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luaframework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zliblibpngpixmancairofreetypechipmunk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shellcommand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_showlogodo_autobootrun_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、consoledmagpioi2cinterruptpwmresetspiuartwatchdog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/charsetlibc/cryptofs/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libclibm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fsblock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.Smach-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__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__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_romdisksubsys_init_rootfs的做法,初始化另一个romdisk,挂载到/data