在晶心平台实作ROM patch技术分享

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)=%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;

}

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_TABLEsection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。)