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  • SoC嵌入式软件架构设计之五 :可执行程序的重构

              低端控制器对执行效率要求很高,成本敏感,因而SoC内置SRAM是紧缺资源。代码分块管理就是为了充分利用内存,提高内存的复用效率而提出的一种设计方法。代码分块管理不仅涉及到硬件,同样对操作系统和应用、驱动的设计都有要求,这些模块共同努力以使执行效率达到最高。

              本节讲述代码分块(Bank)管理思想下可执行文件的重构,即对程序编译后的可执行文件进行重新组织、打包,以在加载阶段获得最高的执行效率,减少内存占用。要使执行效率高,意味着可执行文件的格式尽可能简单,解析执行文件的流程简单,相应地,解析过程代码量少,即能够减少内存的占用。

              keil产生的Hex或者Bin,其实也是keil对axf调试文件进行抽取,重新打包生成。Hex和Bin可以通过烧写器下载到flash。GCC工具链会生成可执行格式ELF,也可以离线对ELF格式内容进行抽取,重新打包生产Hex格式,并烧写到flash中。本次讲述的是可执行文件存储在外存储设备(card,nand flash,硬盘)中,在运行前由操作系统将其加载到内存再执行这种情况。

              要对工具链生成的可执行文件(如ELF)进行重构,自然需要熟悉该执行文件的格式,如ELF,里面会包括文件头,SECTION节,符号段,代码段,数据段,还有调试信息等等。而程序的运行往往只需要其中较少的段信息。可执行文件就是要得到必要的段的信息和数据,将不必要的通通删除,并且根据代码分块管理的特点进行自定义格式的编制。这里不再对ELF等标准执行文件进行分析(以后可能另写文章),只描述重构后的目标格式,看看什么段信息和数据是操作系统必要要知道和获取的。

                1. 文件头

                1)格式标识符,如应用,驱动等

                2)版本号

                3)常驻代码段在文件中偏移

                4)常驻代码长度

                5)常驻代码段在内存中的起始地址

                6)常驻数据(.DATA)段在文件中偏移

                7)常驻数据(.DATA)长度

                8)常驻数据段(.DATA)在内存中的起始地址

                9).bss段长度

                10).bss段在内存中的起始地址

                11)程序入口地址ENTRY:第一行代码的地址,不是main哦,是运行时库的一行代码地址

                12)reserved,对齐到扇区或者1024字节。如果是驱动类型,则会增加两个字段:驱动入口地址和驱动退出地址。             

                 2. 代码块头

                 1)第一个Bank组的头,按顺序是第一个Bank的块信息、第二个Bank的块信息、。。。第N个Bank的块信息。一个Bank组最大含有N个Bank,不够的填0.

                 2)第二个Bank组的头,按顺序是第一个Bank的块信息、第二个Bank的块信息、。。。第N个Bank的块信息。一个Bank组最大含有N个Bank,不够的填0.

                 .....

                 有几个Bank组由文件头的格式标识符来判定,由架构师事先约定。

                 每个Bank块的块信息包括:bank块数据(代码和数据)在文件中的偏移,Bank长度,BAnk对应的内存地址。

     

        3.常驻代码段数据,对齐扇区

        4.常驻数据段数据,对齐扇区

        5.第一组Bank的数据,对齐扇区,只记录真实的Bank数据,一个Bank组不够N个bank时不需补0.

                  6. 第二组Bank的数据,对齐扇区,只记录真实的Bank数据,一个Bank组不够N个bank时不需补0.

                  7. 最后一个组的Bank数据。

     

             加载时解析该文件头,获得常驻代码段和数据段的信息,将两者加载到内存,对Bss段清0,然后读取到程序的ENTRY入口,跳到该地址执行即可,简单高效!

             Bank切换时,根据Bank组号和Bank号即快速定位到Bank的段信息地址,读出该Bank在文件中的偏移和Bank长度,进而读取并加载到复用的内存空间。    

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