ARM编译中Code, RO-data,RW-data,ZI-data

ARM编译中Code, RO-data,RW-data,ZI-data

转自：http://blog.163.com/hancker_31/blog/static/35587361201153021942862/

ARM开发总结的小知识 
字节 8位
半字 16位
字   32位

Code, RO-data
RW-data,ZI-data

Code为程序代码部分
RO-data 表示 程序定义的常量(如：const temp等);
RW-data 表示 已初始化的全局变量
ZI-data 表示 未初始化的全局变量,以及初始化为0的变量

Program Size: Code="18248" RO-data=320 RW-data=260 ZI-data=3952 

Code, RO-data,RW-data ..............flash
RW-data, ZIdata...................RAM

初始化时RW-data从flash拷贝到RAM

生成的map文件位于list文件夹下 (KEIL)

    Total RO  Size (Code + RO Data)                18568 (  18.13kB)
    Total RW  Size (RW Data + ZI Data)              4212 (   4.11kB)
    Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)      18828 (  18.39kB)

ARM指令的长度刚好是1个字（分配为占用4个字节），Thumb指令的长度刚好是半字（占用2个字节）

R0-R15 (R15-PC,R14-LR,R13-SP) 32位

每个异常模式还带有一个程序状态保存寄存器 （SPSR），它用于保存在异常事件发生之前的CPSR

LDMIA R1!，{R2-R7, R12} ;将R1单兀中的数据读出到R2-R7,R12,  R1自动加1
STMIA RO!，{R3-R6,R10}  ;将R3-R6,R10中的数据保存到RO指向的地址，RO自动加1

在数据传送之前，将偏移量加到Rn中，其结果作为传送数据的存储地址.若使用后缀“!”，则结果写回到Rn中，且Rn值不允许为R15.指令举例如下:
LDR   Rd, [Rn, #Ox4]!

LDMFD  SP!,{R0-R3,PC}^ ;中断返回
“^”符号表示这是一条特殊形式的指令。这条指令在从存储器中装载PC的同时（PC是最后恢复的），CPSR也得到恢复

大端格式（Big-endian）
小端格式（Little-endian）
 
数据0x12345678存储格式
      大端格式
低地址<----0x12|0x34|0x56|0x78---->高地址
      小端格式
低地址<----0x78|0x56|0x34|0x12---->高地址

ARM微处理器支持7种运行模式，分别为： CPSR M[4:0]

用户模式(usr)：ARM处理器正常的程序执行状态。   10000
快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。 10001 
外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。             10010
管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式。            10011
数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。10111 
系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务。 11111
定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。 11011

ARM正常工作一般工作在用户模式和系统模式，复位的时候进入管理模式

对于ARM指令集来说，PC指向当前指令的下两条指令的地址

注意pc，在调试的时候显示的是当前指令地址，而用mov lr,pc的时候lr保存的是此指令向后数两条指令的地址

假设反汇编代码：  0x000001 :  mov lr pc   

(此时查看PC寄存器的值是0x000001,但实际PC值是0x000003, lr里面保存的就是0x000003)

fields 指定传送的区域(psr  CPSR或SPSR)
c 控制域屏蔽字节(psr[7..0])
x 扩展域屏蔽字节(psr[15..8])
s 状态域屏蔽字节(psr[23..16])
f 标志域屏蔽字节(psr[31..24])

例如：MSR cpsr_c, #0xD3 ;  CPSR[7...0] = 0xD3

ARM编译中的RO、RW和ZI DATA区段

ARM程序(指在ARM系统中正在执行的程序，而非保存在ROM中的bin文件)的组成
一个ARM程序包含3部分：RO段，RW段和ZI段
RO是程序中的指令和常量
RW是程序中的已初始化变量
ZI是程序中的未初始化的变量
由以上3点说明可以理解为：
RO就是readonly，
RW就是read/write，
ZI就是zero
ARM映像文件的组成
所谓ARM映像文件就是指烧录到ROM中的bin文件，也成为image文件。以下用Image文件来称呼它。
Image文件包含了RO和RW数据。
之所以Image文件不包含ZI数据，是因为ZI数据都是0，没必要包含，只要程序运行之前将ZI数据所在的区域一律清零即可。包含进去反而浪费存储空间。
Q：为什么Image中必须包含RO和RW？
A：因为RO中的指令和常量以及RW中初始化过的变量是不能像ZI那样“无中生有”的。
ARM程序的执行过程
从以上两点可以知道，烧录到ROM中的image文件与实际运行时的ARM程序之间并不是完全一样的。因此就有必要了解ARM程序是如何从ROM中的image到达实际运行状态的。
实际上，RO中的指令至少应该有这样的功能：
1. 将RW从ROM中搬到RAM中，因为RW是变量，变量不能存在ROM中。
2. 将ZI所在的RAM区域全部清零，因为ZI区域并不在Image中，所以需要程序根据编译器给出的ZI地址及大小来将相应得RAM区域清零。ZI中也是变量，同理：变量不能存在ROM中
在程序运行的最初阶段，RO中的指令完成了这两项工作后C程序才能正常访问变量。否则只能运行不含变量的代码。
说了上面的可能还是有些迷糊，RO，RW和ZI到底是什么，下面我将给出几个例子，最直观的来说明RO，RW，ZI在C中是什么意思。

1; RO
看下面两段程序，他们之间差了一条语句，这条语句就是声明一个字符常量。因此按照我们之前说的，他们之间应该只会在RO数据中相差一个字节（字符常量为1字节）。
Prog1：
#include <stdio.h>
void main(void)
{
;
}
Prog2：
#include <stdio.h>
const char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog1编译出来后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
Prog2编译出来后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 61 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1009 ( 0.99kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1009 ( 0.99kB)
================================================================================
以上两个程序编译出来后的信息可以看出：
Prog1和Prog2的RO包含了Code和RO Data两类数据。他们的唯一区别就是Prog2的RO Data比Prog1多了1个字节。这正和之前的推测一致。
如果增加的是一条指令而不是一个常量，则结果应该是Code数据大小有差别。

2; RW
同样再看两个程序，他们之间只相差一个“已初始化的变量”，按照之前所讲的，已初始化的变量应该是算在RW中的，所以两个程序之间应该是RW大小有区别。
Prog3：
#include <stdio.h>
void main(void)
{
;
}
Prog4：
#include <stdio.h>
char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog3编译出来后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
Prog4编译出来后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 1 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 97 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1009 ( 0.99kB)
================================================================================
可以看出Prog3和Prog4之间确实只有RW Data之间相差了1个字节，这个字节正是被初始化过的一个字符型变量“a”所引起的。

3; ZI
再看两个程序，他们之间的差别是一个未初始化的变量“a”，从之前的了解中，应该可以推测，这两个程序之间应该只有ZI大小有差别。
Prog3：
#include <stdio.h>
void main(void)
{
;
}
Prog4：
#include <stdio.h>
char a；
void main(void)
{
;
}
Prog3编译出来后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
Prog4编译出来后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 97 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 97 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
编译的结果完全符合推测，只有ZI数据相差了1个字节。这个字节正是未初始化的一个字符型变量“a”所引起的。
注意：如果一个变量被初始化为0，则该变量的处理方法与未初始化华变量一样放在ZI区域。
即：ARM C程序中，所有的未初始化变量都会被自动初始化为0。
总结：
1; C中的指令以及常量被编译后是RO类型数据。
2; C中的未被初始化或初始化为0的变量编译后是ZI类型数据。
3; C中的已被初始化成非0值的变量编译后是RW类型数据。
附：
程序的编译命令（假定C程序名为tst.c）：
armcc -c -o tst.o tst.c
armlink -noremove -elf -nodebug -info totals -info sizes -map -list aa.map -o tst.elf tst.o
编译后的信息就在aa.map文件中。
ROM主要指：NAND Flash，Nor Flash
RAM主要指：PSRAM，SDRAM，SRAM，DDRAM