Sicheres C Programmieren in Embedded Systemen ARM I (ARM7TMDI [1] ) Wintersemester

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1 Sicheres C in Embedded Systemen ARM I (ARM7TMDI [1] ) Wintersemester Dipl. Ing. (FH) Ebrecht Roland, Infineon Technologies AG M.Eng (Electronic Systems) Güller Markus, Infineon Technologies AG Dipl. Inf. (FH) Klein Sebastian, Fujitsu Technology Solutions GmbH [1] ARM Cores

2 Agenda Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild LPC 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Initialisierung & C Library Tool Chain und File Formate

3 Ziel der Vorlesung Agenda : Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild LPC 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Initialisierung & C Library Tool Chain und File Formate

4 Ziel der Vorlesung Verständnis wie ein C Programm im Embedded Mikrocontroller Arbeitsspeicher aufgeteilt wird Program Initialisierung + C Library

5 C Program Speicher-Abbild Agenda : Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild LPC 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Initialisierung & C Library Tool Chain und File Formate

6 C Program Speicher-Abbild I Genereller Überblick char bglobal; char bglobini=0x31; DATENSEGMENT Variable der Speicherkl. extern, static Initialisiert oder uninitialisiert.. void main(void) {.. char rgblocal[32]; char *pheap; CODESEGMENT oder TEXTSEGMENT Programmcode in ausführbarer Form STACK SEGMENT (dynamisch) Variablen der Speicherklasse auto [oder Prozessor Register] pheap = malloc(10);..} HEAP SEGMENT (dynamisch) Freier Speicher

7 C Program Speicher-Abbild II ARM ELF Format char bglobal; char bglobini=0x31; const char bc=0x32;.. void main(void) {.. char rgblocal[32]; char *pheap; pheap = malloc(10);..} DATENSEGMENT Variable der Speicherkl. extern, static Initialisiert oder uninitialisiert Speicherkl. const bedeutet Read Only CODESEGMENT oder TEXTSEGMENT Programmcode in ausführbarer Form STACK SEGMENT (dynamisch) Variablen der Speicherklasse auto [oder Prozessor Register] HEAP SEGMENT (dynamisch) Freier Speicher ZI SECTION STACK ZERO RW ZI SECTION HEAP ZERO RW ZI SECTION.bss ZERO RW RW SECTION.data DATA RW RO SECTION.text CODE RO ELF ordnet Sektionen nach Attribute Zuerst RO dann RW dann ZI Innerhalb eines Attributes kommen Code vor Daten

8 C Program Speicher-Abbild III Typisches Laufzeit Speicher Abbild Stack Top initial_sp ZI DATA (STACK) Heap Base ZI DATA (HEAP) ZI DATA (.bss) RW DATA (.data) RO DATA (.constdata) RO CODE (.text) 0x

9 C Program Speicher-Abbild IV Memory Map File Execution Region ER_IROM1 (Base: 0x , Size: 0x000002f4, Max: 0x , ABSOLUTE) Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x x Code RO 3 RESET startup.o 0x x Code RO 41 *.ARM.Collect$$$$ mc_4.l(entry.o)(mc_4.l) 0x c 0x Code RO 45.ARM.Collect$$$$ mc_4.l(entry2.o)(mc_4.l) 0x x000000a4 Code RO 8.text serial.o 0x000001c4 0x000000a4 Code RO 24.text main.o 0x x Code RO 48.text mc_4.l(init.o)(mc_4.l) 0x x c Code RO 52 i. scatterload_copy mc_4.l(handlers.o)(mc_4.l) 0x000002b4 0x Code RO 53 i. scatterload_null mc_4.l(handlers.o)(mc_4.l) 0x000002b8 0x Code RO 54 i. scatterload_zeroinit mc_4.l(handlers.o)(mc_4.l) 0x000002d0 0x Data RO 26.constdata main.o 0x000002d4 0x Data RO 50 Region$$Table anon$$obj.o Execution Region RW_IRAM1 (Base: 0x , Size: 0x000001c8, Max: 0x , ABSOLUTE) Base Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object 0x x Data RW 27.data main.o 0x x Zero RW 25.bss main.o 0x x Zero RW 1 STACK startup.o

10 LPC 2148 Speicher-Abbild Agenda : Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild LPC 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Initialisierung & C Library Tool Chain und File Formate

11 LPC 2148 Speicher-Abbild I On Chip Speicher

12 LPC 2148 Speicher-Abbild II Speicher Adressen [2] [2] LPC214x User Manual

13 LPC 2148 Speicher-Abbild III Segmente Adressen ZI DATA (STACK) ZI DATA (HEAP) ZI DATA (.bss) RW DATA (.data) RO DATA (.constdata) RO CODE (.text) 0x

14 Scatter Loading Agenda : Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild LPC 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Initialisierung & C Library Tool Chain und File Formate

15 Scatter Loading I Einführung [3] Scatter Loading ist ein Mechanismus um Code und Daten im Speicher zu kontrollieren Streut Embedded Physikalischen Speicher im linearen Adressraum Scatter Loading definiert zwei Klassen von Speicherregionen Lade Region Beinhaltet Code und Daten nach Reset bzw Laden Typischerweise im Flash oder ROM Laufzeit Region (Execution Environment) Beinhaltet Code und Daten während der Program Ausführung [3] Using Scatter-loading Description Files

16 Scatter Loading II Beispiel Lade Speicher Abbild Laufzeit Speicher Abbild Startup Code main initialisiert kopiert ZI DATA STACK ZERO RW ZI DATA.bss ZERO RW RW DATA.data DATA RW Loader ISP lädt einmalig RW DATA.data DATA RW (RO) CODE.text CODE RO bei jedem Reset (RO) CODE.text CODE RO

17 Initialisierung & C Library Agenda : Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild NXP 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Initialisierung & C Library Tool Chain und File Formate

18 C Library Funktionen der C Library [4] Initialisierung der Laufzeitumgebung und starten der Applikation (main) Initialisierung von Stack und Heap Initialisierung referenzierter Library Funktionen Standard C Library versus MicroLib [4] Building an application with the C library

19 Reset & Initialisierung I Beispiel Lade Speicher Abbild Laufzeit Speicher Abbild Loader ISP lädt einmalig RW DATA.data DATA RW (RO) CODE.text CODE RO Startup Code main initialisiert kopiert bei jedem Reset ZI DATA STACK ZERO RW ZI DATA.bss ZERO RW RW DATA.data DATA RW (RO) CODE.text CODE RO

20 Reset & Initialisierung II MicroLib Start Sequenz C Library (MicroLib) main (Entry) scatterload [Kopiert Non Root Code] Kopiert RW Data Reset ZI Data Springt zu main rt_entry User Code Reset Handler MAM Setup PLL Setup Setup Stack Springt zu main main()

21 Tool Chain und File Formate Agenda : Ziel der Vorlesung C Program Speicher-Abbild NXP 2148 Speicher-Abbild Scatter Loading Reset & Initialisierung Tool Chain und File Formate

22 Toolchain und File Formate I Ausführbare Program Formate Es gibt verschiedene Formate wie die Segmente im Arbeitsspeicher von executable und von object Files beschrieben werden [5] Die Keil ARM Werkzeuge generieren das ARM Executable Format (AXF) based on Executable and Linkable Format (ELF) [5] Comparison of executable file formats

23 Toolchain und File Formate II Ausführbare Program Generierung mit ARM Tools

24 Fragen oder Anregungen?

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