深度掌握bin、hex、axf和elf文件格式

時間：2021-01-26 20:46:12

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[導(dǎo)讀]在嵌入式軟件開發(fā)中，bin、hex、axf和elf這四種格式的文件很常見。

作者 | strongerHuang

微信公眾號 | 嵌入式專欄

在嵌入式軟件開發(fā)中，bin、hex、axf和elf這四種格式的文件很常見。

之前我分享的STVP、ST-LINK Utility、STM32CubeProg這些下載編程工具的時候，都用到了bin、hex格式的文章。

作為普通嵌入式軟件開發(fā)者，可能只知道如何使用他們，并不會在意這些文件里面具體是什么內(nèi)容。

總述 bin 和 hex 大家都不陌生，就是我們下載到芯片的程序文件。
bin文件只是單純的程序數(shù)據(jù)，hex除程序數(shù)據(jù)之外還有一定格式數(shù)據(jù)。
而 axf 和 bin、 hex 同樣也屬于程序文件，差別在于 axf 具有更多的調(diào)試信息。
用一個表格來區(qū)分bin、hex和axf三者的關(guān)系：

bin	hex	axf
程序數(shù)據(jù)	程序數(shù)據(jù)	程序數(shù)據(jù)
	地址、類型、校驗(yàn)等標(biāo)記信息	地址、類型、校驗(yàn)等標(biāo)記信息
		調(diào)試信息

你會發(fā)現(xiàn)，同樣一段代碼，編譯生成的bin文件最小，axf最大。

在嵌入式Linux中還有一種文件 ELF（Executable and Linkable Format，可執(zhí)行與可鏈接格式）也算是一種程序文件，這種文件包含信息更多、更復(fù)雜。

下面分別來描述bin、hex、axf和elf這四種格式文件。

bin文件 bin 是 binary 的縮寫，直白的翻譯即為二進(jìn)制文件，在這里理解為可執(zhí)行的機(jī)器代碼（程序）文件，因?yàn)橛嬎銠C(jī)存儲只有 0 和 1。
當(dāng)然，bin 除了是程序文件的含義，還有其他含義，比如虛擬光驅(qū)文件，我們下載的一個 Windows 鏡像文件后綴就可能是bin。
bin 相對于hex、axf是一種最簡單的程序文件，只有程序數(shù)據(jù)，程序文件有多大，程序也就多大。
因此，你下載 bin 程序文件的時候，必須要設(shè)置起始地址，比如：通過STM32 ST-LINK Utility工具下載bin文件：

而hex則不可修改（文件中包含地址信息）：

hex文件 hex 格式文件由 Intel 制定的一種十六進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)文件格式，是由編譯器轉(zhuǎn)換而成的一種用于下載到處理器里面的ASCII文本文件。
1.解釋 維基百科解釋

https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_HEX

Intel HEX is a file format that conveys binary information in ASCII text form. It is commonly used for programming microcontrollers, EPROMs, and other types of programmable logic devices. In a typical application, a compiler or assembler converts a program's source code (such as in C or assembly language) to machine code and outputs it into a HEX file. The HEX file is then imported by a programmer to "burn" the machine code into a ROM, or is transferred to the target system for loading and execution.
Keil官網(wǎng)解釋

https://www.keil.com/support/docs/1584/

The Intel HEX file is an ASCII text file with lines of text that follow the Intel HEX file format. Each line in an Intel HEX file contains one HEX record. These records are made up of hexadecimal numbers that represent machine language code and/or constant data. Intel HEX files are often used to transfer the program and data that would be stored in a ROM or EPROM. Most EPROM programmers or emulators can use Intel HEX files.

2.格式

hex行格式：

:BBAAAATT 【D···D】CC

其中：

: 代表行開始，固定為冒號:

BB代表Bytes，數(shù)據(jù)長度

AAAA代表Address，地址

TT代表Type，數(shù)據(jù)類型（標(biāo)識）

D···D代表Date，數(shù)據(jù)

CC代表CheckSum，校驗(yàn)和

說明：

BB數(shù)據(jù)長度，也就是D···D這個字段的數(shù)據(jù)長度；

AAAA地址，起始地址、偏移地址，根據(jù)數(shù)據(jù)類型(TT)有關(guān)；

TT數(shù)據(jù)類型（標(biāo)識）：

00：數(shù)據(jù)標(biāo)識
01：文件結(jié)束標(biāo)識
02：擴(kuò)展段地址
04：線性地址
05：線性開始地址

（地址代表高16位地址，也就是要向左移16bit）

CC校驗(yàn)和計算公式：

CheckSum = 0x100 - (Sum & 0xFF)

3.例子說明

不同數(shù)據(jù)類型個行數(shù)據(jù)略有差異，先再看下00（數(shù)據(jù)類型）的格式：

一個常見hex文件：

:020000040800F2:1000000000040020B1010008FD020008BD02000844:10001000F902000801020008350400080000000091:1000200000000000000000000000000021030008A4···省略數(shù)行:100470000000024084040008000000200004000086:040480004804000824:040000050800019955:00000001FF

1.04類型：線性地址行

:020000040800F2

02：數(shù)據(jù)長度，這里是（0800）地址的2字節(jié)長度；
0000：偏移地址，這里數(shù)據(jù)其實(shí)無效；
04：線性地址數(shù)據(jù)類型；
0800：線性起始地址，左移16位，即：0x0800 0000；
F2：校驗(yàn)和

F2 = 0x100 - (0x02 + 0x04 + 0x08);

比如，修改起始地址為0600：

2.00類型：數(shù)據(jù)行

:1000000000040020B1010008FD020008BD02000844

10：數(shù)據(jù)長度，這里是16字節(jié)（程序）數(shù)據(jù)的長度；
0000：偏移地址，數(shù)據(jù)第一行偏移0000地址，第二行就是偏移0010，第二行就是偏移0020，依次偏移到FFF0；如果偏移到FFF0，則會重新下一個起始地址，一段程序你就明白了：

:10FFD000D0C5CFA20D0A00003052010810B50A4862:10FFE00002F0FEFC09A002F0FBFC14A002F0F8FCF9:10FFF0001EA221A123A002F0F3FC2CA002F0F0FC31:020000040801F1:10000000394802F0EDFC10BD3C5301080D0A2A20CE:1000100020202020202020202020202020202020E0:100020002020202020202020202020414756D6C7F5 00：線性地址數(shù)據(jù)類型； 00040020B1010008FD020008BD020008：程序數(shù)據(jù)，就是bin文件里面的純程序數(shù)據(jù)； 44：校驗(yàn)和

44 = 0x100 - (0x10 + 0x04 + 0x20 + 0xB1 + 0x01 + 0x08 + 0xFD + 0x02 + 0x08 + 0xBD + 0x02 + 0x08 + 0x44) & 0xFF;

3.01類型：文件結(jié)束行

:00000001FF

00：數(shù)據(jù)長度；
0000：偏移地址，這里數(shù)據(jù)其實(shí)無效；
01：代表文件結(jié)束；
FF：校驗(yàn)和

這里代表hex文件結(jié)束了，有些公司為了使hex傳輸（下載）更可靠，或通過工具（或命令在）結(jié)束行后面追加校驗(yàn)信息，一般遠(yuǎn)程升級會考慮更多校驗(yàn)信息（后期抽時間講述一下遠(yuǎn)程升級）。

更多細(xì)節(jié)內(nèi)容，可以參看鏈接：
https://www.keil.com/support/docs/1584/ https://www.kanda.com/blog/microcontrollers/intel-hex-files-explained/ （公號不支持外鏈接，請復(fù)制鏈接到瀏覽器打開）

看到這里，我相信很多人都能寫一個腳本工具，讓hex轉(zhuǎn)為bin文件（后面抽空給大家講述一下hex和bin轉(zhuǎn)換的工具）。

axf文件 axf格式文件是針對ARM編譯器的一種格式文件，它是由 ARM 編譯器產(chǎn)生。
axf文件除了包含程序數(shù)據(jù)（bin）和地址（hex）等數(shù)據(jù)之外，還包含調(diào)試信息。
axf文件內(nèi)的調(diào)試信息附加在程序文件中，有助于分析和調(diào)試。
axf文件的調(diào)試信息作用：

可將源代碼包括注釋夾在反匯編代碼中，這樣我們可隨時切換到源代碼中進(jìn)行調(diào)試。
還可以對程序中的函數(shù)調(diào)用情況進(jìn)行跟蹤(通過Watch & Call Stack Window查看)。
對變量進(jìn)行跟蹤(利用Watch & Call Stack Window)。

當(dāng)然，axf文件調(diào)試信息的包含的內(nèi)容有限，并非所有源碼（及注釋）相關(guān)信息都會包含在其中，想要有效調(diào)試，還是需要結(jié)合源代碼工程進(jìn)行調(diào)試。

elf文件 ELF： Executable and Linkable Format，可執(zhí)行與可鏈接格式。
elf是一種用于二進(jìn)制文件、可執(zhí)行文件、目標(biāo)代碼、共享庫和核心轉(zhuǎn)儲格式文件。是UNIX系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（USL）作為應(yīng)用程序二進(jìn)制接口（Application Binary Interface，ABI）而開發(fā)和發(fā)布的，也是Linux的主要可執(zhí)行文件格式。 ---來源百度百科

elf文件和bin、hex、axf文件同樣屬于可執(zhí)行文件這一類，但是他們之間差異還是很大，elf文件包含的信息更多，也更復(fù)雜。

elf格式文件由四部分組成：

ELF header：ELF頭
Program header table：程序頭表
Section：節(jié)
Section header table：節(jié)頭表

ELF header： 描述整個文件的組織。
Program Header Table: 描述文件中的各種segments，用來告訴系統(tǒng)如何創(chuàng)建進(jìn)程映像的。
Section： 是從運(yùn)行的角度來描述elf文件，sections是從鏈接的角度來描述elf文件，也就是說，在鏈接階段，我們可以忽略program header table來處理此文件，在運(yùn)行階段可以忽略section header table來處理此程序（所以很多加固手段刪除了section header table）。從圖中我們也可以看出，segments與sections是包含的關(guān)系，一個segment包含若干個section。
Section Header Table: 包含了文件各個segction的屬性信息。
這四部分內(nèi)容在《ELF詳細(xì)描述》文章中有詳細(xì)描述，需要更進(jìn)一步了解，可以進(jìn)入文中了解。