RO,RW和ZI的理解

一直以來對於ARM體系中所描述的RO，RW和ZI資料存在似是而非的理解，這段時間對其仔細瞭解了一番，發現了一些規律，理解了一些以前書本上有的但是不理解的東西，我想應該有不少人也有和我同樣的困惑，因此將我的一些關於RO，RW和ZI的理解寫出來，希望能對大家有所協助。

要瞭解RO，RW和ZI需要首先瞭解以下知識：
ARM程式的組成：
此處所說的“ARM程式”是指在ARM系統中正在執行的程式，而非儲存在ROM中的bin映像（image）檔案，這一點清注意區別。
一個ARM程式包含3部分：RO，RW和ZI
RO是程式中的指令和常量
RW是程式中的已初始設定變數
ZI是程式中的未初始化的變數
由以上3點說明可以理解為：
RO就是readonly，
RW就是read/write，
ZI就是zero
ARM映像檔案的組成：
所謂ARM映像檔案就是指燒錄到ROM中的bin檔案，也成為image檔案。以下用Image檔案來稱呼它。
Image檔案包含了RO和RW資料。 之所以Image檔案不包含ZI資料，是因為ZI資料都是0，沒必要包含，只要程式運行之前將ZI資料所在的   地區一律清零即可。包含進去反而浪費儲存空間。

Q：為什麼Image中必須包含RO和RW？
A：因為RO中的指令和常量以及RW中初始化過的變數是不能像ZI那樣“無中生有”的。

ARM程式的執行過程：
從以上兩點可以知道，燒錄到ROM中的image檔案與實際運行時的ARM程式之間並不是完全一樣的。因此就有必要瞭解ARM程式是如何從
ROM中的image到達實際運行狀態的。
實際上，RO中的指令至少應該有這樣的功能：
1. 將RW從ROM中搬到RAM中，因為RW是變數，變數不能存在ROM中。
2. 將ZI所在的RAM地區全部清零，因為ZI地區並不在Image中，所以需要程式根據編譯器給出的ZI地址及大小來將相應得RAM地區清零。ZI  中也是變數，同理：變數不能存在ROM中
在程式啟動並執行最初階段，RO中的指令完成了這兩項工作後C程式才能正常訪問變數。否則只能運行不含變數的代碼。

說了上面的可能還是有些迷糊，RO，RW和ZI到底是什麼，下面我將給出幾個例子，最直觀的來說明RO，RW，ZI在C中是什麼意思。
1： RO
看下面兩段程式，他們之間差了一條語句，這條語句就是聲明一個字元常量。因此按照我們之前說的，他們之間應該只會在RO資料中相差一個  位元組（字元常量為1位元組）。
Prog1：
#include
void main(void)
{
;
}
Prog2：
#include
const char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog1編譯出來後的資訊如下：
================================================================================
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編譯出來後的資訊如下：
================================================================================
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)
================================================================================
以上兩個程式編譯出來後的資訊可以看出：
Prog1和Prog2的RO包含了Code和RO Data兩類資料。他們的唯一區別就是Prog2的RO Data比Prog1多了1個位元組。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，則結果應該是Code資料大小有差別。
2： RW
同樣再看兩個程式，他們之間只相差一個“已初始化的變數”，按照之前所講的，已初始化的變數應該是算在RW中的，所以兩個程式之間應該   是RW大小有區別。
Prog3：
#include
void main(void)
{
;
}
Prog4：
#include
char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog3編譯出來後的資訊如下：
================================================================================
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編譯出來後的資訊如下：
================================================================================
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之間確實只有RW Data之間相差了1個位元組，這個位元組正是被初始化過的一個字元型變數“a”所引起的。
3： ZI
再看兩個程式，他們之間的差別是一個未初始化的變數“a”，從之前的瞭解中，應該可以推測，這兩個程式之間應該只有ZI大小有差別。
Prog3：
#include
void main(void)
{
;
}
Prog4：
#include
char a；
void main(void)
{
;
}
Prog3編譯出來後的資訊如下：
================================================================================
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編譯出來後的資訊如下：
================================================================================
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)
================================================================================
編譯的結果完全符合推測，只有ZI資料相差了1個位元組。這個位元組正是未初始化的一個字元型變數“a”所引起的。
注意：如果一個變數被初始化為0，則該變數的處理方法與未初始化華變數一樣放在ZI地區。
即：ARM C程式中，所有的未初始設定變數都會被自動初始化為0。
總結：
1： C中的指令以及常量被編譯後是RO類型資料。
2： C中的未被初始化或初始化為0的變數編譯後是ZI類型資料。
3： C中的已被初始化成非0值的變數編譯後是RW類型資料。
附：
程式的編譯命令（假定C程式名為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
編譯後的資訊就在aa.map檔案中。
ROM主要指：NAND Flash，Nor Flash
RAM主要指：PSRAM，SDRAM，SRAM，DDRAM

Image$$??$$Limit 的含義

對於剛學習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數的含義：|Image$$RO$$Limit|、|Image$$RW$$Base|、

|Image$$ZI$$Base|。

首先申明我使用的調試軟體為ADS1.2，當我們把程式編寫好以後，就要進行編譯和連結了，在ADS1.2中選擇MAKE按鈕，會出現一個

Errors and Warnings 的對話方塊，在該欄中顯示編譯和連結的結果，如果沒有錯誤，在檔案的最後應該能看到Image component

sizes，後面緊跟的依次是Code，RO Data ，RW Data ，ZI Data ，Debug 各個項目的位元組數，最後會有他們的一個統計資料：

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)

後面的位元組數是根據使用者不同的程式而來的，下面就以上面的資料為例來介紹那幾個變數的計算。

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，下面應該有一個地址，我這裡是

0x0c100000，後面的RW base 地址是0x0c200000，然後在Options選項中有Image entry point ，是一個初始程式的入口地址，我

這裡是0x0c100000 。

有了上面這些資訊我們就可以完全知道這幾個變數是怎麼來的了：

|Image$$RO$$Base| = Image entry point = 0x0c100000 ;表示程式碼存放的起始地址

|Image$$RO$$Limit|=程式碼起始地址+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,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）

=0x0c2042bc

注意：Scatter file (分散載入描述檔案)用於armlink的輸入參數，它指定映像檔案內部各地區的download與運行時位置。Armlink將會

根據scatter file產生一些地區相關的符號，他們是全域的供使用者建立運行時環境時使用。（注意：當使用了scatter file 時將

不會產生以下符號 Image$$RW$$Base, Image$$RW$$Limit, Image$$RO$$Base, Image$$RO$$Limit, Image$$ZI$$Base, and

Image$$ZI$$Limit）

一般而言，一個程式包括唯讀程式碼片段和可讀寫的資料區段。在ARM的整合式開發環境中，唯讀程式碼片段和常量被稱作RO段(ReadOnly)；可讀寫的全域變數和靜態變數被稱作RW段(ReadWrite)；RW段中要被初始化為零的變數被稱為ZI段(ZeroInit)。對於嵌入式系統而言，程式映象都是儲存在Flash儲存空間等一些非易失性器件中的，而在運行時，程式中的RW段必須重新裝載到可讀寫的RAM中。這就涉及到程式的載入時域和運行時域。簡單來說，程式的載入時域就是指程式燒入Flash中的狀態，運行時域是指程式執行時的狀態。對於比較簡單的情況，可以在ADS整合式開發環境的ARM LINKER選項中指定RO BASE和RW BASE，告知連接器RO和RW的串連基地址。對於複雜情況，如RO段被分成幾部分並映射到儲存空間的多個地方時，需要建立一個稱為“分布裝載描述檔案”的文字檔，通知連接器把程式的某一部分串連在儲存空間的某個地址空間。需要指出的是，分布裝載描述檔案中的定義要按照系統重新導向後的儲存空間分布情況進行。在引導程式完成初始化的任務後，應該把主程式轉移到RAM中去運行，以加快系統的運行速度。
什麼是arm的映像檔案，arm映像檔案其實就是可執行檔，包括bin或hex兩種格式，可以直接燒到rom裡執行。在axd調試過程中，我們調試的是axf檔案，其實這也是一種映像檔案，它只是在bin檔案中加了一個檔案頭和一些調試資訊。映像檔案一般由域組成，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映像檔案所處在的地區，它又分為載入域和運行域。載入域就是映像檔案被靜態存放的工作區域，一般來說flash裡的 整個bin檔案所在的地址空間就是載入域，當然在程式一般都不會放在 flash裡執行，一般都會搬到sdram裡運行工作，它們在被搬到sdram裡工作所處的地址空間就是運行域。我們輸入的代碼，一般有代碼部分和資料部分，這就是所謂的輸入段，經過編譯後就變成了bin檔案中ro段和rw段，還有所謂的zi段，這就是輸出段。對於載入域中的輸出段，一般來說ro段後面緊跟著rw段，rw段後面緊跟著zi段。在運行域中這些輸出段並不連續，但rw和zi一定是連著的。zi段和rw段中的資料其實可以是rw屬性。
| Image$$RO$$Base| |Image$$RO$$Limit| |Image$$RW$$Base| |Image$$ZI$$Base| |Image$$ZI$$Limit|這幾個變數是編譯器通知的，我們在 makefile檔案中可以看到它們的值。它們指示了在運行域中各個輸出段所處的地址空間| Image$$RO$$Base| 就是ro段在運行域中的起始地址，|Image$$RO$$Limit| 是ro段在運行域中的截止地址。其它依次類推。我們可以在linker的output中指定，在 simple模式中，ro base對應的就是| Image$$RO$$Base|，rw base 對應的是|Image$$RW$$Base|，由於rw和zi相連，|Image$$ZI$$Base| 就等於|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是複位運行時域的起始地址，在boot nand中一般是0
ldr r2, BaseOfROM ;
cmp r0, r2
ldreq r0, TopOfROM ;TopOfROM=0x30001de0，程式碼片段地址的結束
beq InitRam
ldr r3, TopOfROM
；part 1，通過比較，將ro搬到sdram裡，搬到的目的地址從 | Image$$RO$$Base| 開始，到|Image$$RO$$Limit|結束

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