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MCU/C2000

TI C2000 DSP ELF 파일 구조 분석 및 CCS 확인 방법

by linuxgo 2025. 8. 2.

소개

Texas Instruments의 TMS320F28388D는 C2000 시리즈의 고성능 마이크로컨트롤러로, 모터 제어, 전력 변환, 실시간 제어 애플리케이션에 최적화된 강력한 플랫폼입니다. 이 마이크로컨트롤러는 32비트 C28x 코어, 듀얼 CPU 서브시스템(CPU1, CPU2), 통신 관리 유닛(CM), 그리고 CLA(Control Law Accelerator)를 포함하여 복잡한 메모리 구조와 멀티코어 아키텍처를 제공합니다. 소프트웨어 개발 시, TI의 C2000 컴파일러는 ELF(Executable and Linkable Format) 또는 COFF(Common Object File Format) 형식으로 출력물을 생성합니다. ELF는 현대적이고 유연한 파일 형식으로, 최신 TI 컴파일러(예: ti-cgt-c2000_22.6.0.LTS 이상)에서 기본으로 사용되며, EABI(Embedded Application Binary Interface)를 기반으로 합니다. 이 문서에서는 ELF 파일의 구조를 심층적으로 분석하고, TMS320F28388D에서 ELF를 사용할 때의 고려 사항, 그리고 Code Composer Studio(CCS)를 활용해 ELF 파일을 확인하는 방법을 상세히 다룹니다.

1. ELF 파일 구조

ELF는 임베디드 시스템, 유닉스 계열 시스템, 그리고 다양한 프로세서 아키텍처에서 사용되는 표준 파일 형식입니다. TMS320F28388D와 같은 C2000 시리즈에서는 실행 파일(.out), 오브젝트 파일, 공유 라이브러리 등을 저장하는 데 사용됩니다. ELF 파일은 마치 잘 정리된 도서관의 책과 같습니다. 이 책은 표지(ELF 헤더), 목차(프로그램 헤더), 각 장(섹션), 색인(심볼 테이블), 그리고 참고 문헌(문자열 테이블)으로 구성되어, 프로그램의 실행과 디버깅을 체계적으로 지원합니다. ELF 파일은 다음과 같은 세 가지 주요 유형으로 나뉩니다:

  • 실행 파일 (Executable): 직접 실행 가능한 프로그램 (예: TMS320F28388D의 .out 파일).
  • 오브젝트 파일 (Object): 컴파일된 코드로, 링킹 전 단계.
  • 공유 라이브러리 (Shared Library): 동적 링킹을 지원하는 라이브러리.

1.1 ELF 파일의 주요 구성 요소

ELF 파일은 여러 구성 요소로 나뉘며, 각 요소는 특정 역할을 수행합니다. 아래는 주요 구성 요소와 그에 대한 묘사입니다:

  1. ELF 헤더 (ELF Header):
    •    설명: 파일의 맨 처음에 위치하며, 파일 형식, 타겟 아키텍처(예: C28x), 엔디안, 파일 유형(실행 파일, 오브젝트 파일 등), 섹션 헤더 테이블의 오프셋 등을 정의합니다.
    •    묘사: ELF 헤더는 책의 표지와 같습니다. 이 표지는 책의 제목(파일 형식), 저자(아키텍처), 출판 정보(엔디안, 버전), 그리고 목차가 어디에 있는지(섹션/프로그램 헤더 오프셋)를 알려주는 안내판입니다. TMS320F28388D에서는 C28x 아키텍처와 EABI를 명시하여 프로그램의 시작 지점을 안내합니다.
    •    주요 필드:
      •    e_ident: 매직 넘버(0x7F ELF)로 ELF 파일임을 식별.
      •    e_machine: C28x 아키텍처를 나타냄 (예: EM_TI_C28X).
      •    e_entry: 프로그램 진입점 주소 (예: main 함수의 시작 주소).
  2. 프로그램 헤더 테이블 (Program Header Table):
    •    설명: 실행 시 메모리에 로드되는 세그먼트 정보를 정의합니다. TMS320F28388D에서는 FLASH 또는 RAM에 로드되는 코드와 데이터 세그먼트를 포함합니다.
    •    묘사: 프로그램 헤더는 책의 목차와 같습니다. 이 목차는 책의 각 장(세그먼트)이 메모리라는 책장에 어디에 배치될지, 그리고 각 장이 얼마나 긴지를 알려줍니다. 예를 들어, .text 세그먼트는 FLASH 책장에, .data 세그먼트는 RAM 책장에 정렬됩니다.
    •    주요 필드:
      •    p_vaddr: 가상 주소.
      •    p_paddr: 물리 주소 (TMS320F28388D의 메모리 맵에 따라 설정).
      •    p_filesz: 파일 내 세그먼트 크기.
      •    p_memsz: 메모리 내 세그먼트 크기.
  3. 섹션 (Sections):
    •    설명: 코드, 데이터, 심볼 테이블 등 프로그램의 세부 데이터를 포함합니다.
    •    묘사: 섹션은 책의 각 장에 해당합니다. 각 장은 특정 주제를 다루며, 예를 들어 .text 장은 실행 코드를, .data 장은 초기화된 데이터를 다룹니다. TMS320F28388D에서는 이 장들이 FLASH, RAM, 또는 CLA 메모리라는 책장에 정교하게 배치됩니다.
    •    주요 섹션:
      •    .text: 실행 코드 (기계어 명령어). 책의 본문과 같은 핵심 콘텐츠.
      •    .data: 초기화된 데이터. 책의 삽화나 표처럼 초기값이 정해진 데이터.
      •    .bss: 초기화되지 않은 데이터 (런타임에 0으로 초기화). 빈 노트 페이지처럼 런타임에 채워짐.
      •    .const: 읽기 전용 상수 데이터. 수정 불가능한 참고 자료.
      •    .cinit: C 초기화 테이블 (TI C2000 전용). 변수 초기화를 위한 설계도.
      •    .stack: 스택 메모리. 책을 읽으며 메모를 적는 임시 공간.
      •    .ebss, .econst: TI C2000에서 확장된 섹션.
      •    .switch, .args: TI 컴파일러에서 사용하는 특수 섹션 (예: 스위치 테이블, 명령줄 인자).
  4. 섹션 헤더 테이블 (Section Header Table):
    •    설명: 각 섹션의 메타데이터(이름, 유형, 크기, 메모리 위치 등)를 포함합니다.
    •    묘사: 섹션 헤더 테이블은 책의 각 장을 설명하는 페이지입니다. 이 페이지는 각 장의 제목, 길이, 그리고 책장 내 위치를 기록하여 프로그램이 올바르게 로드되도록 돕습니다.
    •    주요 필드:
      •    sh_name: 섹션 이름 (문자열 테이블의 오프셋).
      •    sh_type: 섹션 유형 (예: SHT_PROGBITS for .text).
      •    sh_addr: 메모리 주소.
      •    sh_size: 섹션 크기.
  5. 심볼 테이블 (Symbol Table):
    •    설명: 함수, 변수 등의 심볼 이름과 주소를 저장합니다. 디버깅 및 링킹 시 사용됩니다.
    •    묘사: 심볼 테이블은 책의 색인과 같습니다. 특정 주제(함수나 변수)를 빠르게 찾을 수 있도록 이름과 페이지 번호(주소)를 제공합니다. 디버거는 이 색인을 참조해 코드의 특정 위치를 탐색합니다.
    •    주요 필드:
      •    st_name: 심볼 이름 (문자열 테이블의 오프셋).
      •    st_value: 심볼의 메모리 주소.
      •    st_size: 심볼 크기.
  6. 재배치 정보 (Relocation Information):
    •    설명: 링킹 시 주소 재배치를 위한 정보. TMS320F28388D에서는 FLASH 또는 RAM 주소로 재배치됩니다.
    •    묘사: 재배치 정보는 책의 페이지 번호를 최종적으로 수정하는 작업입니다. 책을 다른 책장에 옮길 때 페이지 번호를 새 책장의 위치에 맞게 업데이트하는 것과 유사합니다.
    •    주요 필드:
      •    .rela.text: .text 섹션의 재배치 정보.
      •    .rela.data: .data 섹션의 재배치 정보.
  7. 문자열 테이블 (String Table):
    •    설명: 섹션 이름, 심볼 이름 등을 저장합니다.
    •    묘사: 문자열 테이블은 책의 용어집입니다. 섹션이나 심볼의 이름을 한눈에 확인할 수 있는 참조표 역할을 합니다.
    •    주요 섹션: .strtab (심볼 이름), .shstrtab (섹션 이름).

다음은 ELF 파일의 구조를 간단히 시각화한 예시입니다:

ELF 파일 구조
├── ELF Header
├── Program Header Table
│   ├── Segment 1 (.text: 실행 코드)
│   ├── Segment 2 (.data: 초기화된 데이터)
│   └── Segment 3 (.bss: 초기화되지 않은 데이터)
├── Sections
│   ├── .text
│   ├── .data
│   ├── .bss
│   ├── .const
│   ├── .cinit
│   ├── .stack
│   ├── .symtab (심볼 테이블)
│   ├── .strtab (문자열 테이블)
│   ├── .shstrtab (섹션 이름 문자열 테이블)
│   └── .rela.text (재배치 정보)
├── Section Header Table

1.2 TMS320F28388D와 ELF의 특징 및 고려 사항

TMS320F28388D에서 ELF 파일은 C28x 아키텍처와 EABI를 기반으로 하며, COFF에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다:

  • 호환성: 현대적인 툴체인(예: GCC, LLVM)과 호환되어 확장성이 뛰어남.
  • 유연성: 복잡한 메모리 매핑과 섹션 관리를 지원.
  • 디버깅: 심볼 테이블과 디버깅 정보가 풍부하여 CCS에서 효율적인 디버깅 가능.

그러나 TMS320F28388D에서 ELF를 사용할 때는 몇 가지 주의점이 있습니다:

  • 라이브러리 호환성: 일부 TI 제공 라이브러리(예: CLA Math 라이브러리)는 COFF용으로 설계되어 ELF 빌드 시 링커 에러가 발생할 수 있습니다. TI의 E2E 포럼에서 최신 라이브러리 호환성을 확인하세요.
  • 최적화 문제: ELF 출력에서 컴파일러 최적화로 인해 특정 명령어(예: NOP)가 제거될 수 있습니다. 타이밍 민감 코드에서는 asm(" NOP") 또는 volatile 키워드를 사용해 이를 방지하세요.
  • 메모리 매핑: TMS320F28388D의 복잡한 메모리 구조(FLASH 1MB, RAM 338KB, CMBANK0/CMBANK1, CLA 메모리)를 고려해 링커 스크립트(.cmd 파일)를 정확히 설정해야 합니다.
  • 구조체 패딩: ELF의 메모리 정렬 규칙으로 인해 구조체에 패딩이 추가될 수 있습니다. #pragma pack이 지원되지 않을 경우, 구조체 멤버 순서를 조정하거나 명시적 패딩 바이트를 추가하세요.

1.3 TMS320F28388D와 ELF의 관계

  • C28x 아키텍처 전용: ELF 파일은 C28x 코어에 맞게 최적화되며, e_machine 필드에서 이를 명시합니다.
  • 멀티코어 지원: TMS320F28388D는 CPU1, CPU2, CM 코어를 포함하며, 각 코어에 대해 별도의 ELF 파일 또는 세그먼트가 생성될 수 있습니다. 이는 책을 여러 독자(코어)에게 배포하는 것과 유사합니다.
  • 링커 스크립트: TI의 링커 스크립트(예: 2838x_RAM_lnk_cpu1.cmd)는 섹션을 FLASH, RAM, CLA 메모리 등에 매핑합니다. 이는 책의 장을 특정 책장에 배치하는 설계도입니다.
  • FLASH와 RAM: ELF 파일의 세그먼트는 TMS320F28388D의 메모리 맵(예: FLASH 섹터 0x080000, M0/M1 RAM, GS RAM)에 따라 배치됩니다.

2. ELF 파일 분석 방법

ELF 파일의 구조를 분석하려면 다음 도구와 방법을 사용합니다:

2.1 TI 제공 도구

  • hex2000: ELF(.out) 파일을 바이너리(.bin) 또는 헥스 파일로 변환하며, 섹션 정보를 확인합니다.
  • c2000-objdump: TI C2000 컴파일러에 포함된 도구로 ELF 파일의 섹션, 심볼, 디스어셈블리 정보를 확인합니다.
  • readelf: GNU Binutils에 포함된 도구로 ELF 헤더, 섹션, 프로그램 헤더 등을 분석합니다. TI 환경에서도 사용 가능.
  • armofd: TI의 유틸리티로 ELF 파일의 섹션, 심볼, 디버깅 정보를 텍스트로 출력합니다.

2.2 ELF 분석 단계

  1. ELF 헤더 확인:
    •    출력: 파일 형식, 엔디안, 아키텍처, 진입점 주소 등.
    •    예: e_machine이 C28x를 나타내며, e_entry는 프로그램 시작 주소.
  2. readelf -h <파일명>.out
  3. 섹션 정보 확인:
    •    출력: .text, .data, .bss, .cinit 등의 섹션 크기와 메모리 위치.
    •    TMS320F28388D에서는 .cinit 섹션이 C 초기화 데이터를 포함.
  4. readelf -S <파일명>.out
  5. 프로그램 헤더 확인:
    •    출력: 메모리 로드 세그먼트 정보 (FLASH 또는 RAM).
  6. readelf -l <파일명>.out
  7. 심볼 테이블 확인:
    •    출력: 함수와 변수의 심볼 이름 및 주소.
  8. c2000-objdump -t <파일명>.out
  9. 디스어셈블리:
    •    출력: .text 섹션의 기계어 명령어.
  10. c2000-objdump -d <파일명>.out
  11. ELF 구조 텍스트 출력:
    •    출력: ELF 파일의 전체 구조를 텍스트 파일로 저장.
  12. armofd -g <파일명>.out > elf_structure.txt

3. Code Composer Studio에서 ELF 파일 확인 방법

CCS는 ELF 파일의 빌드, 디버깅, 분석을 위한 통합 환경을 제공합니다. 아래는 CCS에서 ELF 파일을 확인하는 단계별 방법입니다.

3.1 개발 환경 준비

  • 소프트웨어:
    •    Code Composer Studio (CCS) v12.8.1 (Eclipse 기반 권장, Theia 기반 v20.x는 호환성 문제 있음).
    •    C2000Ware SDK: TMS320F28388D 지원 (예: C:\ti\c2000\C2000Ware_x_xx_xx_xx).
    •    TI C2000 컴파일러: v22.6.0.LTS 이상 (ELF 지원 보장).
  • 하드웨어:
    •    TMS320F28388D 개발 보드 (예: TMDSCNCD28388D).
    •    JTAG 디버그 프로브 (예: XDS110 USB).

3.2 프로젝트 설정 및 EABI 활성화

  1. CCS 실행 및 워크스페이스 설정:
    •   CCS를 실행하고 워크스페이스 경로를 선택 (예: C:\Users\YourName\workspace_ccs).
  2. 새 프로젝트 생성:
    •    File → New → CCS Project.
    •   설정:
      •    Project Name: ELF_Analysis_F28388D
      •    Device: Family: C2000, Device: TMS320F28388D
      •    Compiler Version: TI v22.6.0.LTS
      •    Project Type: Empty Project
      •    Output Type: Executable
      •    Target Connection: XDS110 USB Debug Probe
    •   [Finish] 클릭.
  3. EABI 활성화:
    •     Project Explorer에서 프로젝트 우클릭 → Properties → Build → C2000 Compiler → Advanced Options → Runtime Model Options.
    •   --abi=eabi 설정하여 ELF 출력을 활성화.
  4. C2000Ware 라이브러리 추가:
    •    Properties → Build → C2000 Compiler → Include Options.
    •    추가 경로: 
      ${C2000WARE_ROOT}/device_support/f2838x/headers/include
${C2000WARE_ROOT}/device_support/f2838x/common/include
    •   Build → C2000 Linker → File Search Path: 
      ${C2000WARE_ROOT}/device_support/f2838x/common/lib
  5. 링커 스크립트 설정:
    •   링커 스크립트 추가 (예: 2838x_RAM_lnk_cpu1.cmd 또는 2838x_FLASH_lnk_cpu1.cmd).
    •   예제 링커 스크립트: 
      MEMORY
{
    CMBANK0_SECTOR0 : origin = 0x080000, length = 0x002000
    RAMM0           : origin = 0x000123, length = 0x0002DD
    RAMGS0          : origin = 0x00C000, length = 0x001000
}
SECTIONS
{
    .text   : > CMBANK0_SECTOR0
    .data   : > RAMM0
    .bss    : > RAMM0
    .cinit  : > RAMM0
    .stack  : > RAMGS0
}
  6. 소스 파일 추가:
    •    Project Explorer에서 New → File → main.c 생성.
    •   예제 코드 (LED 토글): 
      #include "device.h"
#include "driverlib.h"
#include <stdint.h>

void main(void) {
    Device_init();
    Device_initGPIO();
    GPIO_setPinConfig(GPIO_0_GPIO0);
    GPIO_setDirectionMode(0, GPIO_DIR_MODE_OUT);
    GPIO_setPadConfig(0, GPIO_PIN_TYPE_STD);
    GPIO_writePin(0, 0);

    while(1) {
        GPIO_togglePin(0);
        DEVICE_DELAY_US(500000);
    }
}
  7. 빌드:
    •   Project Explorer에서 프로젝트 우클릭 → Build Project.
    •   성공 시 Debug 폴더에 .out 파일 (ELF 형식) 생성.
    •   빌드 로그에서 오류나 경고(예: 섹션 할당 실패)를 확인.

3.3 ELF 파일 분석

  1. 디버그 세션:
    •   개발 보드와 JTAG 프로브 연결.
    •   Run → Debug Configurations → F28388D.ccxml 선택 → [Debug].
    •   디버그 세션에서 .out 파일이 메모리에 로드됨.
  2. 메모리 할당 확인:
    •   View → Memory Allocation: 메모리 맵과 섹션(.text, .data 등) 할당을 시각적으로 확인.
    •   예: .text는 FLASH(0x080000), .data는 RAM(0x000123) 등.
  3. 디스어셈블리 뷰:
    •   View → Disassembly: .text 섹션의 기계어 확인. 최적화로 인해 코드 변경 여부 점검.
  4. 심볼 뷰:
    •   View → Symbols: .symtab 섹션에서 함수와 변수의 심볼 정보 확인.
  5. 메모리 브라우저:
    •   View → Memory Browser: 섹션이 올바른 메모리 위치에 로드되었는지 확인.
  6. CCS 콘솔:
    •   빌드 로그에서 섹션 크기와 메모리 매핑 정보 확인.
    •   예: 
      section       size   addr
.text         0x100  0x080000
.data         0x50   0x000123
.bss          0x20   0x000143
.cinit        0x30   0x000163
  7. 명령줄 도구 사용:
    •   View → Terminal에서 다음 명령 실행: 
      armofd -g Debug/ELF_Analysis_F28388D.out > elf_structure.txt
c2000-objdump -h Debug/ELF_Analysis_F28388D.out
    •   armofd: ELF 파일의 섹션, 심볼, 디버깅 정보를 텍스트로 출력.
    •   c2000-objdump -h: 섹션 헤더 테이블 표시.

3.4 추가 도구 사용

  • hex2000:
    •   .out 파일을 바이너리로 변환하여 섹션 내용 확인.
    •   예: 
      hex2000 -o output.bin Debug/ELF_Analysis_F28388D.out

4. 문제 해결 및 팁

  • 컴파일 오류:
    •    driverlib.h, device.h 경로 확인. C2000Ware 경로가 올바르게 설정되었는지 확인.
    •    해결: Properties → Build → C2000 Compiler → Include Options에서 경로 재설정.
  • 링커 에러:
    •    섹션 크기가 메모리 영역을 초과하면, 링커 스크립트를 수정하거나 불필요한 코드를 최적화.
    •    해결: .cmd 파일에서 메모리 크기와 섹션 매핑 확인.
  • 디버깅 문제:
    •    JTAG 연결 확인, 타겟 구성 파일(.ccxml)에서 올바른 디바이스와 프로브 선택.
    •    해결: Run → Debug Configurations에서 설정 점검.
  • 최적화 문제:
    •    특정 코드(예: NOP)가 제거되었다면, -O0(최적화 비활성화) 테스트 또는 volatile 키워드 사용.
    •    예: volatile uint32_t delay = 1000;.
  • 호환성 문제:
    •    ELF와 COFF 라이브러리 간 충돌 시, TI의 최신 라이브러리 다운로드 또는 COFF로 전환.
    •    참고: TI E2E 포럼에서 최신 라이브러리 확인.
  • 구조체 패딩:
    •    ELF의 메모리 정렬로 인해 구조체에 패딩이 추가될 수 있음.
    •    해결: 구조체 멤버 순서 조정 또는 명시적 패딩 바이트 추가.
  • 추가 팁:
    •   최신 컴파일러 사용: ti-cgt-c2000_22.6.0.LTS 이상을 사용해 ELF 지원과 버그 수정을 보장.
    •    링커 스크립트 최적화: TMS320F28388D의 메모리 구조를 반영해 .cmd 파일을 세밀히 조정.
    •    디버깅 로그: CCS의 콘솔 로그와 armofd 출력을 활용해 섹션 크기와 메모리 할당 분석.
    •    문서 참고:
      •    TI C2000 Compiler User’s Guide (SPRUI04).
      •    TMS320F2838x Technical Reference Manual (SPRUII0).
      •    C2000Ware 예제: C:\ti\c2000\C2000Ware_x_xx_xx_xx\device_support\f2838x\examples.
      •    TI E2E 포럼: 기술 지원.

5. 결론

ELF 파일은 TMS320F28388D 프로젝트에서 코드, 데이터, 디버깅 정보를 체계적으로 관리하는 핵심 형식입니다. 마치 도서관의 책처럼, 표지(ELF 헤더), 목차(프로그램 헤더), 각 장(섹션), 색인(심볼 테이블)이 조화를 이루어 프로그램을 실행 가능하게 합니다. TMS320F28388D의 복잡한 메모리 구조와 멀티코어 아키텍처를 고려할 때, ELF 파일의 구조를 이해하고 올바른 링커 스크립트를 설정하는 것이 중요합니다. CCS와 TI의 도구(readelf, c2000-objdump, armofd, hex2000)를 활용하면 ELF 파일을 효과적으로 분석하고 디버깅할 수 있습니다. 위 단계를 따라 프로젝트를 설정하고 ELF 파일을 분석하여 TMS320F28388D 개발을 최적화하세요.

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