介绍

  • 硬件平台：全志F1C100s
  • 系统：XBOOT（是个集成了驱动和库的bootloader，没有OS）
  • 工具链：gcc-arm-none-eabi

XBOOT默认的配置带了很多功能，编译后的尺寸颇大，影响启动时间。因为XBOOT启动过程的大部分时间是花在从Flash拷贝代码到RAM，所以只要能把编译结果的尺寸降下来，就可以成比例地加快启动速度。

在对XBOOT做裁剪优化后，编译后的尺寸从默认的4MB降至<170kB（不带图形系统和Lua），启动速度完全满足要求。



裁剪

未优化前，默认编译结果xboot.bin尺寸为4MB。

以下的裁剪措施分若干个步骤，可根据自己的需要的功能，只采取部分步骤。

  1. 去除不用的资源文件，尺寸减到3.3MB。XBOOT带了字体、图片、示例Lua脚本等资源文件，如果完全用不着图形界面，直接删掉。（如果应用中确实需要用到大量资源，参见本文最后给出的优化方法。）

    步骤：

    • 删除src/romdisk目录；
    • 修改src/Makefile，去除$(CP) romdisk .obj这行，但是保留arch/下的romdisk。

  2. 去除Lua框架，尺寸减到3MB。快速开发点简单的东西用Lua比较方便，由于我们的产品是用C/C++开发，所以Lua完全用不着。

    步骤：

    • 修改src/Makefile，去除所有lua、framework相关的行；
    • 编译一下，根据编译错误，删除代码里相关的引用。
  3. 去除图形库，尺寸减到403kB。图形图像相关的库比较多，可根据需要裁剪。很多应用场景不需要矢量图形、矢量字体，只需要libpng再加上位图字库就够用。 步骤：
    • 修改src/Makefile，去除zlib、libpng、pixman、cairo、freetype、chipmunk相关的行；
    • 编译一下，根据编译错误删除代码里引用到图形库的地方（比如do_showlogo）。

  4. 去除shell、command功能，尺寸减到371kB。开发、调试时可以用用shell，正式产品不需要保留。

    步骤：

    • 修改src/Makefile，去除shell、command相关的行；
    • 删除src/arch/arm32/lib/cpu/cmd-*.c，或移到另外的目录里；
    • 删除掉main()中的do_showlogo、do_autoboot、run_shell调用，改为直接调用实际的应用代码入口；
    • 编译一下，根据编译错误删除代码里几处引用到system()的地方。

  5. 去除不用的驱动，尺寸减到308kB。根据自己的应用需求，删除不必要的驱动。

    步骤：

    • 修改src/Makefile，去除用不到的driver/xxx，我这里只保留了block、时钟、console、dma、gpio、i2c、interrupt、pwm、reset、spi、uart、watchdog等常用外设驱动；
    • 删除mach-f1c100s/driver里不用的驱动，或移到单独的目录里。

  6. 去除不用的库，尺寸减到277kB。

    步骤：

    • 修改src/Makefile，去除libc/charset、libc/crypto、fs/xfs（视自己的需要删除）； 删除代码里引用到的地方。

  7. 链接时去除未用到的符号，尺寸减到170kB。XBOOT自带的libc和libm函数都通过EXPORT_SYMBOL宏加到了.ksymtab.text段，所以即使在代码中没有调用到，链接时也无法优化掉，白白占用空间。这个设计本意是为了编译动态链接库，不过在当前的XBOOT中并没有使用。

    步骤：

    • 修改module.h，把EXPORT_SYMBOL宏定义为空，即：#define EXPORT_SYMBOL(symbol)；
    • 修改mach-f1c100s/xboot.mk，给LDFLAGS增加-Wl,--gc-sections，给MCFLAGS增加-ffunction-sections -fdata-sections，让链接器删除未用到的符号。
  8. 去除文件系统。鉴于这个改动涉及很多零散的点，且大多数应用都会需要文件系统，所以不建议这样改。如果实在有必要，可以把所有的fs和block驱动去掉，尺寸减到131kB。

以上为功能裁剪和链接优化方法。



资源打包

如果程序中需要用到大量资源，资源文件默认是放在romdisk中，会增加启动时间。一个可采取的优化措施是，把非必要的资源单独放在另一个romdisk中，在启动后异步加载。（还未实际验证过）

先分析XBOOT的代码，和romdisk相关的有如下几处：

  • src/Makefile最后，sinclude这句，把源码的某个目录拷贝到.obj目录中，用cpio命令把目录打包成单个文件；
  • driver/block/romdisk/data.S和mach-f1c100s/xboot.ld，把打包后的romdisk文件链接到单独的.romdisk段；
  • 启动时，sys_copyself中把__image_start和__image_end两个符号之间的内容拷贝到RAM，如上所说.romdisk段也在此范围内；
  • subsys_init_romdisk中，用__romdisk_start和__romdisk_end符号之间的内存创建romdisk，并在subsys_init_rootfs中挂载到/。

因此，优化方法是，将非必须（启动不需要）的资源文件打包到另一个romdisk，挂载到单独的目录下使用。大致做法如下：

  • 启动过程中必须的资源仍然放在默认romdisk中；
  • 启动非必须的资源单独放到一个源码目录，通过Makefile cpio打包成单个文件；
  • xboot.ld中添加.dataromdisk段，参照XBOOT的做法，用一个.S文件把上一步的打包文件链接到.dataromdisk段；该段定义在.data段之后，因此启动的时候不会被sys_copyself拷贝；
  • 系统启动之后，参照sys_copyself的方法，把.dataromdisk段拷到RAM；
  • 按照subsys_init_romdisk和subsys_init_rootfs的做法，初始化另一个romdisk，挂载到/data。