【嵌入式烧录/刷写文件】-2.1-详解Intel Hex格式文件

目录

1 什么是Intel Hex

2 Intel Hex的格式

2.1 Intel Hex的Record结构

2.1.1 “Record type记录类型”的说明

2.1.2 “Record length记录长度”的说明

2.1.3 如何计算“Checksum校验和”

2.2 Record order记录顺序

2.3 Text line terminators文本行终止符

3 Hex文件的Variants变体

结尾

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1 什么是Intel Hex

Intel Hex格式最初于1973年为Intel的Intellec Microcomputer Development Systems (MDS)设计，以便从纸带上加载和执行程序。它还被用于向Intel指定memory内容，以便生产ROM。1973年，Intel的“软件小组”仅由Bill Byerly和Ken Burget以及作为外部顾问的Gary Kildall组成。从1975年开始，该格式被MCS系列II ISIS-II系统所利用，使用文件扩展名HEX。后来许多PROM和EPROM编程设备接受了这种格式。

Intel Hex文件格式是一种以ASCII文本形式传达二进制的十六进制值信息的文件格式。它通常用于对Microcontroller微控制器、EPROM和其他类型的可编程逻辑器件和硬件仿真器进行编程。在一个典型的应用程序中，compiler编译器或assembler汇编器将程序的源代码（例如C或汇编语言）转换为machine code机器码，并将其输出到HEX文件中。有些人还将其用作容纳流数据包的容器格式。由此产生的文件常用的扩展名是.HEX或.H86。然后，programmer编程器读取HEX文件，以将机器码写入PROM中，或传输到目标系统进行加载和执行。

2 Intel Hex的格式

2.1 Intel Hex的Record结构

一个Intel Hex文件由一系列ASCII text record组成，一个record的长度将小于或等于92字符。这些record从左到右有以下结构：

:

Byte Count

Address

Type

Data

Checksum

举例：

1. Start code：一个ASCII冒号“：”（ASCII 0x3A）字符。在一条record中，这个符号之前的所有字符都应该被忽略。事实上，该规范的早期版本甚至要求在第一条record之前和最后一条record之后，至少25个NUL字符。然而，由于这是规范中鲜为人知的部分，并非所有编写的软件都能正确的处理这个问题。它允许在同一文件（甚至同一行）中存储其他相关信息，这是各种软件开发工具用来存储符号表或附加注释的设施，以及使用其他字符作为Start code的第三方扩展，如Keil的数字'0'，Mostek的'$'，或TDL的'！'、'@'、'#'、'\'、'&'和'；'。按照惯例，“//”经常用于注释。这些扩展都不能包含任何“：”字符作为有效负载的一部分。

2. Byte count：两个十六进制数字（既，1个字节），表示Data段中的字节数。最大字节计数为255（0xFF）。8（0x08），16（0x10）和32（0x20）是常用的data byte数。

3. Address：四个十六进制数字（既，2个字节），表示Data段的16位起始memory地址偏移量。Data的物理地址是通过将此偏移量添加到先前建立的base address基址来计算的，从而允许memory寻址超过16位地址的64千字节限制。基址默认为零，可以通过各种类型的record进行更改。Base address和address offset始终表示为big endian大端值。

4. Record type（参见下文的record type）：两个十六进制数字（既，1个字节），00到05，定义了Data段的含义。

5. Data：由2n个十六进制数字表示的数据组成的序列（既，n个字节）。某些record省略此Data段（n等于零）。data byte的含义和解释取决于应用程序。（4-bit data必须存储在字节的下半部分或上半部分，也就是说，一个字节只容纳一个可寻址的数据项)。

6. Checksum：两个十六进制数字（既，1个字节），一个计算值，可用于验证record是否有错误。一个record的checksum字节是checksum之前record中所有解码的字节值之和的least significant byte (LSB)的二进制补码（按位取反，再加1）。

2.1.1 “Record type记录类型”的说明

Intel HEX有六种标准record type：

Hex code	Record type	Description	Example
00	Data 数据	byte count规定了record中的data byte数量。本例有0B（11个）data byte。data的16位起始地址（本例中从0010起始的地址）和data（61，64，64，72，65，73，73，20，67，61，70）。	:0B0010006164647265737320676170A7
01	End Of File 文件的结束	必须在Hex文件的最后一条record中准确出现一次。byte count始终为00，address段为0000，data段被省略。	:00000001FF
02	Extended Segment Address 扩展段地址	byte count始终为02，address段被忽略（通常为0000），data段包含一个16位段基地址。这个地址乘以16，然后加到每个后续的data record address上，形成数据的起始地址。这允许寻址到一兆字节（1048576字节）的地址空间。	:020000021200EA
03	Start Segment Address 起始段地址	对于80x86处理器，指定起始执行地址。byte count始终为04，address段为0000，前两个data byte为CS值，后两个为IP值。执行应该从这个地址开始。	:0400000300003800C1
04	Extended Linear Address 扩展的线性地址	允许32位寻址（最高可达4GiB）。byte count始终为02，address段被忽略（通常为0000）。两个data byte（big endian）为所有后续的00型record指定32位绝对地址的上16位；这些上地址位适用于下一个04型record。00型record的绝对地址是由最近的04型record的高16位地址位和00型record的低16位地址位组合而成。如果一个00型record前面没有任何04型record，那么它的上16位地址位默认为0000。	:020000040800F2
05	Start Linear Address 起始线性地址	byte count始终为04，address段为0000。四个data byte代表一个32位的地址值（big-endian）。在支持它的CPU的情况下，这个32位地址是执行开始的地址。	:04000005000000CD2A

其他record type已被用于变体，包括Wayne和Layne的06，BBC/Micro:bit Educational Foundation的0A、0B、0C、0D和0E，以及Digital Research的81、82、83、84、85、86、87和88。

2.1.2 “Record length记录长度”的说明

不同于Motorola S-record（S19/SREC/mot/SX）文件，Intel Hex文件中的record count仅用来表征Data段的长度，一个字节的record count最大为255，而8（0x08），16（0x10）和32（0x20）是常用的data byte数。

一个record的总长度最大为521个字符：

• Start code为1个ASCII字符（2个十六进制数字）；
• Byte count为2个十六进制数字；
• Address为4个十六进制数字；
• Record type为2个十六进制数字；
• Data最大255*2个十六进制数字；
• Checksum为2个十六进制数字。

2.1.3 如何计算“Checksum校验和”

下面的record为例，来介绍Checksum的计算：

:208800000A3400090A34000A0A34000B0A34000C0A34000D0A34000E0A34000F0A34001004

Checksum计算过程：

1.对所有Byte count + Address + Record type +Data十六进制字节求和：

20 + 88 + 00 + 00 + 0A + 34 + 00 + 09 + 0A + 34 + 00 + 0A + 0A + 34 + 00 + 0B + 0A + 34 + 00 + 0C + 0A + 34 + 00 + 0D + 0A + 34 + 00 + 0E + 0A + 34 + 00 + 0F + 0A + 34 + 00 + 10 = 2FC。

2.保留最后一个LSB字节，即十六进制字节FC，其二进制为1111 1100。

3. LSB的二进制补码：取反为0000 0011，再加1后为0000 0100，即十六进制字节04。或checksum=FF - FC + 1= 04。

2.2 Record order记录顺序

当生成一个Hex文件时，需要按照一定的record order将数据和指令写入文件中。下面是Hex文件的record order：

1.扩展线性地址记录（Record type = 04 Extended Linear Address Record）

这是Hex文件的第一条record，用于设置程序的起始地址。该record的地址段必须设置为0，数据段包含扩展线性地址的高16位。这个record只有一个，并且是可选的。

2.扩展段地址记录（Record type = 02 Extended Segment Address Record）

这是Hex文件的第二条record，用于设置程序的起始地址。该record的地址段必须设置为0，数据段包含扩展段地址的高16位。这个record只有一个，并且是可选的。

3.数据记录（Record type = 00 Data Record）

数据记录包含程序的代码和数据。每个数据记录包含一个地址和一组数据。数据记录的地址必须按照从小到大的顺序排列。

4.结束记录（Record type = 01 End of File Record）

结束记录表示Hex文件的结束。该record的地址段必须设置为0，数据段为空。

在Hex文件中，扩展线性地址记录和扩展段地址记录是可选的，因为它们只在程序起始地址超过16位时才需要使用。数据记录是Hex文件中最常见的Record type，它包含程序的代码和数据。结束记录表示Hex文件的结束，并且必须出现在Hex文件的末尾。

需要注意的是，record order必须按照上述顺序进行，否则程序可能无法正常运行或数据丢失。因此，在生成Hex文件时，必须按照规定的record order将record写入文件中，以确保程序的正确性。

举例：

:0200000400E01A
:208800000A3400090A34000A0A34000B0A34000C0A34000D0A34000E0A34000F0A34001004
:208820000A3400110A3400120A3400130A3400140A3400150A3400160A3400170A340018A4
......
:20FFC000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF41
:20FFE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF21
:0200000400E119
:20000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00
:20002000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFE0
......
:20FFC000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF41
:20FFE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF21
:0200000400E218
:20000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00
:20002000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFE0
......
:20FFC000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF41
:20FFE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF21
:0200000400E317
:20000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00
:20002000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFE0
......
:20FFC000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF41
:20FFE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF21
:0200000400E416
......
......
:20BF600092FEE1872737CCFFFF6B82EE806CE018EDE0140E4B0115EE8834EE82EDE0143562
:20BF8000C60B874AB21BFE1B84044411EC803BC7874ABA56FE1B826C851827FF31EC851B66
:02BFA0008A0A0B
:00000001FF

2.3 Text line terminators文本行终止符

Intel HEX record通常由一个或多个ASCII行终止符分隔，以便每条record单独显示在一个文本行上。这可以直观地分隔record来增强可读性，同时也提供了record之间的填充，可以用来提高机器的解析效率。但是，line termination character行终止符是可选的，因为“：”用于检测record的开始。创建HEX record的程序通常使用符合其操作系统约定的行终止符。例如，Linux程序使用一个LF（换行，十六进制值为0A）字符来终止行，而Windows程序则使用一个CR（回车，十六进制值为0D），后面跟着一个LF。

Intel HEX由ASCII文本行组成，这些文本由line feed换行符和/或carriage return回车符分隔。每个文本行都包含编码多个二进制数的十六进制字符。二进制数可以表示data、memory address或其他值，具体取决于它们在行中的位置以及行的类型和长度。每个文本行称为一条record。

3 Hex文件的Variants变体

您可能会遇到以下几种类型的hex文件：

• Intel HEX文件：这是最常见的hex文件格式，由Intel公司推出，用于将二进制数据转换成文本格式。这种格式的hex文件通常用于嵌入式系统的程序下载、烧录和调试。
• Motorola HEX文件：这种格式的hex文件通常用于旧版本的嵌入式系统和一些老式的烧录器。它与Intel HEX文件格式有些不同，但基本上还是将二进制数据转换为文本格式。

Motorola HEX文件的格式如下：

:BBAAAATT[DDDDDDDD...]CC

其中：

:：冒号是记录起始的标志。

BB：表示该记录中数据的长度，以十六进制表示。这个长度不包括起始地址、记录类型和校验和，只包括数据部分的长度。

AAAA：表示数据的起始地址，以十六进制表示。这个地址是一个16位地址，也就是说，可以表示64KB的内存。

TT：表示该记录的类型，以十六进制表示。记录类型有四种：

00：数据记录，表示该记录包含数据。

01：结束记录，表示该文件的结束。

02：扩展线性地址记录，表示该记录包含一个扩展线性地址，用于超过64KB的内存空间。

04：扩展段地址记录，表示该记录包含一个扩展段地址，用于超过64KB的内存空间。

DDDDDDDD...：表示该记录中的数据，以十六进制表示。数据的长度由BB指定。

CC：表示校验和，以十六进制表示。校验和是整个记录中除了冒号以外的所有数据的累加和的反码加1。

• TI-TXT文件：这种格式的文件由德州仪器公司开发，通常用于烧录 TI 微控制器和数字信号处理器（DSP）。

TI-TXT文件的格式如下：

HDR

<length> <address> <type>

<D0> <D1> <D2> ... <DN> <checksum>

<CR><LF>

其中：

HDR：是文件头，指示该行是一个数据记录。

<length>：是数据的长度，以十六进制表示。

<address>：是数据在内存中的地址，以十六进制表示。

<type>：是数据的类型，以十六进制表示。类型有以下几种：

00：数据记录。

01：文件结束记录。

02：扩展段地址记录。

03：起始段地址记录。

04：扩展线性地址记录。

05：起始线性地址记录。

<D0> <D1> <D2> ... <DN>：是数据，以十六进制表示。

<checksum>：是校验和，以十六进制表示。校验和是数据记录中所有字节的和取反加1。

<CR><LF>：表示一个回车换行符，用于分隔每一行数据记录。

• S-Record文件：这是一种通用的记录格式（S19/SREC/mot/SX），由Motorola公司推出，可以用于表示不同类型的二进制数据。S-Record文件通常用于嵌入式系统的程序下载和烧录。

无论是哪种类型的hex文件，它们都包含了可执行程序的二进制数据和相关的元数据信息。在程序下载和烧录过程中，这些文件可以帮助确保程序正确地加载到嵌入式系统中。

部分内容摘自：

Intel Hex - 维基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_HEX

结尾

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