|
作者：賴歆雅，技術經理，晶心科技股份有限公司 筆者曾協助多家公司工程師，在AndesCore上發展firmware。我們發現，當客戶開發Non-OS的程序代碼，最常遇到的問題在于開發者不知如何撰寫linker script。網絡上有GNU ld的使用文件，但是linker script的范例太少，尤其開發者需要撰寫進階的linker script，常常不知如何下手。 本篇文章我們分享如何實作ROM patch。使用晶心CPU建構的embedded system，一般具有CPU、外圍IP及RAM、ROM。部份客戶使用ROM code開機，程序代碼放在ROM內，data section放在SRAM里。ROM code的特性是成本低，跟著IC光罩一起生產，當IC制作完成即不可修改，若有制作上的錯誤或是程序代碼邏輯上的錯誤，只能用ROM patch的方式修補。也就是將需要修補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。 1. 主程序架構 首先介紹主程序的架構。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會呼叫到func1、func2和func3這3個function。 在上圖中，黃色區域是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，一個是jump_table，存放func1~func3的地址。剩余的空間FUNC_PATCH，預留給patch使用。 為了要修補ROM內的function，所以規劃出jump_table區域，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，語法如上。 1.3 主程序執行結果 func1(30)=30 func2(30)=60 func3(30)=90 2. 經過Patch之后的架構圖 假設ROM里的func2損壞，要改用flash里的func2。需要更改指向func2的指標，及func2的內容。如下圖：
圖表2 ROM patch的memory layout圖 用紅色框線標起來的地方，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 實作方法 (1) 導出主程序的symbol table。 在主程序的Linker flags 加上-Wl,--mgen-symbol-ld-script=export.txt ，ld 會產生export.txt這個檔案, 這個檔案包含了一個SECTION block以及許多變數的地址。如下圖所示
圖表3 主程序的symbol Linker script在import Main program的symbols時，除了需要修改的func2不要import之外，其他的symbols全部要import進來。(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 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gdb debug時，載入patch 的symbol。以下節錄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后的執行結果 func1(30)=30 func2(30)=6000 func3(30)=90 4. 結語 目前晶心科技使用GNU的toolchain，其功能非常強大。讀者可多動手試試不同的linker script寫法，使得開發firmware更有彈性及效率。 (如果您對此文章有技術方面的疑問，歡迎來信至 hylai@andestech.com 與我們進行討論)。 5. 參考數據 gnu linker ld manual http://sourceware.org/binutils/docs-2.22/ld/index.html 6. 作者簡歷 賴歆雅，女，臺灣省新竹縣人。1977年出生，2002年畢業于臺灣成功大學電機研究所VLSI/CAD組碩士班。 2002~2005年就讀臺灣成功大學電機研究所VLSI/CAD組博士班(肄業)。 2005~2010年任職于工業技術研究院，擔任副工程師，負責Linux上的軟件開發。 2010~2012年任職于晶心科技，擔任技術經理，負責客戶的技術支持。 |
