深度掌握bin、hex、axf和elf文件格式
作者 | strongerHuang
微信公眾號(hào) | 嵌入式專欄
在嵌入式軟件開發(fā)中，bin、hex、axf和elf這四種格式的文件很常見。
之前我分享的STVP、ST-LINK Utility、STM32CubeProg這些下載編程工具的時(shí)候，都用到了bin、hex格式的文章。
作為普通嵌入式軟件開發(fā)者，可能只知道如何使用他們，并不會(huì)在意這些文件里面具體是什么內(nèi)容。
bin文件只是單純的程序數(shù)據(jù)，hex除程序數(shù)據(jù)之外還有一定格式數(shù)據(jù)。
而 axf 和 bin、 hex 同樣也屬于程序文件，差別在于 axf 具有更多的調(diào)試信息。
用一個(gè)表格來區(qū)分bin、hex和axf三者的關(guān)系：
| bin | hex | axf |
| 程序數(shù)據(jù) | 程序數(shù)據(jù) | 程序數(shù)據(jù) |
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地址、類型、校驗(yàn)等標(biāo)記信息 | 地址、類型、校驗(yàn)等標(biāo)記信息 |
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調(diào)試信息 |
你會(huì)發(fā)現(xiàn)，同樣一段代碼，編譯生成的bin文件最小，axf最大。
在嵌入式Linux中還有一種文件 ELF（Executable and Linkable Format，可執(zhí)行與可鏈接格式）也算是一種程序文件，這種文件包含信息更多、更復(fù)雜。
下面分別來描述bin、hex、axf和elf這四種格式文件。
當(dāng)然，bin 除了是程序文件的含義，還有其他含義，比如虛擬光驅(qū)文件，我們下載的一個(gè) Windows 鏡像文件后綴就可能是bin。
bin 相對(duì)于hex、axf是一種最簡(jiǎn)單的程序文件，只有程序數(shù)據(jù)，程序文件有多大，程序也就多大。
因此，你下載 bin 程序文件的時(shí)候，必須要設(shè)置起始地址，比如：通過STM32 ST-LINK Utility工具下載bin文件：
而hex則不可修改（文件中包含地址信息）：
1.解釋 維基百科解釋
https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_HEX
Keil官網(wǎng)解釋
https://www.keil.com/support/docs/1584/
hex行格式：
:BBAAAATT 【D···D】CC
其中：
: 代表行開始，固定為冒號(hào):
BB代表Bytes，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
AAAA代表Address，地址
TT代表Type，數(shù)據(jù)類型（標(biāo)識(shí)）
D···D代表Date，數(shù)據(jù)
CC代表CheckSum，校驗(yàn)和
說明：
BB數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，也就是D···D這個(gè)字段的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；
AAAA地址，起始地址、偏移地址，根據(jù)數(shù)據(jù)類型(TT)有關(guān)；
TT數(shù)據(jù)類型（標(biāo)識(shí)）：
-
00：數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)
-
01：文件結(jié)束標(biāo)識(shí)
-
02：擴(kuò)展段地址
-
04：線性地址
-
05：線性開始地址
（地址代表高16位地址，也就是要向左移16bit）
CC校驗(yàn)和計(jì)算公式：
CheckSum = 0x100 - (Sum & 0xFF)
不同數(shù)據(jù)類型個(gè)行數(shù)據(jù)略有差異，先再看下00（數(shù)據(jù)類型）的格式：
一個(gè)常見hex文件：
:020000040800F2:1000000000040020B1010008FD020008BD02000844:10001000F902000801020008350400080000000091:1000200000000000000000000000000021030008A4···省略數(shù)行:100470000000024084040008000000200004000086:040480004804000824:040000050800019955:00000001FF
1.04類型：線性地址行
:020000040800F2
02：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，這里是（0800）地址的2字節(jié)長(zhǎng)度； 0000：偏移地址，這里數(shù)據(jù)其實(shí)無效；
04：線性地址數(shù)據(jù)類型；
0800：線性起始地址，左移16位，即：0x0800 0000；
F2：校驗(yàn)和
F2 = 0x100 - (0x02 + 0x04 + 0x08);
比如，修改起始地址為0600：
2.00類型：數(shù)據(jù)行
:1000000000040020B1010008FD020008BD02000844
10：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，這里是16字節(jié)（程序）數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度； 0000：偏移地址，數(shù)據(jù)第一行偏移0000地址，第二行就是偏移0010，第二行就是偏移0020，依次偏移到FFF0； 如果偏移到FFF0，則會(huì)重新下一個(gè)起始地址，一段程序你就明白了：
:10FFD000D0C5CFA20D0A00003052010810B50A4862:10FFE00002F0FEFC09A002F0FBFC14A002F0F8FCF9:10FFF0001EA221A123A002F0F3FC2CA002F0F0FC31:020000040801F1:10000000394802F0EDFC10BD3C5301080D0A2A20CE:1000100020202020202020202020202020202020E0:100020002020202020202020202020414756D6C7F5 00：線性地址數(shù)據(jù)類型； 00040020B1010008FD020008BD020008：程序數(shù)據(jù)，就是bin文件里面的純程序數(shù)據(jù)； 44：校驗(yàn)和
44 = 0x100 - (0x10 + 0x04 + 0x20 + 0xB1 + 0x01 + 0x08 + 0xFD + 0x02 + 0x08 + 0xBD + 0x02 + 0x08 + 0x44) & 0xFF;
3.01類型：文件結(jié)束行
:00000001FF
00：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度； 0000：偏移地址，這里數(shù)據(jù)其實(shí)無效；
01：代表文件結(jié)束；
FF：校驗(yàn)和
這里代表hex文件結(jié)束了，有些公司為了使hex傳輸（下載）更可靠，或通過工具（或命令在）結(jié)束行后面追加校驗(yàn)信息，一般遠(yuǎn)程升級(jí)會(huì)考慮更多校驗(yàn)信息（后期抽時(shí)間講述一下遠(yuǎn)程升級(jí)）。
https://www.keil.com/support/docs/1584/ https://www.kanda.com/blog/microcontrollers/intel-hex-files-explained/ （公號(hào)不支持外鏈接，請(qǐng)復(fù)制鏈接到瀏覽器打開）
看到這里，我相信很多人都能寫一個(gè)腳本工具，讓hex轉(zhuǎn)為bin文件（后面抽空給大家講述一下hex和bin轉(zhuǎn)換的工具）。
axf文件 axf格式文件是針對(duì)ARM編譯器的一種格式文件，它是由 ARM 編譯器產(chǎn)生。axf文件除了包含程序數(shù)據(jù)（bin）和地址（hex）等數(shù)據(jù)之外，還包含調(diào)試信息。
axf文件內(nèi)的調(diào)試信息附加在程序文件中，有助于分析和調(diào)試。
axf文件的調(diào)試信息作用：
-
可將源代碼包括注釋夾在反匯編代碼中，這樣我們可隨時(shí)切換到源代碼中進(jìn)行調(diào)試。
-
還可以對(duì)程序中的函數(shù)調(diào)用情況進(jìn)行跟蹤(通過Watch & Call Stack Window查看)。
-
對(duì)變量進(jìn)行跟蹤(利用Watch & Call Stack Window)。
當(dāng)然，axf文件調(diào)試信息的包含的內(nèi)容有限，并非所有源碼（及注釋）相關(guān)信息都會(huì)包含在其中，想要有效調(diào)試，還是需要結(jié)合源代碼工程進(jìn)行調(diào)試。
elf文件 ELF： Executable and Linkable Format，可執(zhí)行與可鏈接格式。elf是一種用于二進(jìn)制文件、可執(zhí)行文件、目標(biāo)代碼、共享庫(kù)和核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)格式文件。是UNIX系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（USL）作為應(yīng)用程序二進(jìn)制接口（Application Binary Interface，ABI）而開發(fā)和發(fā)布的，也是Linux的主要可執(zhí)行文件格式。 ---來源百度百科
elf文件和bin、hex、axf文件同樣屬于可執(zhí)行文件這一類，但是他們之間差異還是很大，elf文件包含的信息更多，也更復(fù)雜。
elf格式文件由四部分組成：
-
ELF header：ELF頭
-
Program header table：程序頭表
-
Section：節(jié)
-
Section header table：節(jié)頭表
ELF header： 描述整個(gè)文件的組織。
Program Header Table: 描述文件中的各種segments，用來告訴系統(tǒng)如何創(chuàng)建進(jìn)程映像的。
Section： 是從運(yùn)行的角度來描述elf文件，sections是從鏈接的角度來描述elf文件，也就是說，在鏈接階段，我們可以忽略program header table來處理此文件，在運(yùn)行階段可以忽略section header table來處理此程序（所以很多加固手段刪除了section header table）。從圖中我們也可以看出，segments與sections是包含的關(guān)系，一個(gè)segment包含若干個(gè)section。
Section Header Table: 包含了文件各個(gè)segction的屬性信息。
這四部分內(nèi)容在《ELF詳細(xì)描述》文章中有詳細(xì)描述，需要更進(jìn)一步了解，可以進(jìn)入文中了解。
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