hex 文件和 bin 文件剖析


在单片机开发中,hex 文件和 bin 文件是非常常见的两种烧写文件格式。比如在 Keil 中,编译好程序后,点击 Download 就可以把 hex 文件烧录到板子上。

而有时候在我们实现 IAP 时,有需要生成 bin 文件格式,再将其传输到单片机中,通过 Bootloader 将 bin 接收移到相应地址。

哪这两个文件有什么区别?为什么有时候用 bin,而有时候用 hex?本文将针对这两个文件进行讨论。

一、概述

二进制文件(Binary File)是一种以二进制形式存储的计算机文件,其中的数据以字节为单位进行编码。二进制文件可以包含任意类型的数据,如图像、音频、视频、可执行文件等。与之相对的是文本文件,文本文件使用字符编码(如 ASCII 或 Unicode)表示数据。

十六进制文件(Hex File)是一种特殊的二进制文件,其中的数据以十六进制表示。每个十六进制数对应 4 个二进制位,因此可以更直观地查看和编辑二进制数据。十六进制文件常用于存储和传输机器码(即可执行文件),特别是在处理嵌入式系统中常见的固件或软件升级时。

更具体地说,*.bin 文件是二进制文件,是纯粹的 Flash 映像,不含任何额外信息;而 *.hex 是 Intex Hex 格式的映像文件,可理解为带存储地址描述格式的 bin 文件。

在 Keil 中,可以通过如下方式来生成 bin 和 hex 文件:

要生成 hex 比较简单,选中这个选项即可:

要生成 bin 文件需要借助 fromelf 工具:


指令为:

fromelf --bin -o "$L@L.bin" "#L"

// 或
fromelf --bin -o ./OBJECT/**.bin ./OBJECT/**.axf

注意,下面那种写法要写清楚自己的 bin 要放在哪个目录,以及 Keil 生成的 axf 所在的目录

二、hex 文件

hex 是 Intel 公司制定的一种使用 ASCII 文本记录机器码或常量数据的文件格式,这种文件常常用来记录将要存储到 ROM 中的数据,绝大多数下载器支持该格式。

一个 hex 文件由多条记录组成,而每条记录由五个部分组成,格式形如": ll aaaa tt [dd…] cc"

这里用不同的颜色和空格只是为了方便区分位

解释如下:

  1. ::每条记录的开头都使用冒号来表示一条记录的开始
  2. ll:以 16 进制数表示这条记录的主体数据区的长度(即后面 [dd…] 的长度)
  3. aaaa:表示这条记录中的内容应存放到 Flash 中的起始地址
  4. tt:表示这条记录的类型,它包含中的各种类型,类型见下表:
tt 的值代表的类型
00数据记录
01本文件结束记录
02扩展地址记录
04扩展线性地址记录(表示后面的记录按个这地址递增)
05表示一个线性地址记录的起始(只适用于 ARM)
  1. [dd…]:表示一个字节的数据,一条记录中可以有多个字节数据,ll 区表示了它有多少个字节的数据
  2. cc:表示本条记录的校验和(CheckSum),它是前面所有 16 进制数据(除冒号外,两个为一组)的和对 256 256 256 取模运算的结果的补码

例:下面以一个 hex 文件的前两行来分析:

:020000040800F2
:10000000E81B002091010008390B00088508000852

// 下面分下段方便查看
:02 0000 04 0800 F2
:10 0000 00 E81B002091010008390B000885080008 52

首先看第一条记录:

  1. 02:表示这条记录数据区的长度为两字节
  2. 0000:表示这条记录要存储到 Flash 中地址为 0000 处
  3. 04:表示这是一条扩展线性地址记录
  4. 0800:由于这是一条扩展线性地址记录,所以这部分表示地址的高16位,与前面的"0000"结合在一起,表示要扩展的线性地址为"0x0800 0000",这正好是 STM32 内部 Flash 的首地址 (^人^)
  5. F2:表示校验和,它的值为 ( 0 x 02 + 0 x 00 + 0 x 00 + 0 x 04 + 0 x 08 + 0 x 00 ) % 256 (0x02+0x00+0x00+0x04+0x08+0x00)\%256 (0x02+0x00+0x00+0x04+0x08+0x00)%256 的值再取补码。

下面是第二条记录:

  1. 10:表示这条记录数据区的长度为十六字节
  2. 0000:表示这条记录要存储到 Flash 中地址为 0000 处
  3. 00:表示这是一条数据记录,数据区的是地址;
  4. E81B002091010008390B000885080008:要按地址存储的数据
  5. 52:校验和,计算方法同上

再往后看,第三、四行数据如下:

:10001000350B0008410200084913000800000000E9
:10002000000000000000000000000000B70E000803

可以看到,从第二行开始,它们的地址都只相隔了 0x10。Hex 文件内大部分都是这种格式。

最后两行如下:

:04000005080000ED02
:00000001FF

// 分隔开
:04 0000 05 080000ED 02
:00 0000 01 FF

首先看倒数第二行,数据类型是 05,表示起始线性地址记录,其实它表示的是一个函数入口地址,但是这个函数地址并不会影响实际烧写到 Flash 中的内容,我们可以不管它,MDK 官方的解释是大多数情况下可以忽略它。

而倒数第一行,就纯粹表示文件结尾,没有别的含义,所有的 hex 文件的结尾都可以是这个。

我们在做有 IAP 功能的项目时,有时需要把 Bootloader 和 APP 两段代码合并以后烧写,这样可以大大简化操作步骤,此时,可以把两个 hex 文件手动合并。

操作方法是,把其中一个 hex 文件最后的两行(开始线性地址记录、文件结束记录),也就是刚才提到的那两行删除,再把另一个 hex 文件的所有内容都复制到其后就可以了。

当然,两个文件的地址区不应该有重叠

到这里,hex 的一些基本内容就介绍完了。

三、bin 文件

相比于 hex 文件,bin 文件就简单多了。bin 文件保存了需要烧写的目标文件内容,是没有任何附加格式的原始二进制文件。bin 文件其实就是 hex 文件中的数据部分:


结尾:

有关 bin 文件的一些信息,我在 STM32 芯片启动过程 一位中做过一些介绍

关于HEX文件格式的说明,第一部分如下;第二部分在附件里 HEX文件以行为单位。 每行以字符 ‘:’ (0x3a)开头,以回车换行符0x0d, 0x0a为结束。每行开始结束之间的所有内容,都是以字符形式表现的。例如数据如果是 0x1A ,那么转换到HEX格式的行里面就是0x31 0x41。如果数据是16bit的,例如地址,则先显示高位,后显示底位。例如 0x1234,转换成HEX格式文件后变成 0x31 0x32 0x33 0x34,显示出来以后就是1234。将数据部分内容每2个字符看做一个HEX数据,例如: :020000040000FA , 我把它看做 0x02 0x00 0x00 0x04 0x00 0x00 0xFA 第一个 0x02 为数据长度。 紧跟着后面的0x00 0x00 为地址。 再后面的0x04为数据类型,类型共分一下几类: '00' Data Record '01' End of File Record '02' Extended Segment Address Record '03' Start Segment Address Record '04' Extended Linear Address Record '05' Start Linear Address Record 然后,接着0x04后面的两个 0x00 0x00就是数据。最后一个0xFA是校验码。 HEX文件的每一行都是这样的格式: <0x3a> [数据长度1Byte] [数据地址2Byte] [数据类型1Byte] [数据nByte] [校验1Byte] <0x0d> <0x0a> 在例如: :1000000018F09FE518F09FE518F09FE518F09FE5C0 安装上面的数据行格式分析如下: <0x3a> [数据长度1Byte] 10 [数据地址2Byte] 00 00 [数据类型1Byte] 00 [数据nByte] 18F09FE518F09FE518F09FE518F09FE5 [校验1Byte] C0 <0x0d> <0x0a> 每行中的数据并不是一定有的,第二个直接的数据长度为0,那么这行就没有数据。 由于每行标识数据地址的只有2Byte,所以最大只能到64K,为了可以保存更大数据地址数据,就有了Extended Linear Address Record。如果这行的数据类型是0x04,那么,这行的数据就是随后数据的基地址。例如: :020000040004F6 :1000000018F09FE518F09FE518F09FE518F09FE5C0 :1000100018F09FE5805F20B9F0FF1FE518F09FE51D 第一行,是Extended Linear Address Record,里面的基地址是0x0004,第二行是Data Record,里面的地址值是0x0000。那么数据18F09FE518F09FE518F09FE518F09FE5要写入FLASH中的地址为 (0x0004 << 16) | 0x0000,也就是写入FLASH的0x40000这个地址。同样,第三行的数据的写入地址为0x40010。当一个HEX文件的数据超过64k的时候,文件中就会出现多个Extended Linear Address Record。 End of File Record 行是每一个HEX文件的最后一行。例如: :00000001FF 这样的一行数据内容是固定的,数据长度为0,地址为0。 校验值:每一行的最后一个值为此行数据的校验。例如: :1000000018F09FE518F09FE518F09FE518F09FE5C0 这行中的 0xC0 :1000100018F09FE5805F20B9F0FF1FE518F09FE51D 这行中的 0x1D 校验的算法为:计算从0x3A 以后(不包括0x3A)的所有各字节的模256的余。即各字节二进制算术,不计超过256的溢出值,然后用0x100减去这个算数累加,得出得值就是此行得校验
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