一文教你理解bin、hex、axf和elf文件格式

在嵌入式开发领域，程序编译后会生成多种不同格式的文件，其中bin、hex、axf和elf是最常见的几种。这些文件虽然最终都用于烧录到芯片中运行，但它们在结构、用途和包含的信息上存在显著差异。本文将深入浅出地解析这四种文件格式，帮助开发者更好地理解和使用它们。

一、文件格式概述

1.1 文件格式的共性

所有嵌入式程序文件本质上都是二进制数据集合，但不同格式通过特定结构组织这些数据。核心差异体现在三个方面：

数据完整性：是否包含地址、校验等元数据

调试信息：是否保留符号表、行号等调试数据

平台兼容性：是否支持跨平台链接与执行

1.2 文件体积对比

相同代码编译后生成的文件体积排序：

axf > elf > hex > bin

体积差异主要源于调试信息和元数据的多少。

二、BIN文件：最纯粹的代码映像

2.1 基本特性

纯二进制数据：不包含任何地址信息或元数据

最小体积：仅包含可执行代码和数据段

直接烧录：需要指定烧录地址

2.2 生成方式

通常通过以下方式生成：

arm-none-eabi-objcopy -O binary program.axf program.bin

或直接从elf文件提取：

arm-none-eabi-objcopy -O binary program.elf program.bin

2.3 典型应用场景

OTA远程升级(需配合地址信息使用)

特定下载器要求的格式

需要最小化传输体积的场景

2.4 使用注意事项

烧录时必须指定正确的起始地址，否则会导致程序无法正常运行。

三、HEX文件：Intel标准格式

3.1 文件结构

HEX文件采用ASCII文本形式存储，每行一个记录，格式为：

:LLAAAATTHHHHHH...HHCC

LL：数据长度

AAAA：起始地址

TT：类型代码

HHHHH...HH：数据内容

CC：校验和

3.2 记录类型解析

类型代码含义

00数据记录

01文件结束记录

02扩展段地址记录

03扩展线性地址记录

04扩展线性地址记录

3.3 生成方法

在Keil中勾选"Create HEX File"选项，或使用工具转换：

arm-none-eabi-objcopy -O ihex program.elf program.hex

3.4 优缺点分析

优点：

包含完整的地址信息

支持大容量存储分段

文本格式可读性强

缺点：

体积比bin文件大40%以上

不包含调试信息

3.5 典型应用

传统烧录器支持

需要可读性的场景

分段存储需求

四、AXF文件：ARM调试专用格式

4.1 文件结构

axf是ARM特有的扩展格式，在ELF基础上增加了：

调试信息(符号表、行号等)

重定位信息

特定于ARM的元数据

4.2 调试信息包含内容

全局变量位置

函数调用关系

源代码行号映射

断点信息

4.3 生成方式

在Keil中直接编译生成，或通过命令行：

armcc -c program.c -o program.o

armlink program.o -o program.axf

4.4 核心用途

在Keil中进行源码级调试

使用J-Scope进行实时监控

性能分析工具输入

4.5 使用限制

仅ARM平台支持

体积较大，不适合生产环境

需要专用工具链处理

五、ELF文件：Linux标准格式

5.1 文件结构

ELF文件由三部分组成：

ELF头：描述文件类型、架构等信息

程序头表：指定如何加载到内存

节区表：包含代码、数据等段

5.2 关键节区解析

节区名称作用

.text存放可执行代码

.data存放初始化数据

.bss存放未初始化数据

.rodata存放只读数据

.symtab符号表

.strtab字符串表

.debug调试信息

5.3 动态链接支持

ELF支持动态链接，包含：

动态节区(.dynamic)

重定位表(.rel.dyn)

全局偏移表(GOT)

过程链接表(PLT)

5.4 生成方式

使用GCC编译：

gcc -o program program.c

或交叉编译：

arm-linux-gnueabi-gcc -o program program.c

5.5 跨平台特性

支持多种处理器架构

可重定位格式

支持动态链接库

标准化调试信息格式

六、文件格式转换方法

6.1 常用转换工具

objcopy：ELF与bin/hex互转

arm-none-eabi-size：查看段大小

readelf：查看ELF信息

hexdump：查看二进制文件

6.2 典型转换命令

生成bin文件：

arm-none-eabi-objcopy -O binary program.elf program.bin

生成hex文件：

arm-none-eabi-objcopy -O ihex program.elf program.hex

从axf生成bin：

arm-none-eabi-objcopy -O binary program.axf program.bin

6.3 转换注意事项

确保目标文件包含所有必要节区

注意地址对齐要求

验证校验和是否正确

保留必要的调试信息

七、实际应用建议

7.1 开发阶段

使用axf/elf进行调试

保留完整的调试信息

定期生成bin文件验证

7.2 生产环境

使用bin文件(体积最小)

确保烧录地址正确

保留原始elf文件以备后续维护

7.3 特殊需求

需要远程升级时使用hex格式

跨平台开发优先选择elf

传统设备可能需要特定格式

八、常见问题解答

8.1 为什么axf文件不能直接运行?

axf包含调试信息和非标准元数据，需要专用加载器处理。生产环境应使用bin或hex格式。

8.2 如何查看文件内容?

hex文件：文本编辑器

bin/axf/elf：十六进制编辑器或专用工具

readelf -S program.elf(查看节区)

8.3 文件损坏怎么办?

校验文件大小是否符合预期

使用工具验证文件完整性

重新编译生成文件

理解这四种文件格式的特点和适用场景，可以帮助开发者更高效地进行嵌入式开发。根据实际需求选择合适的文件格式，能够在开发效率、调试便利性和生产稳定性之间取得最佳平衡。