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STM32- 부츠 설명

STM32 메모리 매핑 및 부트로드 프로세스에 대한 자세한 설명.

아래의 모든 예는 STM32F446에 대한 것이지만 기본 원칙은 대부분의 MCU에 적용됩니다.

링커 파일

STM32CUBEMX는 모든 탐색에 대한 참조로 볼 수있는 STM32F446RETX_FLASH.LD를 생성합니다.

링커는 컴파일러에서 생성 된 객체 파일을 가져 와서 최종 컴파일 출력을 생성합니다.이 경우 .ELF 바이너리입니다. 링커는 항상 링커 스크립트 파일을 사용합니다. 하나를 지정하지 않더라도 기본 스크립트가 사용됩니다.

링커 스크립트는 MCU 사양을 기반으로 한 메모리 만 설명하고 하드웨어 메모리가 연주되지 않습니다.

메모리

메모리 구조를 이해하지 않고는 부트 로더 프로세스에 대해 이야기 할 수 없습니다. 실제로 부트 로더의 목적은 응용 프로그램의 main() 메소드를 실행할 수있는 상태에서 메모리를 갖는 것이 목적입니다.

STM32F4의 프로그램 메모리, 데이터 메모리, 레지스터 및 I/O 포트는 동일한 선형 주소 공간 내에서 구성됩니다.

         ...
+ -- -- 0x2001FFFF -- -- +
|                    |
|   RAM              |
|                    |
+ -- -- 0x20000000 -- -- +
|        ...         |
+ -- -- 0x1FFF7A0F -- -- +
|                    |
|   System           |
|                    |
+ -- -- 0x1FFF0000 -- -- +
|        ...         |
+ -- -- 0x081FFFFF -- -- +
|                    |
|   Flash            |
|                    |
+ -- -- 0x08000000 -- -- +
|        ...         |
+ -- -- 0x001FFFFF -- -- +
|                    |
|   Alias            |
|                    |
+ -- -- 0x00000000 -- -- +

Alias Memory가 BOOT0 핀에 따라 플래시, 시스템 또는 RAM 메모리를 가리키는 경우. 기본적으로 플래시입니다.

현재 우리에게 가장 관심이 있습니다.

RAM은 메모리 관리를 위해 힙 또는 스택 추상화를 사용하여 실행중인 프로그램에서 생성 된 데이터를 저장합니다. 데이터는 지속되지 않습니다.
Flash는 Bootloader에서 사용하는 프로그램 바이너리, 상수 및 초기 변수 값을 스타트 업에서 RAM을 초기화하는 데 사용합니다. 데이터는 지속됩니다.

그러나 실제로 기능 분할은 다를 수 있습니다. 예를 들어, 프로그램 바이너리 데이터를 RAM에로드하거나 그 반대로로드해야 할 수도 있습니다.

메모리 구조는 링커 파일에 반영됩니다. 플래시는 ORIGIN = 0x8000000 에서 시작하고 RAM은 ORIGIN = 0x20000000 에서 시작됩니다.

 // linker file
MEMORY
{
  RAM ( xrw ) : ORIGIN = 0x20000000 , LENGTH = 128 K
  FLASH ( rx ) : ORIGIN = 0x8000000 , LENGTH = 512 K
}

이것은 기본 구현 일 뿐이며 Flash와 RAM을 쉽게 분할하고 MCU 메모리 사양을 준수하자마자 고유 한 블록이나 섹션을 추가 할 수 있습니다.

섹션

그런 다음 메모리는 링커 파일에 섹션으로 분할되며 각 주소 및 대상 (예 : 플래시 또는 RAM)이 있습니다.

 // linker file
SECTIONS
{
  ...
  . text :
  {
    ...
  } > FLASH
  ...
}

.ELF 기호 테이블을 탐색하기 위해 ARM-NONE-ABI-OBJDUMP 명령을 사용하고 모든 항목을 주소별로 정렬합니다 .

arm-none-eabi-objdump -t stm32-boot-explained.elf | sort

이 프로그램은 매뉴얼에 설명 된대로 출력을 생성합니다.

 Address Flag_Bits Section Size Name

.텍스트

컴파일 된 프로그램 코드는 플래시 메모리 에서이 섹션으로 들어갑니다.

섹션은 플래시의 ORIGIN 주소에서 시작하여 _etext 는 섹션의 마지막 주소를 가리 킵니다.

 08000000 l    d  . text	00000000 . text
08000 c00 g       . text	00000000 _etext

우리는 부트 로더 파일에서 사용하는 함수의 위치를 볼 수 있습니다.

 080005 c8 g     F . text	00000048 __libc_init_array
08000610 g     F . text	000000d 8 main
080006e8 g     F . text	00000064 Reset_Handler
08000b c4 g     F . text	00000024 SystemInit

.데이터

이 섹션은 RAM 메모리에 존재하며 정의 된 값의 모든 변수를 보유합니다. 주소 범위는 _sdata 에서 _edata 까지입니다.

 20000000 g       . data	00000000 _sdata
20000010 g       . data	00000000 _edata

이 섹션에서 main.c의 변수를 확인해 봅시다.

 20000000 l     O . data	00000004 static_data_int
20000008 g     O . data	00000008 data_double

주소 _sidata 에서 플래시 메모리에서 데이터를 복사하여 실제 값을 부트 로더 스크립트로 채워야합니다.

 08000 c08 g       * ABS *	00000000 _sidata

.BSS

블록 시작 기호 RAM 데이터가 할당 된 값이없는 모든 변수에 대한 데이터 섹션. 부트 로더는이 블록의 데이터를 0 으로 설정해야합니다.

메모리 범위는 _sbss 에서 _ebss 에 이릅니다.

 20000010 g       . bss	00000000 _sbss
20000044 g       . bss	00000000 _ebss

명시 적 값이없는 main.c의 모든 변수는이 섹션에 있습니다.

 2000002 c l     O . bss	00000004 static_bss_int
20000030 g     O . bss	00000008 bss_double
20000038 g     O . bss	00000008 bss_my_struct
20000040 g     O . bss	00000004 bss_my_union

GDB 로 확인합시다 :

(gdb) p bss_double
$1 = 0
(gdb) p & bss_double
$2 = (double * ) 0x20000030 < bss_double >

변수에 약간의 값을 할당하면 주소가 변경되지 않으며 여전히 .bss 에 유지됩니다.

(gdb) p bss_double
$3 = 86
(gdb) p & bss_double
$4 = (double * ) 0x20000030 < bss_double >

._USER_HEAP_STACK

_end 위의 모든 RAM 메모리 및 _estack 이 힙 및 스택 메모리에 전념 할 때까지.

 20000048 g       . _user_heap_stack	00000000 _end
20020000 g       . isr_vector	00000000 _estack

_estack 주소는 ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM) 로 계산됩니다. 128kB RAM의 경우 :

 _estack = 0x20000000 + 128 * 1024 # dec
        = 0x20000000 + 0x20000 # hex
        = 0x20020000

스택은 _estack 에서 시작하여 아래쪽으로 자라는 Lifo 구조입니다. 최소 스택 크기는 링커 파일에 _Min_Stack_Size 로 정의됩니다. 스택 메모리가 자동으로 해제됩니다.

 + -- -- 0x20020000 -- -- + < -- _estack
|                    |
|     Stack          |
|                    |
+ - - 0x2001FC00 - - + < -- - _Min_Stack_Size
|                    |
+ -- -- 0x200 sssss -- -- + < -- $msp register
|                    |
|                    |
|     Free space     |
|                    |
|                    |
+ -- -- 0x200 hhhhh -- -- + < -- Actual heap end
|                    |
|     Heap           |
|                    |
+ - - 0x20000248 - - + < -- + _Min_Heap_Size
|                    |
+ -- -- 0x20000048 -- -- + < -- _end

힙은 차례로 _end 에서 시작하여 malloc 요청할 때 _estack - _Min_Stack_Size 까지 위쪽으로 자랍니다.

Main.C.에 정의 된 stack_int 변수가 있습니다. 초기화 된 후 GDB 로 주소를 확인해 봅시다.

(gdb) p & stack_int
$1 = (unsigned short * ) 0x2001ffd6

(gdb) p $msp
$2 = (void * ) 0x2001ffd0

변수가 $msp 보다 높을 때 우리의 기대와 일치합니다.

C stdlib

임베디드 C 응용 프로그램에서 일반적으로 사용되는 표준 C 라이브러리 구현은 Newlib라는 것을 언급 할 가치가 있습니다. 이 라이브러리에는 특정 시스템 별 기능을 구현해야합니다. STM32Cubemx는 필요한 기본 구현으로 syscalls.c 파일을 생성합니다.

또한 프로그램 데이터 공간을 증가시키는 sbrk 호출의 경우도 마찬가지입니다. malloc 은이 기능을 사용하여 더 많은 힙 메모리를 할당합니다. sysmem.c에서 stm32cubemx에 의해 생성 된 구현을 찾을 수 있습니다. 단순히 화가에서 _end 에서 _estack에서 _estack - _Min_Stack_Size 까지 힙이 자랄 수 있습니다.

부팅 프로세스

이제 MCUS 메모리를 이해하면 GDB를 사용하여 프로그램에 연결합시다. 여기에 첫 번째 출력이 있습니다.

...
Reading symbols from ./stm32-boot-explained.elf...
Remote debugging using localhost:61234
Reset_Handler () at %PATH%/bootloader.c:25
25	void Reset_Handler () {
(gdb) info registers
...
pc             0x80006e8           0x80006e8 < Reset_Handler >
...

Reset_Handler 어떻게 든 응용 프로그램의 부트 포인트로 식별되었습니다.

링커 진입 점

링커 파일에 ENTRY 명령이 있음을 알 수 있습니다.

 // linker file
ENTRY ( Reset_Handler )

실제로 .ELF 파일 헤더의 Reset_Handler 함수 주소에 대한 참조를 저장합니다.

arm-none-eabi-objdump -t -f stm32-boot-explained.elf | grep " start address "

start address 0x080006e9

기호 테이블을 보면 Reset_Handler 다른 모든 기능과 마찬가지로 Flash .text 섹션에 있습니다.

 080006e8 g     F . text	00000064 Reset_Handler

주소는 페이지 정렬되므로 .ELF 헤더와 실제 주소 사이에 불일치가있을 가능성이 있습니다.

이 정보는 주로 코드 내에서 진입 점 기호의 존재를 확인하기 위해 링커에 의해 주로 사용되지만 MCU에 대한 실질적인 의미는 없습니다.

별명 메모리

STM32 사양에 따르면, CPU는 주소 0x00000000 에서 상단 스택 _estack 값을 가져온 다음 0x00000004 에서 시작하는 부팅 메모리에서 코드 실행을 시작합니다.

 + -- -- 0x001FFFFF -- -- +
|                    |
|   Alias            |
|                    |
+ -- -- 0x00000000 -- -- +

위에서 언급 한 별칭 메모리가 정의되는 곳입니다. 기본 구성을 사용하면 PIN 값 BOOT0 = 0 이면 0x8000000 에서 시작하는 플래시 메모리 블록과 별칭이됩니다.

BOOT0 및 BOOT1 기반으로 한 다른 옵션에는 내장 된 부트 로더 또는 RAM 메모리가 포함 된 시스템 메모리가 포함됩니다. 임베디드 부트 로더는 제작 중에이 매뉴얼의 범위를 벗어난 ST에 의해 프로그래밍됩니다.

그러나 Reset_Handler 플래시 메모리의 시작이 아닌 주소 0x08000524 가지고 있습니다. MCU는 어떻게 부트 스트랩 방법을 찾습니까?

벡터 테이블

벡터 테이블이 시작되는 곳은 다음과 같습니다.

 08000000 g     O . isr_vector	000001 c4 Vector_Table

MCU는 메모리의 시작을 벡터 테이블로 취급하며, 이는 다양한 인터럽트 서비스 루틴에 대한 포인터 및 Reset_Handler 포함한 필수 시작 기능을 포함합니다. MCU가 0x00000000 에서로드 할 것으로 예상되는 정확한 테이블 구조를 보려면 사양을 참조하십시오. 실제 테이블은 부트 로더로 채워야합니다.

주소	이름
0x00000000	예약된
0x00000004	핸들러 재설정
0x00000008	마스크 할 수없는 인터럽트
0x00000012	어려운 잘못
...	다른 인터럽트

부트 로더

이 Reset_Handler 보안 별 작업에서 펌웨어 자동 업데이트에 이르기까지 많은 응용 프로그램에 사용할 수있는 부트 로더 기능입니다. 여기서는 MCU의 메모리와의 상호 작용을 이해하기위한 기본 기본 구현을 살펴 보겠습니다.

기본적으로 Reset_Handler 메소드는 stm23cubemx에서 제공하는 startup_stm32f436xx.s asm 파일에 정의됩니다. 실제 bootloader.c 구현이 프로젝트의 구현은 명확성을 위해 C로 작성되었습니다.

링커 스크립트에 정의 된 변수는 C 코드에서 액세스 할 수 있습니다.

 extern uint32_t _estack ;

ASM 버전을 쉽게 복제 할 수 있습니다.

최소 로딩 프로세스는 다음 단계로 나눌 수 있습니다.

마이크로 컨트롤러 시스템 설정, FPU 설정 초기화, 벡터 테이블 위치 및 외부 메모리 구성 ( SystemInit() 기능)
.data 세그먼트 이니셜 라이더를 플래시에서 RAM으로 복사하십시오
.bss 세그먼트를 채우십시오
정적 생성자 호출 ( __libc_init_array() 함수)
응용 프로그램의 진입 점 ( main() 함수)을 호출하십시오.

1 단계 및 #4의 경우 STM32CUBEMX는 기능 구현을 제공하며 System_STM32F4XX.C에서 세부 사항을 확인할 수 있습니다.

직접 시도하십시오

이 프로젝트에는 STM32를 부팅하는 데 필요한 최소한의 파일 세트가 있습니다. ARM-NONE-ABI-OBJDUMP 의 출력을 확인하고 GDB 를 통과하기 위해 직접 시도해 볼 수 있습니다.

짓다

프로젝트를 구축하려면 ARM GNU 도구 체인이 필요합니다.

ARM-NONE-EABI-GCC , STM32_PROGRAMMER_CLI 및 ST-LINK_GDBSERVER 도구가 포함 된 올인원 STM32CUBECLT 명령 도구 패키지를 설치하는 것이 좋습니다.

cmake를 사용하여 프로젝트 구축 :

mkdir build ; cd build

cmake ../ -DPROGRAMMER_CLI=/opt/ST/STM32CubeCLT_1.15.1/STM32CubeProgrammer/bin 
    -DGDB_SERVER=/opt/ST/STM32CubeCLT_1.15.1/STLink-gdb-server/bin

make VERBOSE=1

마지막 명령은 연결 단계입니다. 다른 모든 컴파일러 플래그를 제거하면 명령이 다음과 같이 보일 수 있습니다. 링커에 링커 스크립트를 사용하도록 지시받는 곳입니다.

arm-none-eabi-gcc  
    ...
    -T " %SCRIPT_DIR%/STM32F446RETx_FLASH.ld "  
    ...
    " %OBJ_DIR%/%OBJECT_NAME%.c.obj " 
    ...
    -o stm32-boot-explained.elf

업로드

STM32_PROGRAMMER_CLI는 SWD Procotol에 대해 미리 구성되어 있습니다.

make flash

0x08000000 주소를 시작점으로 사용하는 프로그래머 출력에 대한 메모를하십시오.

...
Memory Programming ...
Opening and parsing file: stm32-boot-explained.elf
  File          : stm32-boot-explained.elf
  Size          : 1,46 KB
  Address       : 0x08000000
...

실제로 우리가 이미 알고있는 플래시 메모리의 시작 주소입니다.

디버그

st-link_gdbserver를 실행하기 위해 사전 구성된 사용자 정의 대상이 있습니다.

 # start ST-Link gdb server
make gdb-server

# connect with gdb debugger
gdb -ex ' target remote localhost:61234 ' ./stm32-boot-explained.elf

확장하다

stm32 boot explained

STM32- 부츠 설명

링커 파일

메모리

섹션

.텍스트

.데이터

.BSS

._USER_HEAP_STACK

C stdlib

부팅 프로세스

링커 진입 점

별명 메모리

벡터 테이블

부트 로더

직접 시도하십시오

짓다

업로드

디버그

dp-BOOT 권한 관리 시스템 v1.0

Spring Boot 기본 튜토리얼 v1.0

스프링 부트 파일 관리자 v1.0

stm32 cube cmake vscode

부트힐 현상금

보트: 게임 드

chat.petals.dev

GPT Prompt Templates

GPTyped

crewapp haxclient

GrocerEase

ruffle web player

Google Dorks

shepherd

mongo express