基于COFF文件分析提取器的DSP下載文件生成

　　在基于DSP的嵌入式系統(tǒng)中，軟件更新通常需要借助仿真器將最新的可執(zhí)行程序下載到目標(biāo)板上，然后提取出可執(zhí)行二進(jìn)制程序并寫入非易失存儲(chǔ)器中?；蛘唠x線進(jìn)行二進(jìn)制文件的提取，然后再由DSP自己或主機(jī)芯片完成文件的燒結(jié)。

在此，有必要簡(jiǎn)單介紹一下TI DSP可執(zhí)行程序(目標(biāo)文件)的結(jié)構(gòu)。TI代碼產(chǎn)生工具CCS在經(jīng)過編譯、鏈接之后，產(chǎn)生的目標(biāo)文件是一種模塊化的文件格式——COFF格式。程序中的代碼和數(shù)據(jù)在COFF文件中是以段的形式組織。

在此基礎(chǔ)上，再來(lái)討論上面兩種方法的弊端。前者只要程序有變化，就會(huì)造成新生成目標(biāo)文件各段的大小和運(yùn)行地址的變化，其系統(tǒng)引導(dǎo)程序也需要作相應(yīng)的改動(dòng)。如果需要對(duì)大量的DSP系統(tǒng)進(jìn)行軟件更新或經(jīng)常需要軟件更新的情況下，這種方法的效率非常低下，缺乏靈活性。后者的通常做法是先用工具軟件hex6x先將編譯器生成的目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換成多個(gè)TI格式的.hex文件，再逐一分析.hex文件，手工去掉其中的一些標(biāo)志信息，并根據(jù)需要對(duì)文件進(jìn)行必要的分割合并，最后調(diào)用TI提供的工具軟件hexbin將各個(gè).hex文件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制文件，生成文件的數(shù)目隨應(yīng)用而變化。這種方法因?yàn)樯婕暗绞止げ僮髻M(fèi)時(shí)費(fèi)力不說且很容易出錯(cuò)。同樣也存在著靈活性差的弊端，遇到有大量增減以及配置文件有修改的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致生成文件數(shù)目的增減，需要修改DSP或主機(jī)boot程序以適應(yīng)這種改變。通過對(duì)目標(biāo)文件結(jié)構(gòu)的分析，可以直接提取可供下載的二進(jìn)制文件。

　　1 目標(biāo)文件結(jié)構(gòu)分析

　　DSP的源程序——C代碼或匯編代碼在編譯后生成的COFF文件包含多個(gè)段，默認(rèn)的情況下，COFF文件包含3個(gè)段：.text：通常包含可執(zhí)行代碼;.data：通常包含已初始化的數(shù)據(jù);.bss：通常為未初始化的數(shù)據(jù)保留空間。

　　當(dāng)然匯編器和鏈接器允許自己建立和鏈接自定義的塊，這些塊與以上的3個(gè)段類似。所有的段分為兩大類：已初始化段和未初始化段。這兩類段的最大區(qū)別就在于是否出現(xiàn)在加載文件中。

　　下面來(lái)分析COFF文件的結(jié)構(gòu)，COFF文件從上到下中依次是文件頭、可選的文件頭、段頭信息表、段頭信息表對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)、重定位信息、行號(hào)入口表、符號(hào)表、字符串表，如圖1所示。其中第3～6項(xiàng)包含多個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，前4項(xiàng)與加載文件密切相關(guān)。

　　由于前4項(xiàng)與加載文件相關(guān)，下面對(duì)這4項(xiàng)逐一分析一下：

　　(1)文件頭：顧名思義，就是COFF文件的頭，用來(lái)保存COFF文件的基本信息，如段數(shù)目、時(shí)間戳、符號(hào)表位置等。從文件的0偏移處開始，用C的結(jié)構(gòu)描述如下：

　　文件頭中的標(biāo)記包含了諸如大小端模式、COFF是否為可執(zhí)行文件等信息，具體解釋見參考文獻(xiàn)。

　　(2)可選頭：可選頭接在文件頭的后面，也就是從COFF文件的Ox0014偏移處開始。長(zhǎng)度可以為O。不同平臺(tái)的可選頭，長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)都不相同，TI DSP采用的可選頭長(zhǎng)度為28 B，用C的結(jié)構(gòu)描述如下：

　　(3)段頭：段頭緊跟在可選文件頭的后面(如果可選文件頭的長(zhǎng)度為0，它緊跟在文件頭后)，一般COFF包含多個(gè)段頭，數(shù)目就是文件頭中的usSection—Counter。它的長(zhǎng)度為48 B，用C的結(jié)構(gòu)描述如下：

　　段頭可以說是最重要的頭，文件分析提取器的核心就是用它來(lái)描述它的。一個(gè)COFF文件可以不要其它的節(jié)，但文件頭和段頭這兩節(jié)是必不可少的。有必要詳述一下它的成員：

　　cName用來(lái)保存段名，常用的段名有.text，.da—ta，.bss等。對(duì)于用戶自定義長(zhǎng)度超過8 B的段名，則為指向符號(hào)表的指針。

　　uiVirtAddr是段數(shù)據(jù)載入或連接時(shí)的虛擬地址。對(duì)于可執(zhí)行文件，這個(gè)地址是相對(duì)于它的地址空間而言。當(dāng)可執(zhí)行文件被載入內(nèi)存時(shí)，這個(gè)地址就是段中數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的位置。大多數(shù)情況下與uiPhyAddr相同。

　　uiSecSize是段中數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度，在讀取段數(shù)據(jù)時(shí)就由它來(lái)確定要讀多少字節(jié)。

　　uiSecPointer是段數(shù)據(jù)在COFF文件中的偏移量，以絕對(duì)地址標(biāo)識(shí)。

　　uiRelPointer是該段重定位信息的絕對(duì)地址，它指向了重定位表的1個(gè)記錄。

　　uiLNOffset是該段行號(hào)表的絕對(duì)地址，它指向的是行號(hào)表中的1個(gè)記錄。

　　uiRelSize是重定位信息的記錄數(shù)，從uiRelPointer指向的記錄開始，到第ulNumRel個(gè)記錄為止，都是該段的重定位信息。

　　uiLNSize和uiRelSize相似，不過它是行號(hào)信息的記錄數(shù)。

　　uiFlags是該段的屬性標(biāo)識(shí)，與下載相關(guān)的標(biāo)識(shí)如表1所示。

　　其余定義請(qǐng)見參考文獻(xiàn)。

　　(4)段數(shù)據(jù)：保存各個(gè)段的數(shù)據(jù)，在目標(biāo)文件中這些數(shù)據(jù)都以原始數(shù)據(jù)(Raw Data)形式存在，只有需要下載的數(shù)據(jù)段才存在該區(qū)域。

　　2 COFF文件分析提取器的工作流程

　　首先讀入目標(biāo)文件，該文件擴(kuò)展名為out，以二進(jìn)制形式讀入。分析.out文件的文件頭以確定有多少個(gè)段，然后逐段分析段信息頭，根據(jù)段屬性標(biāo)識(shí)以確定是否需要下載，段頭中的絕對(duì)地址、段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息作為升級(jí)文件的一部分。與需下載的段數(shù)據(jù)合并成最終的下載文件，為了適應(yīng)自動(dòng)化升級(jí)的需要，下載文件頭部還保留了COFF文件的時(shí)戳。值得注意的是因?yàn)門MS320C6000 DSP為32位處理器，需要對(duì)段落頭中段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息進(jìn)行32位整型對(duì)齊，在此采用Ceil對(duì)齊——不足的字節(jié)以O(shè)補(bǔ)齊。具體流程如圖2所示。

　　而COFF文件中的重定位信息、行號(hào)入口表、符號(hào)表、字符串表等數(shù)據(jù)區(qū)，對(duì)于下載文件的制作沒有直接聯(lián)系，可以不做分析。當(dāng)然，如果在PC上制作可視化工具的話，另當(dāng)別論，限于篇幅在此不做討論。

　　3 COFF文件分析提取器的應(yīng)用

　　開發(fā)的DSP應(yīng)用系統(tǒng)一般采用HOST—SLAVE模式，即DSP是作為系統(tǒng)的信號(hào)處理協(xié)處理單元，HOST保存有所有處理器的下載文件。COFF文件分析提取器在做離線使用時(shí)，提取出的下載文件由H0ST負(fù)責(zé)保存、上電加載。HOST的引導(dǎo)程序在上電時(shí)讀取已經(jīng)構(gòu)建好的二進(jìn)制文件，根據(jù)段數(shù)目、每段大小以及目標(biāo)數(shù)據(jù)的下載地址等相關(guān)信息即可完成對(duì)目標(biāo)代碼的自動(dòng)下載。COFF文件分析提取器在線使用時(shí)，時(shí)間戳就作為版本是否更新的依據(jù)，HOST一旦偵測(cè)到版本服務(wù)器有新版本的COFF文件并得到用戶升級(jí)確認(rèn)后，就可啟動(dòng)文件提取器。

　　目前，這種利用COFF文件分析提取器生成DSP下載文件的方式，已經(jīng)在中興通訊多個(gè)產(chǎn)品線廣泛應(yīng)用，大大提高了產(chǎn)品的可測(cè)試性和易維護(hù)性。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　在此討論的方法基于對(duì)COFF文件結(jié)構(gòu)的分析，讀取DSP編譯器生成的.out文件，根據(jù)文件本身攜帶的信息，直接提取生成可供下載的二進(jìn)制文件。最終生成的二進(jìn)制文件中包含有與.out文件相同的信息，在下載時(shí)利用這些信息即可完成對(duì)DSP芯片的加載。