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(hù)開(kāi)發(fā)NON-OS的程序代碼，常遇到的問(wèn)題在于開(kāi)發(fā)者不知如何撰寫(xiě)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(kāi)發(fā)者需要撰寫(xiě)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(shí)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(hù)使用ROM code開(kāi)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(cuò)誤或是程序代碼邏輯上的錯(cuò)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(xiàn)的部份，為主程序編譯的范圍。主程序main會(huì)呼叫到func1、func2和func3這3個(gè)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(lái)即不可以改變。綠色部份是flash.在圖中，flash分成2區(qū)，一個(gè)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(xiě)，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）=%dn",jump_table.func_a（30））；

　　printf（"func2（30）=%dn",jump_table.func_b（30））；

　　printf（"func3（30）=%dn",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的開(kāi)頭，語(yǔ)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(guò)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(xiàn)標(biāo)起來(lái)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(shí)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(huì)產(chǎn)生export.txt這個(gè)檔案， 這個(gè)檔案包含了一個(gè)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(shí)，除了需要修改的func2不要import之外，其他的symbols全部要import進(jìn)來(lái)。（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(xiě)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(méi)有main function,也不要加入startup files.改寫(xiě)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;

　　}

　?。?） patch的linker script,加入FUNC_PATH在jump_table之后。

　　FUNC_PATCH 0x510020 :

　　{

　　*（。FUNC_PATCH）

　　}

　　3. 如何除錯(cuò)

　　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(shí)，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）=%dn",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）=%dn",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(guò)程中，先加載main的symbol,再加載patch的symbol及debug information."add-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(yǔ)

　　目前晶心科技使用GNU的toolchain,其功能非常強(qiáng)大。讀者可多動(dòng)手試試不同的linker script寫(xiě)法，使得開(kāi)發(fā)firmware更有彈性及效率。