Mach de Bagua    

闲话定位(locate)

一般的操作系统上用的程序，在源代码写好以后，会经历一个编译-链接的两步曲。在Windows或者Linux这样的平坦内存模式下，编译是把代码变成目标机器码，而链接，是把不同的目标码中的符号给链起来。简单说，就是把不同的obj文件捆绑到一个exe文件（也有多个文件的实现方式），然后调用子程序的跳转偏移要重新算过并填充到代码中。我说得很简单，其实这里面有很多讲究。

现在有个问题，如果给一个CPU系统，但是没有操作系统，你的程序如何能够跑起来? 或者要求你自己写一个操作系统，该从何下手？在有操作系统的时候，操作系统负责把exe文件从文件系统中调出来，放到内存的某一段，然后把ip指向这一段的第一条指令，程序就开始运行了（还是有很多讲究，例如保护模式实模式以及返回和错误处理等，这里就忽略了）。

自己写个独立运行的程序竟然如此复杂？其实还好，有了locator（定位器，一种软件）, 我们的工作只是变成了编译-链接-定位三步。定位器的存在，是以假设我们用ROM存储程序为前提的。不要什么文件系统，我们就直接把定位后的程序烧在ROM里然后放到内存空间里（用地址译码产生片选，而象嵌入式的386EX还直接就内嵌四个可遍程CS），再把CPU的第一条跳转指令弄好就万事大吉。定位器的作用，在这里是进行绝对定位，把代码类段的地址指向ROM而数据类段的地址指向RAM. 自然这当中有很多重定位工作。

新的问题又来了，如果数据段中是有初始化数据的怎么办？RAM又不能硬件编程的。简单的想法，把数据段先放在代码段里，然后在初始化段里面把这段数据抄到RAM里，然后改变数据段地址。事实上，好的locator会提供压缩功能，因为ROM总是不能作得太大的。在定位的时候数据被压缩，然后在初始化段里面调用一个宏去解压。之所以是宏，因为在解压之前没有堆栈，不能调用子程序。（其实还是有办法，我就必须解压之前调用其他的初始化子程序，所以要自己搞一个临时堆栈。）

最后，一个更花梢的方案是这样的：做一个ROM程序，先运行起来，负责与主机打交道(通过串口，或者共享内存+中断)。主机通过这个程序下载另一个程序，这个程序可能因为要经常更新，可能因为要加密解密，只能放在主机端。这个新程序被下载到RAM里，虽然locator以为把它定位到了ROM（是的，我们欺骗了locator! 有点逗。它也很老实的同意我们把数据段定位到所谓的ROM）。然后老程序放弃自己的运行，把控制权完全交给新程序。

所有的因素(locator的功能, RAM, ROM的尺寸限制以及地址分配，保护模式实模式，片选编程，要多种硬件兼容等)交织起来，还是足够麻烦考验耐心的。下次再说怎么调试。

posted 2004.05.18 Tuesday