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在基于DSP的嵌入式系統中，軟件更新通常需要借助仿真器將最新的可執行程序下載到目標板上，然后提取出可執行二進制程序并寫入非易失存儲器中。或者離線進行二進制文件的提取，然后再由DSP自己或主機芯片完成文件的燒結。 在此，有必要簡單介紹一下TI DSP可執行程序(目標文件)的結構。TI代碼產生工具CCS在經過編譯、鏈接之后，產生的目標文件是一種模塊化的文件格式——COFF格式。程序中的代碼和數據在COFF文件中是以段的形式組織。 在此基礎上，再來討論上面兩種方法的弊端。前者只要程序有變化，就會造成新生成目標文件各段的大小和運行地址的變化，其系統引導程序也需要作相應的改動。如果需要對大量的DSP系統進行軟件更新或經常需要軟件更新的情況下，這種方法的效率非常低下，缺乏靈活性。后者的通常做法是先用工具軟件hex6x先將編譯器生成的目標文件轉換成多個TI格式的.hex文件，再逐一分析.hex文件，手工去掉其中的一些標志信息，并根據需要對文件進行必要的分割合并，最后調用TI提供的工具軟件hexbin將各個.hex文件轉換成二進制文件，生成文件的數目隨應用而變化。這種方法因為涉及到手工操作費時費力不說且很容易出錯。同樣也存在著靈活性差的弊端，遇到有大量增減以及配置文件有修改的時候就會導致生成文件數目的增減，需要修改DSP或主機boot程序以適應這種改變。通過對目標文件結構的分析，可以直接提取可供下載的二進制文件。 1 目標文件結構分析 DSP的源程序——C代碼或匯編代碼在編譯后生成的COFF文件包含多個段，默認的情況下，COFF文件包含3個段：.text：通常包含可執行代碼;.data：通常包含已初始化的數據;.bss：通常為未初始化的數據保留空間。 當然匯編器和鏈接器允許自己建立和鏈接自定義的塊，這些塊與以上的3個段類似。所有的段分為兩大類：已初始化段和未初始化段。這兩類段的最大區別就在于是否出現在加載文件中。 下面來分析COFF文件的結構，COFF文件從上到下中依次是文件頭、可選的文件頭、段頭信息表、段頭信息表對應的段數據、重定位信息、行號入口表、符號表、字符串表，如圖1所示。其中第3～6項包含多個數據區，前4項與加載文件密切相關。 由于前4項與加載文件相關，下面對這4項逐一分析一下： (1)文件頭：顧名思義，就是COFF文件的頭，用來保存COFF文件的基本信息，如段數目、時間戳、符號表位置等。從文件的0偏移處開始，用C的結構描述如下： 文件頭中的標記包含了諸如大小端模式、COFF是否為可執行文件等信息，具體解釋見參考文獻。 (2)可選頭：可選頭接在文件頭的后面，也就是從COFF文件的Ox0014偏移處開始。長度可以為O。不同平臺的可選頭，長度和結構都不相同，TI DSP采用的可選頭長度為28 B，用C的結構描述如下： (3)段頭：段頭緊跟在可選文件頭的后面(如果可選文件頭的長度為0，它緊跟在文件頭后)，一般COFF包含多個段頭，數目就是文件頭中的usSection—Counter。它的長度為48 B，用C的結構描述如下： 段頭可以說是最重要的頭，文件分析提取器的核心就是用它來描述它的。一個COFF文件可以不要其它的節，但文件頭和段頭這兩節是必不可少的。有必要詳述一下它的成員： cName用來保存段名，常用的段名有.text，.da—ta，.bss等。對于用戶自定義長度超過8 B的段名，則為指向符號表的指針。 uiVirtAddr是段數據載入或連接時的虛擬地址。對于可執行文件，這個地址是相對于它的地址空間而言。當可執行文件被載入內存時，這個地址就是段中數據的第一個字節的位置。大多數情況下與uiPhyAddr相同。 uiSecSize是段中數據的實際長度，在讀取段數據時就由它來確定要讀多少字節。 uiSecPointer是段數據在COFF文件中的偏移量，以絕對地址標識。 uiRelPointer是該段重定位信息的絕對地址，它指向了重定位表的1個記錄。 uiLNOffset是該段行號表的絕對地址，它指向的是行號表中的1個記錄。 uiRelSize是重定位信息的記錄數，從uiRelPointer指向的記錄開始，到第ulNumRel個記錄為止，都是該段的重定位信息。 uiLNSize和uiRelSize相似，不過它是行號信息的記錄數。 uiFlags是該段的屬性標識，與下載相關的標識如表1所示。 其余定義請見參考文獻。 (4)段數據：保存各個段的數據，在目標文件中這些數據都以原始數據(Raw Data)形式存在，只有需要下載的數據段才存在該區域。 2 COFF文件分析提取器的工作流程 首先讀入目標文件，該文件擴展名為out，以二進制形式讀入。分析.out文件的文件頭以確定有多少個段，然后逐段分析段信息頭，根據段屬性標識以確定是否需要下載，段頭中的絕對地址、段數據長度等信息作為升級文件的一部分。與需下載的段數據合并成最終的下載文件，為了適應自動化升級的需要，下載文件頭部還保留了COFF文件的時戳。值得注意的是因為TMS320C6000 DSP為32位處理器，需要對段落頭中段數據長度信息進行32位整型對齊，在此采用Ceil對齊——不足的字節以O補齊。具體流程如圖2所示。 而COFF文件中的重定位信息、行號入口表、符號表、字符串表等數據區，對于下載文件的制作沒有直接聯系，可以不做分析。當然，如果在PC上制作可視化工具的話，另當別論，限于篇幅在此不做討論。 3 COFF文件分析提取器的應用 開發的DSP應用系統一般采用HOST—SLAVE模式，即DSP是作為系統的信號處理協處理單元，HOST保存有所有處理器的下載文件。COFF文件分析提取器在做離線使用時，提取出的下載文件由H0ST負責保存、上電加載。HOST的引導程序在上電時讀取已經構建好的二進制文件，根據段數目、每段大小以及目標數據的下載地址等相關信息即可完成對目標代碼的自動下載。COFF文件分析提取器在線使用時，時間戳就作為版本是否更新的依據，HOST一旦偵測到版本服務器有新版本的COFF文件并得到用戶升級確認后，就可啟動文件提取器。 目前，這種利用COFF文件分析提取器生成DSP下載文件的方式，已經在中興通訊多個產品線廣泛應用，大大提高了產品的可測試性和易維護性。 4 結 語 在此討論的方法基于對COFF文件結構的分析，讀取DSP編譯器生成的.out文件，根據文件本身攜帶的信息，直接提取生成可供下載的二進制文件。最終生成的二進制文件中包含有與.out文件相同的信息，在下載時利用這些信息即可完成對DSP芯片的加載。 |
