ARM系列之RO、RW、ZI的分布及說(shuō)明

要了解RO，RW和ZI需要首先了解以下知識(shí)：
ARM程序的組成
此處所說(shuō)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(shuō)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，也稱為image文件。以下用Image文件來(lái)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(méi)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(chǔ)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(guò)的變量是不能像ZI那樣“無(wú)中生有”的。

ARM程序的執(zhí)行過(guò)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(lái)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(wèn)變量。否則只能運(yùn)行不含變量的代碼。

說(shuō)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(lái)說(shuō)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(yǔ)句，這條語(yǔ)句就是聲明一個(gè)字符常量。因此按照我們之前說(shuō)的，他們之間應(yīng)該只會(huì)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：
#include
void main(void)
{
;
}
Prog2：
#include
const char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog1編譯出來(lái)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(lái)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(lái)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(cè)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：
#include
void main(void)
{
;
}
Prog4：
#include
char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog3編譯出來(lái)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(lái)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(guò)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(cè)，這兩個(gè)程序之間應(yīng)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(lái)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(lái)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(cè)，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(huì)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值的變量編譯后市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

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Image$$??$$Limit 的含義

對(duì)于剛學(xué)習(xí)ARM的人來(lái)說(shuō)，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|。

使用的調(diào)試軟件為ADS1.2，當(dāng)我們把程序編寫(xiě)好以后，就要進(jìn)行編譯和鏈接了，在ADS1.2中選擇MAKE按鈕，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Errors and Warnings 的對(duì)話框，在該欄中顯示編譯和鏈接的結(jié)果，如果沒(méi)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(huì)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(lái)的，下面就以上面的數(shù)據(jù)為例來(lái)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(lái)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(zhǎng)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

加點(diǎn)自己的補(bǔ)充：

RO 是code +RO Data ，RO data應(yīng)該是const聲明的常量

下載到固件中的代碼包括RO和RW，ZI主要被malloc 函數(shù)用到，還有這些概念和堆棧的聯(lián)系，malloc聲明的變量在heap（堆）中，stack（棧）是用來(lái)存放臨時(shí)變量的。

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一般而言，一個(gè)程序包括只讀的代碼段和可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)段。在ARM的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，只讀的代碼段和常量被稱作RO段(ReadOnly)；可讀寫(xiě)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(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，程序映象都是存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)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(xiě)的RAM中。這就涉及到程序的加載時(shí)域和運(yùn)行時(shí)域。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(duì)于比較簡(jiǎn)單的情況，可以在ADS集成開(kāi)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(duì)于復(fù)雜情況，如RO段被分成幾部分并映射到存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(guò)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(lái)說(shuō)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(huì)放在 flash里執(zhí)行，一般都會(huì)搬到sdram里運(yùn)行工作，它們?cè)诒话岬絪dram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(guò)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(duì)于加載域中的輸出段，一般來(lái)說(shuō)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?cè)?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(duì)應(yīng)的就是| Image$$RO$$Base|，rw base 對(duì)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(lái)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bootnand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(guò)比較，將ro搬到sdram里，搬到的目的地址從 | Image$$RO$$Base| 開(kāi)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(kāi)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

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一 概述

Scatter file (分散加載描述文件)用于armlink的輸入?yún)?shù)，他指定映像文件內(nèi)部各區(qū)域的download與運(yùn)行時(shí)位置。Armlink將會(huì)根據(jù)scatter file生成一些區(qū)域相關(guān)的符號(hào)，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(huì)生成以下符號(hào) Image$$RW$$Base, Image$$RW$$Limit, Image$$RO$$Base, Image$$RO$$Limit, Image$$ZI$$Base, and Image$$ZI$$Limit）

二 什么時(shí)候使用scatter file

當(dāng)然首要的條件是你在利用ADS進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，下面我們看看更具體的一些情況。
1存在復(fù)雜的地址映射：例如代碼和數(shù)據(jù)需要分開(kāi)放在在多個(gè)區(qū)域。
2存在多種存儲(chǔ)器類型：例如包含 Flash,ROM,SDRAM,快速SRAM。我們根據(jù)代碼與數(shù)據(jù)的特性把他們放在不同的存儲(chǔ)器中，比如中斷處理部分放在快速SRAM內(nèi)部來(lái)提高響應(yīng)速度，而把不常用到的代碼放到速度比較慢的Flash內(nèi)。
3函數(shù)的地址固定定位：可以利用Scatter file實(shí)現(xiàn)把某個(gè)函數(shù)放在固定地址，而不管其應(yīng)用程序是否已經(jīng)改變或重新編譯。
4利用符號(hào)確定堆與堆棧：
5內(nèi)存映射的IO：采用scatter file可以實(shí)現(xiàn)把某個(gè)數(shù)據(jù)段放在精確的地指處。
因此對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)scatter file是必不可少的，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)采用了ROM，RAM，和內(nèi)存映射的IO。