Просмотр и проверка файлов прошивки Intel HEX, S-record и BIN

Как пользоваться

1. Вставьте текст файла в поле, откройте файл кнопкой или перетащите его на панель. Кнопки примеров подставят прошивку AVR, начало образа STM32, тот же код в S-record и файл с ошибками.
2. Под панелью появятся ошибки и замечания, таблица записей с раскрашенными полями, карта памяти и hex-дамп.
3. Для файла .bin задайте адрес, с которого он пишется в память: у STM32 это 08000000.
4. Чтобы сравнить прошивку с объёмом памяти, выберите плату или микроконтроллер.
5. В блоке «Преобразовать и скачать» выберите формат и скачайте файл. Если в файле неверные контрольные суммы, в блоке ошибок появится кнопка их исправления.

Как устроена запись Intel HEX

Каждая строка — одна запись. Она начинается с двоеточия, дальше идут байты, записанные парами шестнадцатеричных цифр, старшая цифра первой:

Типов записей шесть:

Поле адреса в записях 01–05 не используется и заполняется нулями. Записи 03 и 05 программатору не нужны — он пишет только данные, — но objcopy переносит в них точку входа из ELF-файла: в HEX загрузчика Arduino есть запись 03 с адресом 0000:7E00, а в прошивке STM32 запись 05 указывает на обработчик сброса.

Контрольная сумма: пример вручную

Возьмём вторую строку примера AVR: :08001000D9F72A95C1F7F5CFDD.

Младший байт суммы — 23. Контрольная сумма — его дополнение до 100: 100 − 23 = DD, как и записано в конце строки. Проверяют наоборот: сумма всех байтов записи вместе с контрольной должна оканчиваться на 00 — 623 + DD = 700. Восемь байтов данных начинаются с адреса 0010, значит, запись занимает 0010–0017.

Контрольная сумма ловит одиночную испорченную цифру, но не перестановку байтов и не потерю целой строки. Запись конца файла выдаёт только обрыв в конце, а пропавшую строку в середине покажет лишь CRC образа, если есть эталонное значение — например, опубликованное вместе с прошивкой.

Адрес: 16 бит, сегменты и линейная база

Поле адреса в записи данных — всего 16 бит. Файл без записей 02 и 04 описывает первые 64 КБ: этого хватает ATmega328P с его 32 КБ флеш-памяти. Для больших адресов перед записями данных ставят запись базы:

Здесь i — номер байта в записи. База действует, пока её не сменит следующая запись 02 или 04. Примеры:

Записи различаются переносом. После записи 02 смещение заворачивается внутри 64-килобайтного сегмента: байт за FFFF ложится в начало того же сегмента. После записи 04 адрес просто продолжается и заворачивается только за FFFFFFFF. GNU objcopy таких записей не создаёт — он обрывает запись на границе 64 КБ и ставит новую базу: ниже 1 МБ — записью 02, выше — записью 04. Если в одном файле встречаются и 02, и 04, objcopy при чтении складывает обе базы; так же считает пример в документе Intel о формате HEX-32. Инструмент делает так же и предупреждает: другие программы могут взять только последнюю базу.

Формат Motorola S-record

S-запись начинается с буквы S и цифры типа, за ними пары шестнадцатеричных цифр:

Главное отличие от Intel HEX — адрес полной длины прямо в каждой записи данных и другое правило контрольной суммы: не дополнение до нуля, а инверсия младшего байта суммы. Для S9030000FC сумма 03 + 00 + 00 = 03, а FF − 03 = FC. Отличие в длине: поле длины в S-записи считает и адрес с контрольной суммой, а в Intel HEX — только данные. Завершающая запись S7 по описанию Motorola закрывает блок S3, S8 — блок S2, S9 — блок S1, но S7 и S8 нужны, только когда стартовому адресу не хватает двух байтов; иначе любой блок закрывают записью S9. Поэтому S9 после S3 законна, а S7 после S1 инструмент лишь отмечает как необычную. Запись S4 не определена.

Карта памяти, дамп и двоичный образ

Записи не обязаны идти по порядку и подряд. Инструмент собирает их в непрерывные диапазоны. Между диапазонами остаются промежутки: в hex-дампе и в файле .bin они заполняются байтом FF — так выглядит стёртая флеш-память. Байт заполнения можно сменить, например на 00 для образа ПЗУ.

Если две записи пишут в один адрес, в образ попадает более поздняя — так поступит программатор, записывая строки по очереди. Перекрытие с разными байтами — ошибка: обычно это два HEX-файла, склеенные вручную, или прошивка, наложенная на загрузчик по неверному адресу. Перекрытие с одинаковыми байтами безвредно, но тоже отмечается.

CRC-32 и суммы байтов считаются по тому же образу, что лёг бы в файл .bin: от первого адреса с данными до последнего, с заполнением промежутков. Это CRC-32 в варианте ZIP (CRC-32/ISO-HDLC) — та же, что у архиватора zip и функции zlib.crc32 в Python; команда POSIX cksum по умолчанию считает другой CRC. Другой алгоритм или диапазон — например, блок CRC микроконтроллера — подберите в калькуляторе CRC.

При переводе в Intel HEX инструмент пишет файл так же, как GNU objcopy: по 16 байт в записи (можно 32), строки CRLF, база ниже 1 МБ — записью 02, выше — записью 04, стартовый адрес сохраняется. Загрузчики Arduino optiboot и stk500v2 из ArduinoCore-avr после разбора и обратной записи совпадают с исходными файлами байт в байт. S-записи получают тип по наибольшему адресу данных и стартовому адресу: S1 до FFFF, S2 до FFFFFF, S3 выше. Заголовок S0 исходного S-record переносится байт в байт; при переводе из HEX или BIN в него пишется имя файла, если оно латиницей, иначе «HDR».

Размер прошивки и объём флеш-памяти

Размер прошивки — число байтов с данными, без промежутков и без повторов при перекрытии. Arduino IDE после компиляции сообщает ту же величину: сумму секций .text и .data, которые попадают в HEX; EEPROM уходит в отдельный файл .eep.

Сравнивать её надо не со всем объёмом флеш-памяти, а с доступным: загрузчик занимает её конец. По boards.txt ядра Arduino AVR скетчу на Arduino Uno доступно 32 256 байт из 32 768 (512 байт у optiboot), на Nano — 30 720 (под загрузчик отведено 2 КБ), на Mega 2560 — 253 952 из 262 144. Выберите плату в списке — инструмент покажет процент, как Arduino IDE, и предупредит, если данные залезают в область загрузчика или за пределы памяти. Объёмы памяти микроконтроллеров в том же списке взяты из данных атласа: описаний устройств Microchip для ATmega328P, ATmega8, ATtiny85 и ATtiny13A и базы STM32CubeMX для STM32F103C8, STM32F401CC и STM32F411CE. Файл «with_bootloader» из Arduino IDE и сам загрузчик лежат там законно. Подробнее о загрузчиках — в глоссарии, о прошивке без них — на странице avrdude.

Для STM32 важен ещё и адрес: флеш-память начинается с 0x08000000. Если в файле нет записи 04 и данные начинаются с нуля, программатор либо откажется писать, либо запишет их в другое место. Как устроены флеш-память, загрузчик и защита STM32 — на странице о флеш-памяти STM32.

Типичные ошибки

• Неверная контрольная сумма. Строку правили вручную или файл испортился при передаче. Инструмент покажет записанную и верную сумму и, если длина записи совпадает с числом байтов, исправит её. Если не совпадает и длина — байты потеряны, и новая сумма лишь скроет это.
• Нет записи конца файла. Файл оборвался при копировании или склеивании. Часть программаторов отказывается от такого файла, часть молча пишет неполную прошивку.
• Записи после конца файла. Обычно это два файла, склеенные без удаления строки :00000001FF в конце первого. Программаторы обычно читают только первый.
• Перекрывающиеся записи. Две части прошивки претендуют на один адрес. Чаще всего это прошивка, собранная для другого начального адреса, или повторно вставленный кусок.
• 16-битный адрес вместо 32-битного. Прошивка STM32 без записи 04 окажется по адресу 0x00000000 вместо 0x08000000. Запись 04 в файле для AVR сама по себе не ошибка: если не исключить секции .eeprom, .fuse и .signature ключами -R, avr-objcopy кладёт их в HEX по адресам 0x810000 и выше, а прошивка ATmega2560 выходит за 64 КБ, и некоторые программы адресуют её записью 04 вместо 02. Насторожить должен диапазон, которого у выбранного микроконтроллера нет: его покажут карта памяти и сравнение с объёмом флеш-памяти.
• Строчные буквы и пустые строки. Спецификация пишет цифры заглавными, но большинство программ понимает и строчные; пустые строки пропускаются. Инструмент отмечает это как замечание, не как ошибку.

Конфиденциальность

Файл читается и разбирается в браузере, на сервер ничего не передаётся, а в адресе страницы сохраняются только настройки — байт заполнения, адрес .bin, выбранная плата, формат вывода и число байтов в записи.