(rèn)識

4、和文件這里我先談?wù)劦挠诚笪募纯蓤?zhí)行文件）的概念。我們生成的的映象文件有格式和格式兩種，有時(shí)容易被二者混淆。其實(shí)文件是真正的可執(zhí)行文件，而文件是特有的調(diào)試文件，里面除了包含文件的內(nèi)容之外，還附加了許多其他調(diào)試信息。首先讓我們來看看和的區(qū)別，圖圖是用打開的文件和文件的頭部和尾部。這兩個(gè)文件都是用生成的（選中中的：和中的：這兩個(gè)選項(xiàng)，就可以同時(shí)生成相應(yīng)的和文件）。在生成這兩個(gè)映象文件時(shí)，請?jiān)O(shè)置的選項(xiàng)：設(shè)為，設(shè)為，作用將在本文后面解釋。圖是文件，其中反顯處才是真正的第一條指令，開始的個(gè)字節(jié)都是文件頭，而圖的文件從就是真正的第一條指令（所以為什么說文件才是真正的可執(zhí)行文件）。關(guān)鍵是從第一條指令開始的

5、二個(gè)文件的比較了，哦，竟然是完全相同的，一直到文件的尾部，見圖和圖。即文件就是文件的。不過，二者的相應(yīng)指令或數(shù)據(jù)的地址就不一樣了，先記住這一點(diǎn)伏筆。文件結(jié)束（圖反顯處），但文件還沒有結(jié)束（圖中反顯指示文件相應(yīng)結(jié)束部分），其后還有很多相關(guān)的調(diào)試信息，這些調(diào)試信息可以用在或的的調(diào)試中。由于我們的燒寫工具是原封不動(dòng)地將映象文件燒入中，所以，文件是不可以燒入的，否則的處就不是真正的第一條指令，而是頭部分。我們應(yīng)該將文件燒入，保證的處是第一條指令。我個(gè)人猜測，文件應(yīng)該可以通過“中的下載功能”下載到中運(yùn)行，在下載的過程中可能經(jīng)過相應(yīng)的內(nèi)部處理而導(dǎo)致真正燒入中的還是文件。到現(xiàn)在為止，我們只能感性認(rèn)識一下映象

6、文件：文件和文件的不同，也就是說，文件是文件的一部分，最精華的一部分，那么到底哪部分是最精華的呢？文件中包含了哪些內(nèi)容呢？指令和數(shù)據(jù)到底放在映象文件的什么地方呢？下面接著分析。圖中打開的文件二進(jìn)制形式（頭部部分）圖中打開的文件二進(jìn)制形式（頭部部分）圖中打開的文件二進(jìn)制形式（中間部分）圖中打開的文件二進(jìn)制形式（尾部部分）映象文件的內(nèi)容討論到映象文件的內(nèi)容，就應(yīng)該打開源程序并理解源程序的內(nèi)容了，這個(gè)程序比較簡單，我們這里講解的都是初級知識，給大家一個(gè)入門的啟示，復(fù)雜的以后可以再慢慢學(xué)。所以大家看到這篇文章不要老是想到復(fù)雜的情況，那樣本文有些闡述可能就不太對頭了：）首先我們可以先不看程序具體做了什么

7、，我們總應(yīng)該可以看出這個(gè)簡單程序分為兩個(gè)部分，一個(gè)是部分，即指令代碼部分；另一部分是部分，即數(shù)據(jù)部分。，（代碼部分），（數(shù)據(jù)部分），書上說，映象文件一般由域組成，域由最多三個(gè)輸出段（，）組成，輸出段又由輸入段組成。那么我們來看看生成的映象文件到底怎么符合書上的概念，又怎么和上面源程序的代碼和數(shù)據(jù)部分對應(yīng)起來的。先來看看圖吧，我覺得實(shí)物最可以給人以說服力。圖中打開的格式映象文件二進(jìn)制形式（大部分）大家看到了吧，藍(lán)色反顯的前部其實(shí)就是源程序?qū)?yīng)的指令代碼部分，反顯后對應(yīng)的就是源程序的數(shù)據(jù)部分。反顯處就是指令部分和數(shù)據(jù)部分的分界處。大家仔細(xì)看看，反顯開始的地方往后其實(shí)就是要從串口輸出的字符數(shù)據(jù)（由于

8、屏幕關(guān)系，沒有完全顯示出，大家可以自己用打開看看）；而從開始至處是程序中的指令編碼（編譯好的二進(jìn)制編碼）。所以，可以這么說，l 域：整個(gè)映象文件，也就是說這個(gè)簡單程序的映象文件只有一個(gè)域（加載域），其實(shí)大部分程序都是只有一個(gè)加載域l 輸出段：有兩個(gè)輸出段，和，沒有。這個(gè)我們從源程序和圖也可以看出。l 輸入段：兩個(gè)輸入段，即源程序的部分和部分。部分是，屬于輸出段，部分是，屬于輸出段。所以，域、輸出段和輸入段的關(guān)系如下圖：圖例子程序的域、輸出段和輸入段的關(guān)系在加載域中，直接跟在后面，那我們剛剛設(shè)置的連接選項(xiàng)：，有什么用呢？的確是從開始，可是卻從開始，和不同阿？到底這是怎么回事呢？二的映象文件的加載

9、域和運(yùn)行時(shí)域所有這些，都是“連接”和“系統(tǒng)存儲(chǔ)器多樣化”惹的禍！連接器一個(gè)很重要的工作就是要解析目標(biāo)文件中各種符號，也就是得到各符號的值。還是先來看看圖吧圖例子程序編譯連接的符號映射圖（一部分）這張圖是例子程序在中編譯連接后顯示出的符號映射的一部分（選中ARM學(xué)習(xí)報(bào)告001 杜云海 duyunhai 中選項(xiàng)卡的和即可），其中設(shè)置了，可以看到象，等符號的值都是相對于而定位的（在段中），而、和卻是相對于而定位的（在段中）。這些符號值是在映象文件開始運(yùn)行時(shí)才起作用。如果僅僅是放在中或僅僅運(yùn)行前面幾條初始化指令（加載域狀態(tài)），那么這些值還暫時(shí)不起作用，否則問題就麻煩了。所以真正運(yùn)行時(shí)，就必須保證這些值

10、是對的！于是引出了“數(shù)據(jù)移動(dòng)”。概念什么是加載域和運(yùn)行時(shí)域呢？我個(gè)人認(rèn)為用“域”這個(gè)詞實(shí)在很容易混淆。其實(shí)簡單明了的說，加載域就是最原始的文件，就是映象文件燒入時(shí)的狀態(tài)，如圖所示，跟在后面；而運(yùn)行時(shí)域就是經(jīng)過了改頭換面的映象文件，即由于運(yùn)行了相應(yīng)的初始化程序而把或拷貝到相應(yīng)的地方，這是映象文件已經(jīng)四分五裂成至多三個(gè)部分，圖示意例子程序映象文件的兩個(gè)不同狀態(tài)。當(dāng)然運(yùn)行時(shí)域也可以和加載域相同，就是不設(shè)置，那么運(yùn)行時(shí)不需要移動(dòng)，依然跟在后面。0x01200000 0x00200000 0x00a000000x000002280x00000000 0x00000000 加載域運(yùn)行時(shí)域圖例子程序加載域和

11、運(yùn)行時(shí)域比較示意圖在加載域狀態(tài)，地址是正確的，意味著指令可以正確執(zhí)行；但是不正確的（從圖可知），但是暫時(shí)的錯(cuò)誤不影響程序初始化，源程序的都暫時(shí)沒有用到，所以程序還是可以正確運(yùn)行，即使在處。程序終究是要用到的，那么怎么辦？其實(shí)只要來個(gè)“乾坤大挪移”就好了，在用到之前將移動(dòng)到正確的位置即可。完成了這個(gè)“挪移”過程。當(dāng)然移動(dòng)前進(jìn)行了地址重映射，不過，地址重映射和的數(shù)據(jù)移動(dòng)其實(shí)是兩回事！在的中（即例子程序的），在映射前，將的備份拷到中，然后將重映射為，非常巧，指令運(yùn)行不受任何影響！重映射后的地址為，此時(shí)主動(dòng)權(quán)已經(jīng)到中的手上了！然后再將移動(dòng)到相應(yīng)的位置。哪里才是相應(yīng)的正確位置呢？的數(shù)據(jù)移動(dòng)有一個(gè)概念很重

12、要：“加載域狀態(tài)”的映象文件中、和的所在地址都是臨時(shí)的，他們所在的真正位置（即連接時(shí)設(shè)置的地址值）都必須在程序初始化時(shí)由相應(yīng)程序，將他們ARM學(xué)習(xí)報(bào)告001 杜云海 duyunhai 移動(dòng)到相應(yīng)的地方。這個(gè)數(shù)據(jù)移動(dòng)過程由完成！源程序由個(gè)部分組成：主要是執(zhí)行的初始化和內(nèi)存重映射，相關(guān)資料可以參考文章（：？）。主要是通過串口發(fā)送幾行字符，這里主要解釋一下和。；￥這六個(gè)全局變量分別是輸出段運(yùn)行時(shí)起始地址，運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域界限，輸出段運(yùn)行時(shí)起始地址，運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域界限，輸出段運(yùn)行時(shí)起始地址，運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域界限。引入的這六個(gè)變量可說是在映象文件編譯連接中起到至關(guān)重要的作用，這里我們就不說得非常復(fù)雜了，就簡

13、單用例子程序來舉例說明?，F(xiàn)在再讓我們回頭看看前面編譯連接時(shí)中的及圖的另外一部分。如圖。圖編譯連接后的映射表一部分其中：l ￥l ￥l ￥l ￥l ￥（其實(shí)是不存在的）l ￥大家把這些地址再和圖的文件（映象文件）對照看看，有哪些相似之處嗎？的和和在中打開的映象文件一樣，也就是說和燒在中的一樣了?。ず停っ黠@不對，不過，仔細(xì)看看，除了地址不對外，其實(shí)相對值還是一樣的，也就是說，只要把中的移到￥所指示的位置即可。￥是的存儲(chǔ)地址界限，其實(shí)是中的開始地址（加載域狀態(tài)時(shí)），因?yàn)榧虞d域狀態(tài)時(shí)就是緊跟在后面！而￥是運(yùn)行時(shí)的開始地址，二者是不同的。中正是通過判斷￥和￥是否相等來決定程序運(yùn)行時(shí)是否需要“搬遷”，這個(gè)

14、例子中，二者是不等的，就是說，“程序運(yùn)行時(shí)”不應(yīng)該在中的這個(gè)位置的后面，那么初始化程序就必須在未使用前將移到正確的位置，例子程序中則將移到了處。從而使得編譯連接時(shí)和相關(guān)的標(biāo)號值都正確。，￥，￥，￥，；，一旦被移動(dòng)到處，那么圖中的、和等段的符號值都是正確的了！在生成加載域也就是映象文件（文件）時(shí)，是把緊接在后面，這并不是的實(shí)際地址，而僅僅是加載時(shí)，也就是燒寫到時(shí)的代碼和數(shù)據(jù)的臨時(shí)地址。而程序真正開始運(yùn)行起來時(shí)也就是運(yùn)行時(shí)域，一切情況又都發(fā)生了變化，該到什么地方的，就應(yīng)該去什么地方，所以應(yīng)該拷到處，以保證連接時(shí)的符號值都是正確的。三系統(tǒng)的地址重映射其實(shí)如果真正懂了上面兩個(gè)原理，那么理解地址重映射就

15、很容易了，雖然他們之間沒有什么聯(lián)系，但是，很多人不能理解地址重映射就是因?yàn)楹陀诚笪募木幾g連接地址搞得一團(tuán)糊！地址重映射就是通過系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理部件改變系統(tǒng)中各個(gè)存儲(chǔ)器的映射地址，在ARM學(xué)習(xí)報(bào)告001 杜云海 duyunhai 中，通過改變系統(tǒng)控制寄存器組來改變存儲(chǔ)器的映射地址。如果你對芯片的存儲(chǔ)管理部件還不是很熟的話，應(yīng)該先把芯片資料再看看。一般的開發(fā)板都是將連接到處，這樣上電復(fù)位時(shí)讀的第一條指令是的處的值。例子程序中程序在運(yùn)行時(shí)都沒有映射，在為了的的復(fù)制，特意初始化了和，具體設(shè)置如圖的加載域所示，為，從；為，從，其他系統(tǒng)控制寄存器則設(shè)置為（這個(gè)由設(shè)置）。；：；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，地址重映射先來看看例子程序：；，；，；，；，；，；ARM學(xué)習(xí)報(bào)告0