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Blayground

光头程序的链接脚本

准备工作

这次又换了工作环境，切换到一台小熨斗八迷你内存电脑，上次的那个 OpenBSD 虚拟机是别想跑起来了。但是看到了得使用 XModem，那么光用 PuTTY 解决不了问题了。于是乎尝试各种奇怪的软件，ExtraPuTTY，SecureCRT，HyperTerminal Private Edition，XShell。不是得付费就是 xmodem 坏掉的。换上TeraTerm终于消停了。

简单测试

拿到树莓派就在想这玩意儿没有闪存来放引导，每次怎么能直接从外置卡中启动呢？唯一说得通的也就是在那块博通芯片内部有个预编程的程序，每次上电先执行那个程序，那个程序呢，居然还能够访问 FAT32 文件系统，然后把固定文件名的文件装载到内存里执行。然后课程作业里有一个推荐的源码仓库，点进去看了下，发现是个很详细的教程，真是好。

根据源码仓库中教程中的指示，设法取得bootcode.bin与start.elf。同时得到bootloader05生成的kernel.img。把这三个文件放到一张空的安全数字存储卡的根下，插回板子，插上串口，电源周期一下，这时候串口会打印一些奇怪而有序的数字，看来是正常启动了。然后用 XModem 上传一个blinker.bin，成功后串口又打印了一串数字，这时候看板子上的绿灯开始一跳一跳了。

上面说明了这是一个可行的方案，接下来试一下自己的工具链是否靠谱。把 Makefile 中的$ARMGNU 改成合适的值。之后试一下生成文件能重现上面的结果，那么表示现在这工具链至少是可以的。

修改引导程序代码

首先先把这个程序改成用普通终端就能正常使用的东西。

看一下bootloader05的代码，可以发现里面有不少状态。状态0通过判端输入的字符是否是SOH来进入 Xmodem 接收模式，那么现在加入对别的字符的判断来进入其他的模式。比如'v'就是验证，大'P'是戳内存，小'p'是窥内存等等。之后一个个实现’p' 'P' 'v' 'l' 'g'功能就好，用户直接从串口输入，同时串口给出反馈信息。注意一下换行空格之类的就行。crc32 函数直接从网上搜来的。

最后看了下其实没有修改很多行，并且输出一个奇怪的字串占用了大约四分之一的代码修改量，其实应该判断下地址有没有词对齐等等。diff附在文末。

现在这个引导程序就直接能在串口上跑了，比如用户输入'p00000000'就能看 0x00000000 地址的内容。如果输入'P0000000000000000'就能把 0x00000000 写入地址 0x00000000。如果输入'l'并且之后用 Xmodem 发送一个文件的话，那个文件就会从$ARMBASE开始被写入。如果输入'v000000d4'就能计算从$ARMBASE地址开始大小为 0xd4 数据块的 crc32 值，并打印到串口上。之后用户可以用 crc32 程序计算自己本地所对应文件的 crc32 值是不是在板上那块内存中计算出来的值。

加壳

其实这样就够了，但是呢由于课上提到一个叫做xmodem-uploader.py的文件，似乎好像也得搞这么一个文件交作业。不过，找了半天也不知道被藏在了什么地方，实在没辙百度搜一下拼一枪了。一搜吓一跳，看了几篇文章决定还是用心智正常点的方式写这脚本吧。

首先调教一下 python 使之能够import serial以及import xmodem。之后就正常写一个伪命令行，检测输入的命令是什么，然后采取相应的动作。之前在板子上跑的代码没有错误检查（除了一个地址销毁机制），开 Xmodem 传文件也是手动的，比较 crc32 也得靠肉眼。那么现在这个脚本的目的就是过滤不正确的输入，以及自动化上传文件，还有文件自动校验。

生成光头程序小技能

这次写代码其实没什么好说的，却占了大多数篇幅，其实真正有意思的是那个 Makefile。花点时间好好研究一下。

顺便看到了clang llvm的做法，记下来以备忘，文末附上 Makefile。工作如下：

clang作为前端，吐出*.bc文件。猜一猜大概就是字节码吧，毕竟后端叫做底层虚拟机嘛。这一步指定指令字长。

llvm-link把多个字节码文件链接到一个文件中去。
opt优化字节码。
llc生成汇编代码，只有在这一步才与指令体系架构有关。
用binutils将汇编代码汇编，同时根据链接脚本，将所有代码段胶水在一起，生成特定格式的可执行文件，或者变成内存十六进制光头文件。

换成gcc的流程也就不言自明了。

附 1：lds

MEMORY
{
    ram : ORIGIN = 0x8000, LENGTH = 0x1000
}

SECTIONS
{
    .text : { *(.text*) } > ram
    .bss : { *(.bss*) } > ram
}

附 2：Makefile

ARMGNU ?= arm-linux-eabi

COPS = -Wall -O2 -nostdlib -nostartfiles -ffreestanding

gcc : kernel.img blinker.bin

all : gcc clang

clean :
	rm -f *.o
	rm -f *.bin
	rm -f *.hex
	rm -f *.elf
	rm -f *.list
	rm -f *.img
	rm -f *.bc
	rm -f *.clang.s


vectors.o : vectors.s
	$(ARMGNU)-as vectors.s -o vectors.o

bootloader05.o : bootloader05.c
	$(ARMGNU)-gcc $(COPS) -c bootloader05.c -o bootloader05.o

periph.o : periph.c
	$(ARMGNU)-gcc $(COPS) -c periph.c -o periph.o

kernel.img : loader vectors.o periph.o bootloader05.o
	$(ARMGNU)-ld vectors.o periph.o bootloader05.o -T loader -o bootloader05.elf
	$(ARMGNU)-objdump -D bootloader05.elf > bootloader05.list
	$(ARMGNU)-objcopy bootloader05.elf -O ihex bootloader05.hex
	$(ARMGNU)-objcopy bootloader05.elf -O binary kernel.img





start.o : start.s
	$(ARMGNU)-as start.s -o start.o

blinker.o : blinker.c
	$(ARMGNU)-gcc $(COPS) -c blinker.c -o blinker.o

blinker.bin : memmap start.o blinker.o
	$(ARMGNU)-ld start.o blinker.o -T memmap -o blinker.elf
	$(ARMGNU)-objdump -D blinker.elf > blinker.list
	$(ARMGNU)-objcopy blinker.elf -O ihex blinker.hex
	$(ARMGNU)-objcopy blinker.elf -O binary blinker.bin






LOPS = -Wall -m32 -emit-llvm
LLCOPS = $(LLCOPS1)
COPS = -Wall  -O2 -nostdlib -nostartfiles -ffreestanding
OOPS = -std-compile-opts
LLCOPS0 = -march=arm
LLCOPS1 = -march=arm -mcpu=arm1176jzf-s

clang : bootloader05.bin

bootloader05.bc : bootloader05.c
	clang $(LOPS) -c bootloader05.c -o bootloader05.bc

periph.bc : periph.c
	clang $(LOPS) -c periph.c -o periph.bc

bootloader05.clang.elf : loader vectors.o bootloader05.bc periph.bc
	llvm-link periph.bc bootloader05.bc -o bootloader05.nopt.bc
	opt $(OOPS) bootloader05.nopt.bc -o bootloader05.opt.bc
	llc $(LLCOPS) bootloader05.opt.bc -o bootloader05.clang.s
	$(ARMGNU)-as bootloader05.clang.s -o bootloader05.clang.o
	$(ARMGNU)-ld -o bootloader05.clang.elf -T loader vectors.o bootloader05.clang.o
	$(ARMGNU)-objdump -D bootloader05.clang.elf > bootloader05.clang.list

bootloader05.bin : bootloader05.clang.elf
	$(ARMGNU)-objcopy bootloader05.clang.elf bootloader05.clang.bin -O binary

附 3：伪命令行小脚本

显示/隐藏

# -*- coding: utf-8 -*-
import serial
import zlib
import os
from xmodem import XMODEM

if __name__ == "__main__":
    serial_port = serial.Serial(
        port='COM6',
        baudrate=115200,
        bytesize=8,
        parity=serial.PARITY_NONE,
        stopbits=1,
        xonxoff=0,
        rtscts=0,
        timeout=None
    )
#```

#### 传“函数指针”给xmodem实例
#```python
    def putc(data, timeout=1):
        serial_port.write(data)
        return 1

    def getc(data, timeout=1):
        return serial_port.read()

    modem = XMODEM(getc, putc)
#```

#### 伪命令行逻辑
#```python
    while True:
        cmd = raw_input('>> ').split(' ')
        serial_port.flushInput()
#```

#### 三个简单的功能
#```python
        if cmd[0] == 'go':
            putc('g')
            serial_port.flush()

        elif cmd[0] == 'peek':
            if len(cmd) <= 1 or cmd[1][0] != '0' or cmd[1][1] != 'x' or len(cmd[1]) != 10:
                print "Usage: peek 0x????????"
                continue

            serial_port.write('p' + cmd[1][2:] + '\n')
            serial_port.flush()
            serial_port.readline()
            print(serial_port.readline().strip())

        elif cmd[0] == 'poke':
            if len(cmd) < 3 or cmd[1][0] != '0' or cmd[1][1] != 'x' or len(cmd[1]) != 10 or \
                            cmd[2][0] != '0' or cmd[2][1] != 'x' or len(cmd[2]) != 10:
                print "Usage: poke 0x???????? 0x????????"
                continue

            serial_port.write('P' + cmd[1][2:] + cmd[2][2:] + '\n')
            serial_port.flush()
            serial_port.readline()
            print(serial_port.readline().strip())
#```

#### 载入功能调用xmodme库，验证功能使用crc32
#```python
        elif cmd[0] == 'load':
            if len(cmd) < 2:
                print "Usage: load path/to/file/to/be/loaded"

            stream = file(cmd[1], 'rb')
            if modem.send(stream):
                print("Send to board done")
            else:
                print("Send failed, power cycle the board and try again")

        elif cmd[0] == 'verify':
            if len(cmd) < 2:
                print "Usage: verify path/to/file/to/be/verified"
                continue

            prev = 0
            v_file = open(cmd[1], "rb")
            v_size = "%08X" % os.path.getsize(cmd[1])
            for eachLine in v_file:
                prev = zlib.crc32(eachLine, prev)
            v_crc32 = "%08X" % (prev & 0xFFFFFFFF)
            v_file.close()

            serial_port.write('v' + v_size + '\n')
            r_crc32 = (serial_port.readline().split()[1])
            if r_crc32 == v_crc32:
                print "ok crc32:%s" % v_crc32
            else:
                print "bad: local: %s, remote: %s" % \
                      (v_crc32 , r_crc32)
            serial_port.flush()
#```

#### 清洁工作

#```python
        elif cmd[0] == 'quit':
            break
        else:
            print "Available commands: peek poke load verify quit"

    serial_port.close()

附 4：`bootloader05.c`