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在基于DSP的嵌入式系統(tǒng)中，軟件更新通常需要借助仿真器將最新的可執(zhí)行程序下載到目標板上，然后提取出可執(zhí)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(zhí)行程序(目標文件)的結構。TI代碼產生工具CCS在經(jīng)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(shù)據(jù)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(tǒng)引導程序也需要作相應的改動。如果需要對大量的DSP系統(tǒng)進行軟件更新或經(jīng)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(jù)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(shù)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(shù)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(zhí)行代碼;.data：通常包含已初始化的數(shù)據(jù);.bss：通常為未初始化的數(shù)據(jù)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(qū)別就在于是否出現(xiàn)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(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)區(qū)，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(shù)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(zhí)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(shù)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(jié)，但文件頭和段頭這兩節(jié)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(shù)據(jù)載入或連接時的虛擬地址。對于可執(zhí)行文件，這個地址是相對于它的地址空間而言。當可執(zhí)行文件被載入內存時，這個地址就是段中數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的位置。大多數(shù)情況下與uiPhyAddr相同。 uiSecSize是段中數(shù)據(jù)的實際長度，在讀取段數(shù)據(jù)時就由它來確定要讀多少字節(jié)。 uiSecPointer是段數(shù)據(jù)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(shù)，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(shù)。 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(shù)據(jù)：保存各個段的數(shù)據(jù)，在目標文件中這些數(shù)據(jù)都以原始數(shù)據(jù)(Raw Data)形式存在，只有需要下載的數(shù)據(jù)段才存在該區(qū)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(jù)段屬性標識以確定是否需要下載，段頭中的絕對地址、段數(shù)據(jù)長度等信息作為升級文件的一部分。與需下載的段數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)長度信息進行32位整型對齊，在此采用Ceil對齊——不足的字節(jié)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(shù)據(jù)區(qū)，對于下載文件的制作沒有直接聯(lián)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(fā)的DSP應用系統(tǒng)一般采用HOST—SLAVE模式，即DSP是作為系統(tǒng)的信號處理協(xié)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(jīng)構建好的二進制文件，根據(jù)段數(shù)目、每段大小以及目標數(shù)據(jù)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(jù)，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(jīng)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(jù)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。 |
