XBOOT尺寸裁剪

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 。