隨著汽車智能化程度的提高，集成的ECU(Electronic Control Unit)數量不斷增加，OTA(Over-the-Air)技術變得越來越普遍，它允許車輛通過無線網絡接收軟件更新，從而實現功能升級和性能改進，提高了便利性。

根據硬件的不同特性，OTA有對應的實現策略：[1]

如果硬件支持A/B Swap，對應的應用程序只需要鏈接一次就可以在兩個不同的物理地址運行；

如果硬件不支持A/B Swap，對應的應用程序可以通過ROPI(Read-Only Position-Independent)的方式實現在不同的物理地址運行。

基于Arm的MCU在汽車行業(yè)中廣泛使用，IAR Embedded Workbench for Arm是一套完整的集成開發(fā)環(huán)境，符合ISO 26262功能安全標準，支持Arm的編譯和調試。本文主要以Arm Cortex-M為例介紹如何在IAR Embedded Workbench for Arm中實現ROPI。

01Arm ROPI介紹

Arm ROPI并沒有特別的寄存器來實現，而是通過基于PC的相對地址訪問代碼和只讀數據：

02在IAR Embedded Workbench for Arm中實現ROPI

在IAR Embedded Workbench for Arm中實現ROPI非常方便，勾選對應的ROPI編譯選項(C/C++ Compiler > Code > Position-independence > Code and read-only data (ropi))：

下面通過一個簡單的例子介紹如何在IAR Embedded Workbench for Arm中實現ROPI。

假設對應Code Flash的地址區(qū)間是：0x00000000 ~ 0x0007FFFF (512KB)。其中Bootloader的地址區(qū)間是0x00000000 ~ 0x00007FFF (32KB) ，而Application的地址區(qū)間分別為： 0x00008000 ~ 0x00043FFF (240KB) 和0x00044000 ~ 0x0007FFFF (240KB) 。

Application鏈接的時候使用的地址區(qū)間0x00008000 ~ 0x00043FFF：

defineregion IROM_region = mem:[from 0x00008000 to 0x00043fff];
placein IROM_region {readonly};
placeat address mem: 0x00008000 {readonlysection .intvec };

map文件顯示對應Application放到地址區(qū)間0x00008000 ~ 0x00043FFF：

由于Arm Cortex-M向量表包含的是MSP初始值和對應異常服務函數的地址：

對應異常服務函數的地址是一個絕對地址，為了讓向量表支持ROPI，需要對向量表做對應的處理，其中最簡單的方法就是把向量表放到RAM區(qū)域：

SECTIONCSTACKNOROOT(3)
SECTION .intvecROOT(2)
EXTERN __iar_program_start
EXTERN SystemInit
EXTERN main
PUBLIC __vector_table
DATA
__vector_table
DCDsfe(CSTACK)
…
; Relocate VectorTabletoRAM
SECTION.intvec_ramNOROOT(2)
PUBLIC __vector_table_ram
DATA
__vector_table_ram
DCDsfe(CSTACK)

在icf文件中把向量表放到RAM指定位置：

place ataddressmem:0x1fff8000 {section.intvec_ram};

然后Bootloader在跳轉到Application之前需要根據Application實際運行的地址修改對應的向量表：

/* Copy vector table from ROM to RAM and add corresponding offset for ROPI !!!*/
#pragmasection =".intvec"
staticvoidCopyVectorTable(void)
{
constuint32_tu32NrOfVectors = (uint32_t) __section_size(".intvec") /4U;
uint32_t*constpu32RamTable = (uint32_t*) (0x1FFF8000U);
uint32_t*constpu32RomTable = (uint32_t*) (0x00044000U);
/* The 1st element is MSP which does not add offset for ROPI !!! */
pu32RamTable[0] = pu32RomTable[0];
/* Following elements need add corresponding offset for ROPI !!! */
for(uint32_tu32Index =1U; u32Index < u32NrOfVectors; u32Index++)
?{
? pu32RamTable[u32Index] = pu32RomTable[u32Index] +?0x0003C000U;
?}
}

下面啟動代碼里面的Reset_Handler實現不支持ROPI：

THUMB
PUBWEAK Reset_Handler
SECTION.textREORDER:NOROOT(2)
Reset_Handler
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__iar_program_start
BX R0

需要將對應向量表中的Reset_Handler改成main函數：

SECTIONCSTACKNOROOT(3)
SECTION .intvecROOT(2)
EXTERN __iar_program_start
EXTERN SystemInit
EXTERN main
PUBLIC __vector_table
DATA
__vector_table
DCDsfe(CSTACK)
DCD main ;main
…
; Relocate VectorTabletoRAM
SECTION.intvec_ramNOROOT(2)
PUBLIC __vector_table_ram
DATA
__vector_table_ram
DCDsfe(CSTACK)
DCD main ;main
…

同時在main函數里面調用SystemInit和__iar_data_init3函數：

void__iar_data_init3(void);
intmain(void)
{
SystemInit();
__iar_data_init3();
…

對應program entry配置為main函數：

在Bootloader工程中下載調試來驗證對應Application是否支持ROPI。

在Bootloader調試選項(Debugger > Images > Download extra image)中添加對應Application.out文件并配置對應的Offset (0x00044000 - 0x00008000 = 0x0003C000):

Bootloader在跳轉到Application之前根據Application實際運行的地址修改對應的向量表 (對應向量表包含的地址需要是Application實際運行的地址)：

然后Bootloader跳轉到向量表中指定的Application的入口 (main函數):

Application中的異常服務函數可以正常運行：

說明對應Application成功實現ROPI(因為Application鏈接到地址區(qū)間0x00008000 ~ 0x00043FFF，同樣可以在地址區(qū)間0x00044000 ~ 0x0007FFFF正常運行)。

03

注意事項

當前IAR Embedded Workbench for Arm中ROPI實現有如下相關限制：

如果ROPI程序中有需要跳轉到其他非ROPI程序中使用絕對地址運行的函數(比如對應函數運行在RAM的絕對地址)，那么在ROPI程序中需要使用__absolute關鍵字聲明對應函數：

調試ROPI程序的時候，如果ROPI程序實際運行地址區(qū)間跟ROPI程序鏈接的地址區(qū)間不一樣的時候，需要配置對應的Offset(對應Offset的值是程序實際運行地址減去程序鏈接的地址)。另外Debug info only選項表示調試器只加載對應調試信息，而不下載對應程序：

05總結

本文主要以Arm Cortex-M為例介紹了如何在IAR Embedded Workbench for Arm中實現ROPI，更多關于在IAR Embedded Workbench for Arm中實現ROPI的信息，歡迎聯系IAR中國。

參考文獻：

1. https://www.vector.com/us/en/products/application-areas/embedded-software/embedded-trends/ota-update-approaches/

2. IAR Embedded Workbench for Arm C/C++ Development Guide

3. Arm Cortex-M4 Devices Generic User Guide

4. NXP AN5163 Load Position-Independent Code (PIC) on a Kinetis Platform Using the IAR EWARM Compiler

5. https://mypages.iar.com/s/article/Execute-in-RAM-after-copying-from-Flash-or-ROM?language=en_US

6. https://www.iar.com/knowledge/webinars-and-events/all-you-need-to-know-about-position-independent-code-and-data

7. https://mypages.iar.com/s/article/Position-independent-code-and-data-ROPI-and-RWPI

8. IAR Embedded Workbench for Arm C-SPY Debugging Guide