如何在晶心平台实作ROM patch
发布时间：2012-7-24 16:16
发布者：eechina
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作者：赖歆雅，技术经理，晶心科技股份有限公司 笔者曾协助多家公司工程师，在AndesCore上发展firmware。我们发现，当客户开发Non-OS的程序代码，最常遇到的问题在于开发者不知如何撰写linker script。网络上有GNU ld的使用文件，但是linker script的范例太少，尤其开发者需要撰写进阶的linker script，常常不知如何下手。 本篇文章我们分享如何实作ROM patch。使用晶心CPU建构的embedded system，一般具有CPU、外围IP及RAM、ROM。部份客户使用ROM code开机，程序代码放在ROM内，data section放在SRAM里。ROM code的特性是成本低，跟着IC光罩一起生产，当IC制作完成即不可修改，若有制作上的错误或是程序代码逻辑上的错误，只能用ROM patch的方式修补。也就是将需要修补的程序代码放到小容量的flash里。这就是我们今天要分享的技术。 1. 主程序架构 首先介绍主程序的架构。IC的Memory layout如下图。 
图表1 主程序的memory layout图 红色框线的部份，为主程序编译的范围。主程序main会呼叫到func1、func2和func3这3个function。 在上图中，黄色区域是IC的ROM，这部份的程序是IC制作出来即不可以改变。绿色部份是flash。在图中，flash分成2区，一个是jump_table，存放func1~func3的地址。剩余的空间FUNC_PATCH，预留给patch使用。 为了要修补ROM内的function，所以规划出jump_table区域，原本都是指向ROM的function。如果ROM里的部份function损坏或是需要改写，就把jump_table改为指向FUNC_PATCH里新建的function。 1.1 源代码 主程序的程序代码如下：(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; } 上面的程序代码中，第16行的程序代码__attribute__ ((section ("FUNC_TABLE")))，作用是将jump_table放在特定的”FUNC_TABLE”section里。 1.2 主程序linker script (仅列需要修改的部份) FUNC_TABLE 0x510000 : { *(.FUNC_TABLE) } Flash的地址由0x510000起，将FUNC_TABLE固定在flash的最开头，语法如上。 1.3 主程序执行结果 func1(30)=30 func2(30)=60 func3(30)=90 2. 经过Patch之后的架构图 假设ROM里的func2损坏，要改用flash里的func2。需要更改指向func2的指标，及func2的内容。如下图： 
图表2 ROM patch的memory layout图 用红色框线标起来的地方，表示为patch编译的范围。其中jump table在这里重新编译，指向新的地址。 2.1 实作方法 (1) 导出主程序的symbol table。 在主程序的Linker flags 加上-Wl,--mgen-symbol-ld-script=export.txt ，ld 会产生export.txt这个档案, 这个档案包含了一个SECTION block以及许多变数的地址。如下图所示 
图表3 主程序的symbol Linker script在import Main program的symbols时，除了需要修改的func2不要import之外，其他的symbols全部要import进来。(将export.txt删去这一行： func2 = 0x005001c4; /* ./main.o */) (2) patch在编译之前，先汇入主程序的symbol table。(将export.txt档案放在一起编译)。Patch的linker script要汇入主程序的symbol，写法如下面红色字体。 ENTRY(_start) /* Do we need any of these for elf? __DYNAMIC = 0; */ INCLUDE "..\export.txt" SECTIONS { (3) patch的程序代码里如下，没有main function，也不要加入startup files。改写func2。func2放在flash的FUNC_PATCH section。并且将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. 如何除错 首先，将程序代码存放在IC的ROM及flash里。(本文为了示范，我们的做法是在AndeShape™ ADP-XC5的FPGA板上，用RAM模拟ROM及flash，分别将主程序和patch的bin文件restore到板子上。) 当gdb debug时，载入patch 的symbol。以下节录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) 上面过程中，先加载main的symbol，再加载patch的symbol及debug information。"add-symbol-file patch.adx 0x500000 -s FUNC_TABLE 0x510000 -s FUNC_PATCH 0x510020"是将patch section的symbol及debug information也载入gdb以debug。读者可以在gdb里，打"help add-symbol-file"查阅add-symbol-file的用法。 3.1 主程序patch后的执行结果 func1(30)=30 func2(30)=6000 func3(30)=90 4. 结语 目前晶心科技使用GNU的toolchain，其功能非常强大。读者可多动手试试不同的linker script写法，使得开发firmware更有弹性及效率。 (如果您对此文章有技术方面的疑问，欢迎来信至 hylai@andestech.com 与我们进行讨论)。 5. 参考数据 gnu linker ld manual http://sourceware.org/binutils/docs-2.22/ld/index.html 6. 作者简历 赖歆雅，女，台湾省新竹县人。1977年出生，2002年毕业于台灣成功大学电机研究所VLSI/CAD组硕士班。 2002~2005年就读台灣成功大学电机研究所VLSI/CAD组博士班(肄业)。 2005~2010年任职于工业技术研究院，担任副工程师，负责Linux上的软件开发。 2010~2012年任职于晶心科技，担任技术经理，负责客户的技术支持。 |
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