Chapter 06

Intel HEX と Motorola SREC — アドレス付きテキスト形式

この章のゴール.
Intel HEX と S-record の行の構造を手で読めるようになり、アドレスとデータの対応、チェックサムの検算、.bin との相互変換ができるようになること。「どのアドレスに何が書かれるか」を取り違えないこと。
この章で使う既出の用語（定義は各リンク先）. メモリマップ（01 章 3 節）、オフセット（03 章 1 節）、チェックサム（03 章 8 節）、ブートローダ（04 章 5 節）

1. なぜテキスト形式があるのか

.bin は「アドレス 0 から順にバイトを並べただけ」なので、飛び飛びの領域（ブートローダは 0x08000000、設定は 0x08078000、その間は空き）を表せない。空きを 0xFF で埋めれば巨大になる。

Intel HEX と Motorola S-record（SREC） は、この問題を解くアドレス付きのテキスト形式である。「このアドレスに、この数バイトを書け」というレコードの列で、飛び地を素直に表せる。書き込みツール・ブートローダ・製造装置が広く扱う。中身は ASCII なので、テキストエディタでも開ける。

.bin は飛び地を 0xFF で埋めるしかない。HEX / SREC はレコードの列で飛び地を表す

2. Intel HEX の 1 行

各行は : で始まり、すべて 16 進の文字である。

:10 8000 00 0004002 0C581000 8...  CC
 │  │    │  └ データ（Byte count 個のバイト）      └ チェックサム
 │  │    └ レコード種別（00=データ）
 │  └ アドレス（下位 16 ビット）
 └ Byte count（このレコードのデータ長）

実例:

:108000000004002 0C58100088180008838000 08 7A

を分解すると:

部分	値	意味
`:`	—	行の始まり
`10`	16	データが 16 バイト
`8000`	0x8000	書き込み先アドレス（下位 16 ビット）
`00`	—	種別 = データレコード
`0004002 0C5810008...`	—	16 バイトのデータ
末尾 2 桁	`7A`	チェックサム

レコード種別が重要である。

種別	名前	役割
`00`	Data	データ本体
`01`	End Of File	ファイルの終わり（`:00000001FF`）
`02`	Extended Segment Address	以降のアドレス上位（×16）。古い
`04`	Extended Linear Address	以降のアドレスの上位 16 ビット。これで 32 ビット空間を表す
`05`	Start Linear Address	実行開始アドレス（エントリポイント）

アドレスの落とし穴: データレコードのアドレス欄は下位 16 ビットだけである。上位は直前の 04 レコードで決まる。:020000040800F2 は「以降の上位 16 ビットは 0x0800」の意味で、続く :10 8000 ... は実アドレス 0x08008000 を指す。 04 レコードを見落とすと、アドレスを 0x8000 と誤読する。

「:」+ 長さ + アドレス下位 + 種別 + データ + チェックサム。上位アドレスは 04 レコード

3. チェックサムの検算

Intel HEX のチェックサムは、: を除く全バイトの和の下位 8 ビットの 2 の補数（和 + チェックサム = 0 mod 256）。

line = "108000000004002 0C58100088180008838000087A".replace(" ","")
b = bytes.fromhex(line)
assert (sum(b) & 0xFF) == 0        # データ + チェックサムを全部足すと 0

手で確かめるより、変換ツールが検算してくれる。壊れた行を探すときだけ手計算する。

4. Motorola S-record（SREC）

同じ発想の別形式。各行は S + 種別数字で始まる。

S3 15 08008000 0004002 0C5810008... CC
 │  │  │        │                    └ チェックサム
 │  │  │        └ データ
 │  │  └ アドレス（種別で幅が変わる）
 │  └ Byte count（アドレス+データ+チェックサムのバイト数）
 └ 種別

種別	アドレス幅	用途
`S0`	—	ヘッダ（ファイル名などのコメント）
`S1`	16 ビット	データ（小さいアドレス空間）
`S2`	24 ビット	データ
`S3`	32 ビット	データ（Cortex-M で普通）
`S5` / `S6`	—	データレコードの個数
`S7` / `S8` / `S9`	32/24/16	実行開始アドレス（終端）

S3 はアドレスがフル 32 ビットなので、Intel HEX のような「上位を別レコードで持つ」仕組みが要らず、1 行で実アドレスが読める。チェックサムは「Byte count 以降の全バイトの和の 1 の補数（反転）」。

S + 種別で始まる。S3 は 32 ビットアドレスを 1 行に持つ

5. 変換 — srec_cat と objcopy

srecord パッケージの srec_cat が最強の変換・加工ツールである。

# HEX → BIN（空き region は指定した値で埋める）
srec_cat fw.hex -intel -o fw.bin -binary
# BIN → HEX（この BIN が置かれる先頭アドレスを指定するのが肝心）
srec_cat fw.bin -binary -offset 0x08000000 -o fw.hex -intel
# HEX → SREC
srec_cat fw.hex -intel -o fw.srec -motorola
# 情報表示（どのアドレス範囲が埋まっているか）
srec_info fw.hex -intel

srec_info の出力（"Data: 08000000 - 0807FFFF" のような範囲一覧）は、メモリマップ作り（01 章）にそのまま使える。

objcopy でも変換できる。

arm-none-eabi-objcopy -I ihex -O binary fw.hex fw.bin
arm-none-eabi-objcopy -I binary -O ihex --change-addresses 0x08000000 fw.bin fw.hex

BIN → HEX で最も多い間違いは、オフセット（この BIN が焼かれる先頭アドレス）を指定し忘れて、アドレス 0 のイメージができてしまうことである。必ず -offset / --change-addresses を付ける。

6. Python で読む

from intelhex import IntelHex
ih = IntelHex("fw.hex")
print(hex(ih.minaddr()), hex(ih.maxaddr()))     # 埋まっている範囲
print(ih.segments())                             # 飛び地の一覧 [(start,end), ...]
data = ih.tobinarray(start=0x08008000, size=16)  # 特定アドレスのバイトを取り出す
ih.tobinfile("fw.bin")                           # BIN に落とす（空きは 0xFF 相当で詰まる）

bincopy ライブラリは HEX / SREC / TI-TXT を統一的に扱え、bincopy info fw.hex で範囲を表示できる。

7. UF2 — もう 1 つの配布形式

Raspberry Pi Pico や Adafruit のボードで使う UF2（USB Flashing Format）は、512 バイト固定のブロックの列で、各ブロックが書き込み先アドレスとデータを持つ点は HEX / SREC と同じ発想である。マジックは 0x0A324655（UF2\n）で始まる。uf2conv.py で .bin と相互変換できる。08 章で触れる。

8. 手を動かす

HEX の 1 行を解剖する

この章のポイント

HEX / SREC は飛び地を表せるアドレス付きテキスト。書き込み・製造・ブートローダで使う
Intel HEX のデータ行のアドレスは下位 16 ビットだけ。上位は 04 レコードで決まる。見落とすとアドレスを誤る
SREC の S3 はフル 32 ビットアドレスを 1 行に持つ
変換は srec_cat / objcopy。BIN → HEX ではオフセット（焼く先頭アドレス）を必ず指定
srec_info の範囲一覧はメモリマップにそのまま使える