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筆者曾協(xié)助多家公司工程師，在AndesCore上發(fā)展firmware。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)客戶開發(fā)Non-OS的程序代碼，最常遇到的問題在于開發(fā)者不知如何撰寫linker script。網(wǎng)絡(luò)上有GNU ld的使用文件，但是linker script的范例太少，尤其開發(fā)者需要撰寫進(jìn)階的linker script，常常不知如何下手。
本篇文章我們分享如何實作ROM patch。使用晶心CPU建構(gòu)的embedded system，一般具有CPU、外圍IP及RAM、ROM。部份客戶使用ROM code開機(jī)，程序代碼放在ROM內(nèi)，data section放在SRAM里。ROM code的特性是成本低，跟著IC光罩一起生產(chǎn)，當(dāng)IC制作完成即不可修改，若有制作上的錯誤或是程序代碼邏輯上的錯誤，只能用ROM patch的方式修補(bǔ)。也就是將需要修補(bǔ)的程序代碼放到小容量的flash里。這就是我們今天要分享的技術(shù)。
1. 主程序架構(gòu)
首先介紹主程序的架構(gòu)。IC的Memory layout如下圖。
圖表1 主程序的memory layout圖
紅色框線的部份，為主程序編譯的范圍。主程序main會呼叫到func1、func2和func3這3個function。
在上圖中，黃色區(qū)域是IC的ROM，這部份的程序是IC制作出來即不可以改變。綠色部份是flash。在圖中，flash分成2區(qū)，一個是jump_table，存放func1~func3的地址。剩余的空間FUNC_PATCH，預(yù)留給patch使用。
為了要修補(bǔ)ROM內(nèi)的function，所以規(guī)劃出jump_table區(qū)域，原本都是指向ROM的function。如果ROM里的部份function損壞或是需要改寫，就把jump_table改為指向FUNC_PATCH里新建的function。
1.1 源代碼
主程序的程序代碼如下：（main.c）
#include
#include
int func1（int）;
int func2（int）;
int func3（int）;
int num1=1;
int num2=2;
int num3=3;
typedef struct strfunptr {
int （*func_a）（int）;
int （*func_b）（int）;
int （*func_c）（int）;
}sfptr;
sfptr jump_table __attribute__ （（section （“FUNC_TABLE”）））= {func1， func2， func3};
int main（void） {
printf（“func1（30）=%d\n”，jump_table.func_a（30））;
printf（“func2（30）=%d\n”，jump_table.func_b（30））;
printf（“func3（30）=%d\n”，jump_table.func_c（30））;
return EXIT_SUCCESS;
}
int func1（int x）{
return x*num1;
}
int func2（int x）{
return x*num2;
}
int func3（int x）{
return x*num3;
}
上面的程序代碼中，第16行的程序代碼__attribute__ （（section （“FUNC_TABLE”））），作用是將jump_table放在特定的”FUNC_TABLE”section里。
1.2 主程序linker script （僅列需要修改的部份）
FUNC_TABLE 0x510000 ：
{
*（.FUNC_TABLE）
}
Flash的地址由0x510000起，將FUNC_TABLE固定在flash的最開頭，語法如上。
1.3 主程序執(zhí)行結(jié)果
func1（30）=30
func2（30）=60
func3（30）=90
2. 經(jīng)過Patch之后的架構(gòu)圖
假設(shè)ROM里的func2損壞，要改用flash里的func2。需要更改指向func2的指標(biāo)，及func2的內(nèi)容。如下圖：
圖表2 ROM patch的memory layout圖
用紅色框線標(biāo)起來的地方，表示為patch編譯的范圍。其中jump table在這里重新編譯，指向新的地址。
2.1 實作方法
?。?） 導(dǎo)出主程序的symbol table。
在主程序的Linker flags 加上-Wl，--mgen-symbol-ld-script=export.txt ，ld 會產(chǎn)生export.txt這個檔案， 這個檔案包含了一個SECTION block以及許多變數(shù)的地址。如下圖所示
圖表3 主程序的symbol
Linker script在import Main program的symbols時，除了需要修改的func2不要import之外，其他的symbols全部要import進(jìn)來。（將export.txt刪去這一行： func2 = 0x005001c4; /* 。/main.o */）
?。?） patch在編譯之前，先匯入主程序的symbol table。（將export.txt檔案放在一起編譯）。Patch的linker script要匯入主程序的symbol，寫法如下面紅色字體。
ENTRY（_start）
/* Do we need any of these for elf？
__DYNAMIC = 0; */
INCLUDE “。.\export.txt”
SECTIONS
{
?。?） patch的程序代碼里如下，沒有main function，也不要加入startup files。改寫func2。func2放在flash的FUNC_PATCH section。并且將jump_table里的func2，改成指向新的func2。
#include
#include
extern int func1（int）;
extern int func3（int）;
int func2（int） __attribute__ （（section （“FUNC_PATCH”）））;
extern int num2;
typedef struct strfunptr {
int （*func_a）（int）;
int （*func_b）（int）;
int （*func_c）（int）;
}sfptr;
sfptr jump_table __attribute__ （（section （“FUNC_TABLE”）））= {func1， func2， func3};
int func2（int x）{
return x*num2*100;
}
（4） patch的linker script，加入FUNC_PATH在jump_table之后。
FUNC_PATCH 0x510020 ：
{
*（.FUNC_PATCH）
}
3. 如何除錯
首先，將程序代碼存放在IC的ROM及flash里。（本文為了示范，我們的做法是在AndeShape? ADP-XC5的FPGA板上，用RAM模擬ROM及flash，分別將主程序和patch的bin文件restore到板子上。）
當(dāng)gdb debug時，載入patch 的symbol。以下節(jié)錄gdb指令。
core0（gdb） file mainprog.adx
core0（gdb） add-symbol-file patch.adx 0x500000 -s FUNC_TABLE 0x510000 -s FUNC_PATCH 0x510020
core0（gdb） set $pc=0x500000
core0（gdb） b main
Breakpoint 1 at 0x50010c： file 。./main.c， line 20.
core0（gdb） c
Breakpoint 1， main （） at 。./main.c:20
20 printf（“func1（30）=%d\n”，jump_table.func_a（30））;
core0（gdb） s
func1 （x=30） at 。./main.c:28
28 return x*num1;
core0（gdb） n
29 }
core0（gdb） s
main （） at 。./main.c:21
21 printf（“func2（30）=%d\n”，jump_table.func_b（30））;
core0（gdb） s
func2 （x=30） at 。./patchprog.c:24
24 return x*num2*100;
core0（gdb）
上面過程中，先加載main的symbol，再加載patch的symbol及debug information?！癮dd-symbol-file patch.adx 0x500000 -s FUNC_TABLE 0x510000 -s FUNC_PATCH 0x510020”是將patch section的symbol及debug information也載入gdb以debug。讀者可以在gdb里，打“help add-symbol-file”查閱add-symbol-file的用法。
3.1 主程序patch后的執(zhí)行結(jié)果
func1（30）=30
func2（30）=6000
func3（30）=90
4. 結(jié)語
目前晶心科技使用GNU的toolchain，其功能非常強(qiáng)大。讀者可多動手試試不同的linker script寫法，使得開發(fā)firmware更有彈性及效率。
?。ㄈ绻鷮Υ宋恼掠屑夹g(shù)方面的疑問，歡迎來信至 hylai@andestech.com 與我們進(jìn)行討論）。
5. 參考數(shù)據(jù)
gnu linker ld manual
http://sourceware.org/binutils/docs-2.22/ld/index.html
工商網(wǎng)監(jiān)
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