RO,RW和ZI的理解

一直以來對于ARM體系中所描述的RO，RW和ZI數(shù)據(jù)存在似是而非的理解，這段時(shí)間對其仔細(xì)了解了一番，發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律，理解了一些以前書本上有的但是不理解的東西，我想應(yīng)該有不少人也有和我同樣的困惑，因此將我的一些關(guān)于RO，RW和ZI的理解寫出來，希望能對大家有所幫助。 要了解RO，RW和ZI需要首先了解以下知識： ARM程序的組成： 此處所說的“ARM程序”是指在ARM系統(tǒng)中正在執(zhí)行的程序，而非保存在ROM中的bin映像（image）文件，這一點(diǎn)清注意區(qū)別。 一個(gè)ARM程序包含3部分：RO，RW和ZI RO是程序中的指令和常量 RW是程序中的已初始化變量 ZI是程序中的未初始化的變量 由以上3點(diǎn)說明可以理解為： RO就是readonly， RW就是read/write， ZI就是zero ARM映像文件的組成： 所謂ARM映像文件就是指燒錄到ROM中的bin文件，也成為image文件。以下用Image文件來稱呼它。 Image文件包含了RO和RW數(shù)據(jù)。 之所以Image文件不包含ZI數(shù)據(jù)，是因?yàn)閆I數(shù)據(jù)都是0，沒必要包含，只要程序運(yùn)行之前將ZI數(shù)據(jù)所在的 區(qū)域一律清零即可。包含進(jìn)去反而浪費(fèi)存儲空間。 Q：為什么Image中必須包含RO和RW？ A：因?yàn)镽O中的指令和常量以及RW中初始化過的變量是不能像ZI那樣“無中生有”的。 ARM程序的執(zhí)行過程： 從以上兩點(diǎn)可以知道，燒錄到ROM中的image文件與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的ARM程序之間并不是完全一樣的。因此就有必要了解ARM程序是如何從 ROM中的image到達(dá)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的。 實(shí)際上，RO中的指令至少應(yīng)該有這樣的功能： 1. 將RW從ROM中搬到RAM中，因?yàn)镽W是變量，變量不能存在ROM中。 2. 將ZI所在的RAM區(qū)域全部清零，因?yàn)閆I區(qū)域并不在Image中，所以需要程序根據(jù)編譯器給出的ZI地址及大小來將相應(yīng)得RAM區(qū)域清零。ZI 中也是變量，同理：變量不能存在ROM中 在程序運(yùn)行的最初階段，RO中的指令完成了這兩項(xiàng)工作后C程序才能正常訪問變量。否則只能運(yùn)行不含變量的代碼。 說了上面的可能還是有些迷糊，RO，RW和ZI到底是什么，下面我將給出幾個(gè)例子，最直觀的來說明RO，RW，ZI在C中是什么意思。 1： RO 看下面兩段程序，他們之間差了一條語句，這條語句就是聲明一個(gè)字符常量。因此按照我們之前說的，他們之間應(yīng)該只會在RO數(shù)據(jù)中相差一個(gè) 字節(jié)（字符常量為1字節(jié)）。 Prog1： #includevoid main(void) { ; } Prog2： #includeconst char a = 5； void main(void) { ; } Prog1編譯出來后的信息如下： ================================================================================ 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編譯出來后的信息如下： ================================================================================ 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(gè)程序編譯出來后的信息可以看出： Prog1和Prog2的RO包含了Code和RO Data兩類數(shù)據(jù)。他們的唯一區(qū)別就是Prog2的RO Data比Prog1多了1個(gè)字節(jié)。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(gè)常量，則結(jié)果應(yīng)該是Code數(shù)據(jù)大小有差別。 2： RW 同樣再看兩個(gè)程序，他們之間只相差一個(gè)“已初始化的變量”，按照之前所講的，已初始化的變量應(yīng)該是算在RW中的，所以兩個(gè)程序之間應(yīng)該 是RW大小有區(qū)別。 Prog3： #includevoid main(void) { ; } Prog4： #includechar a = 5； void main(void) { ; } Prog3編譯出來后的信息如下： ================================================================================ 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編譯出來后的信息如下： ================================================================================ 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(shí)只有RW Data之間相差了1個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)正是被初始化過的一個(gè)字符型變量“a”所引起的。 3： ZI 再看兩個(gè)程序，他們之間的差別是一個(gè)未初始化的變量“a”，從之前的了解中，應(yīng)該可以推測，這兩個(gè)程序之間應(yīng)該只有ZI大小有差別。 Prog3： #includevoid main(void) { ; } Prog4： #includechar a； void main(void) { ; } Prog3編譯出來后的信息如下： ================================================================================ 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編譯出來后的信息如下： ================================================================================ 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(jié)果完全符合推測，只有ZI數(shù)據(jù)相差了1個(gè)字節(jié)。這個(gè)字節(jié)正是未初始化的一個(gè)字符型變量“a”所引起的。 注意：如果一個(gè)變量被初始化為0，則該變量的處理方法與未初始化華變量一樣放在ZI區(qū)域。 即：ARM C程序中，所有的未初始化變量都會被自動(dòng)初始化為0。 總結(jié)： 1： C中的指令以及常量被編譯后是RO類型數(shù)據(jù)。 2： C中的未被初始化或初始化為0的變量編譯后是ZI類型數(shù)據(jù)。 3： C中的已被初始化成非0值的變量編譯后是RW類型數(shù)據(jù)。 附： 程序的編譯命令（假定C程序名為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 編譯后的信息就在aa.map文件中。 ROM主要指：NAND Flash，Nor Flash RAM主要指：PSRAM，SDRAM，SRAM，DDRAM Image

??

Limit 的含義 對于剛學(xué)習(xí)ARM的人來說，如果分析它的啟動(dòng)代碼，往往不明白下面幾個(gè)變量的含義：|Image

RO

Limit|、|Image

RW

Base|、 |Image

ZI

Base|。 首先申明我使用的調(diào)試軟件為ADS1.2，當(dāng)我們把程序編寫好以后，就要進(jìn)行編譯和鏈接了，在ADS1.2中選擇MAKE按鈕，會出現(xiàn)一個(gè) Errors and Warnings 的對話框，在該欄中顯示編譯和鏈接的結(jié)果，如果沒有錯(cuò)誤，在文件的最后應(yīng)該能看到Image component sizes，后面緊跟的依次是Code，RO Data ，RW Data ，ZI Data ，Debug 各個(gè)項(xiàng)目的字節(jié)數(shù)，最后會有他們的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)： 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) 后面的字節(jié)數(shù)是根據(jù)用戶不同的程序而來的，下面就以上面的數(shù)據(jù)為例來介紹那幾個(gè)變量的計(jì)算。 在ADS的Debug Settings中有一欄是Linker/ARM Linker，在output選項(xiàng)中有一個(gè)RO base選項(xiàng)，下面應(yīng)該有一個(gè)地址，我這里是 0x0c100000，后面的RW base 地址是0x0c200000，然后在Options選項(xiàng)中有Image entry point ，是一個(gè)初始程序的入口地址，我 這里是0x0c100000 。 有了上面這些信息我們就可以完全知道這幾個(gè)變量是怎么來的了： |Image

RO

Base| = Image entry point = 0x0c100000 ;表示程序代碼存放的起始地址 |Image

RO

Limit|=程序代碼起始地址+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(shù),0到55，共56個(gè)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(jì)算： |Image

ZI

Limit| = |Image

RW

Base| +TatalRWsize(RWData+ZIData) 17081 =0x0c200000+0x42b9+3（要滿足4的倍數(shù)） =0x0c2042bc 注意：Scatter file (分散加載描述文件)用于armlink的輸入?yún)?shù)，它指定映像文件內(nèi)部各區(qū)域的download與運(yùn)行時(shí)位置。Armlink將會 根據(jù)scatter file生成一些區(qū)域相關(guān)的符號，他們是全局的供用戶建立運(yùn)行時(shí)環(huán)境時(shí)使用。（注意：當(dāng)使用了scatter file 時(shí)將 不會生成以下符號 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(gè)程序包括只讀的代碼段和可讀寫的數(shù)據(jù)段。在ARM的集成開發(fā)環(huán)境中，只讀的代碼段和常量被稱作RO段(ReadOnly)；可讀寫的全局變量和靜態(tài)變量被稱作RW段(ReadWrite)；RW段中要被初始化為零的變量被稱為ZI段(ZeroInit)。對于嵌入式系統(tǒng)而言，程序映象都是存儲在Flash存儲器等一些非易失性器件中的，而在運(yùn)行時(shí)，程序中的RW段必須重新裝載到可讀寫的RAM中。這就涉及到程序的加載時(shí)域和運(yùn)行時(shí)域。簡單來說，程序的加載時(shí)域就是指程序燒入Flash中的狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)域是指程序執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)。對于比較簡單的情況，可以在ADS集成開發(fā)環(huán)境的ARM LINKER選項(xiàng)中指定RO BASE和RW BASE，告知連接器RO和RW的連接基地址。對于復(fù)雜情況，如RO段被分成幾部分并映射到存儲空間的多個(gè)地方時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)稱為“分布裝載描述文件”的文本文件，通知連接器把程序的某一部分連接在存儲器的某個(gè)地址空間。需要指出的是，分布裝載描述文件中的定義要按照系統(tǒng)重定向后的存儲器分布情況進(jìn)行。在引導(dǎo)程序完成初始化的任務(wù)后，應(yīng)該把主程序轉(zhuǎn)移到RAM中去運(yùn)行，以加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。 什么是arm的映像文件，arm映像文件其實(shí)就是可執(zhí)行文件，包括bin或hex兩種格式，可以直接燒到rom里執(zhí)行。在axd調(diào)試過程中，我們調(diào)試的是axf文件，其實(shí)這也是一種映像文件，它只是在bin文件中加了一個(gè)文件頭和一些調(diào)試信息。映像文件一般由域組成，域最多由三個(gè)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(gè)bin映像文件所處在的區(qū)域，它又分為加載域和運(yùn)行域。加載域就是映像文件被靜態(tài)存放的工作區(qū)域，一般來說flash里的 整個(gè)bin文件所在的地址空間就是加載域，當(dāng)然在程序一般都不會放在 flash里執(zhí)行，一般都會搬到sdram里運(yùn)行工作，它們在被搬到sdram里工作所處的地址空間就是運(yùn)行域。我們輸入的代碼，一般有代碼部分和數(shù)據(jù)部分，這就是所謂的輸入段，經(jīng)過編譯后就變成了bin文件中ro段和rw段，還有所謂的zi段，這就是輸出段。對于加載域中的輸出段，一般來說ro段后面緊跟著rw段，rw段后面緊跟著zi段。在運(yùn)行域中這些輸出段并不連續(xù)，但rw和zi一定是連著的。zi段和rw段中的數(shù)據(jù)其實(shí)可以是rw屬性。 | Image

RO

Base| |Image

RO

Limit| |Image

RW

Base| |Image

ZI

Base| |Image

ZI

Limit|這幾個(gè)變量是編譯器通知的，我們在 makefile文件中可以看到它們的值。它們指示了在運(yùn)行域中各個(gè)輸出段所處的地址空間| Image

RO

Base| 就是ro段在運(yùn)行域中的起始地址，|Image

RO

Limit| 是ro段在運(yùn)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(yīng)的就是| Image

RO

Base|，rw base 對應(yīng)的是|Image

RW

Base|，由于rw和zi相連，|Image

ZI

Base| 就等于|Image

ZI

limit| .其它的值都是編譯器自動(dòng)計(jì)算出來的。 下面是2410啟動(dòng)代碼的搬運(yùn)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是復(fù)位運(yùn)行時(shí)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，代碼段地址的結(jié)束 beq InitRam ldr r3, TopOfROM ；part 1，通過比較，將ro搬到sdram里，搬到的目的地址從 | Image

RO

Base| 開始，到|Image

RO

Limit|結(jié)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(jié)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