SoC嵌入式軟體架構設計之五 ：可執行程式的重構

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          低端控制器對執行效率要求很高，成本敏感，因而SoC內建SRAM是緊缺資源。代碼分塊管理就是為了充分利用記憶體，提高記憶體的複用效率而提出的一種設計方法。代碼分塊管理不僅涉及到硬體，同樣對作業系統和應用、驅動的設計都有要求，這些模組共同努力以使執行效率達到最高。

          本節講述代碼分塊（Bank）管理思想下可執行檔的重構，即對程式編譯後的可執行檔進行重新組織、打包，以在載入階段獲得最高的執行效率，減少記憶體佔用。要使執行效率高，意味著可執行檔的格式儘可能簡單，解析執行檔案的流程簡單，相應地，解析過程代碼量少，即能夠減少記憶體的佔用。

          keil產生的Hex或者Bin，其實也是keil對axf調試檔案進行抽取，重新打包產生。Hex和Bin可以通過燒寫器下載到flash。GCC工具鏈會產生可執行格式ELF，也可以離線對ELF格式內容進行抽取，重新打包生產Hex格式，並燒寫到flash中。本次講述的是可執行檔儲存在外存放裝置（card，nand flash，硬碟）中，在運行前由作業系統將其載入到記憶體再執行這種情況。

          要對工具鏈產生的可執行檔（如ELF）進行重構，自然需要熟悉該執行檔案的格式，如ELF，裡面會包括檔案頭，SECTION節，符號段，程式碼片段，資料區段，還有調試資訊等等。而程式的運行往往只需要其中較少的段資訊。可執行檔就是要得到必要的段的資訊和資料，將不必要的通通刪除，並且根據代碼分塊管理的特點進行自訂格式的編製。這裡不再對ELF等標準執行檔案進行分析（以後可能另寫文章），只描述重構後的目標格式，看看什麼段資訊和資料是作業系統必要要知道和擷取的。

            1. 檔案頭

            1）格式標識符，如應用，驅動等

            2）版本號碼

            3）常駐程式碼片段在檔案中位移

            4）常駐代碼長度

            5）常駐程式碼片段在記憶體中的起始地址

            6）常駐資料(.DATA)段在檔案中位移

            7）常駐資料(.DATA)長度

            8）常駐資料區段(.DATA)在記憶體中的起始地址

            9）.bss段長度

            10）.bss段在記憶體中的起始地址

            11）程式入口地址ENTRY：第一行代碼的地址，不是main哦，是執行階段程式庫的一行代碼地址

            12）reserved，對齊到扇區或者1024位元組。如果是驅動類型，則會增加兩個欄位：驅動入口地址和驅動退出地址。             

             2. 代碼塊頭

             1）第一個Bank組的頭，按順序是第一個Bank的塊資訊、第二個Bank的塊資訊、。。。第N個Bank的塊資訊。一個Bank組最大含有N個Bank，不夠的填0.

             2）第二個Bank組的頭，按順序是第一個Bank的塊資訊、第二個Bank的塊資訊、。。。第N個Bank的塊資訊。一個Bank組最大含有N個Bank，不夠的填0.

             .....

             有幾個Bank組由檔案頭的格式標識符來判定，由架構師事先約定。

             每個Bank塊的塊資訊包括：bank塊資料（代碼和資料）在檔案中的位移，Bank長度，BAnk對應的記憶體位址。

 

　　　　３.常駐程式碼片段資料，對齊扇區

　　　　４.常駐資料區段資料，對齊扇區

　　　　５.第一組Bank的資料，對齊扇區，只記錄真實的Bank資料，一個Bank組不夠N個bank時不需補0.

              6. 第二組Bank的資料，對齊扇區，只記錄真實的Bank資料，一個Bank組不夠N個bank時不需補0.

              7. 最後一個組的Bank資料。

 

         載入時解析該檔案頭，獲得常駐程式碼片段和資料區段的資訊，將兩者載入到記憶體，對Bss段清0，然後讀取到程式的ENTRY入口，跳到該地址執行即可，簡單高效！

         Bank切換時，根據Bank組號和Bank號即快速定位到Bank的段資訊地址，讀出該Bank在檔案中的位移和Bank長度，進而讀取並載入到複用的記憶體空間。    

SoC嵌入式軟體架構設計之五 ：可執行程式的重構