如何在晶心平臺(tái)實(shí)作ROM patch
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(kāi)發(fā)Non-OS的程序代碼,最常遇到的問(wèn)題在于開(kāi)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(kāi)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(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,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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}[!--empirenews.page--]
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(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
(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(lái)。(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。[!--empirenews.page--]
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(méi)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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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)=%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寫法,使得開(kāi)發(fā)firmware更有彈性及效率。
5. 參考數(shù)據(jù)
gnu linker ld manual
http://sourceware.org/binutils/docs-2.22/ld/index.html
6. 作者簡(jiǎn)歷
賴歆雅,女,臺(tái)灣省新竹縣人。1977年出生,2002年畢業(yè)于臺(tái)灣成功大學(xué)電機(jī)研究所VLSI/CAD組碩士班。
2002~2005年就讀臺(tái)灣成功大學(xué)電機(jī)研究所VLSI/CAD組博士班(肄業(yè))。
2005~2010年任職于工業(yè)技術(shù)研究院,擔(dān)任副工程師,負(fù)責(zé)Linux上的軟件開(kāi)發(fā)。
2010~2012年任職于晶心科技,擔(dān)任技術(shù)經(jīng)理,負(fù)責(zé)客戶的技術(shù)支持。