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)客戶開發(fā)Non-OS的程序代碼，最常遇到的問題在于開發(fā)者不知如何撰寫linker script。網(wǎng)絡(luò)上有GNU ld的使用文件，但是linker script的范例太少，尤其開發(fā)者需要撰寫進(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。部份客戶使用ROM code開機(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，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）=%d\n”，jump_table.func_a（30））;

　　printf（“func2（30）=%d\n”，jump_table.func_b（30））;

　　printf（“func3（30）=%d\n”，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的最開頭，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

　　用紅色框線標(biāo)起來的地方，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

　　（1） 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。（將export.txt刪去這一行： func2 = 0x005001c4; /* 。/main.o */）

　　（2） 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，寫法如下面紅色字體。

　　ENTRY（_start）

　　/* Do we need any of these for elf？

　　__DYNAMIC = 0; */

　　INCLUDE “。.\export.txt”

　　SECTIONS

　　{

　　（3） patch的程序代碼里如下，沒有main function，也不要加入startup files。改寫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;

　　}

　　（4） 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）=%d\n”，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）=%d\n”，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寫法，使得開發(fā)firmware更有彈性及效率。

　　（如果您對(duì)此文章有技術(shù)方面的疑問，歡迎來信至 hylai@andestech.com 與我們進(jìn)行討論）。

　　5. 參考數(shù)據(jù)

　　gnu linker ld manual

　　http://sourceware.org/binutils/docs-2.22/ld/index.html