如何在晶心平台实作ROM patch
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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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)=%d\n",jump_table.func_a(30));
printf("func2(30)=%d\n",jump_table.func_b(30));
printf("func3(30)=%d\n",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_TABLE"section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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}