• gcc连接脚本lds详解


    转载:blog.chinaunix.net/uid-28685940-id-3889918.html

    我们对每个c或者汇编文件进行单独编译,但是不去连接,生成很多.o 的文件,这些.o文件首先是分散的,我们首先要考虑的如何组合起来;其次,这些.o文件存在相互调用的关系;再者,我们最后生成的bin文件是要在硬件中运行的,每一部分放在什么地址都要有仔细的说明。我觉得在写makefile的时候,最为重要的就是ld的理解,下面说说我的经验:


    首先,要确定我们的程序用没有用到标准的c库,或者一些系统的库文件,这些一般是在操作系统之上开发要注意的问题,这里并不多说,熟悉在Linux编程的人,基本上都会用ld命令;这里,我们从头开始,直接进行汇编语言的连接。

    我们写一个汇编程序,控制GPIO,从而控制外接的LED,代码如下;

       .text

    .global _start

    _start:

        LDR
    R0,=0x56000010 @GPBCON
    寄存器
     
        MOV R1,# 0x00000400
        str R1,[R0]
     
        LDR R0,=0x56000014

        MOV R1,#0x00000000
     
        STR R1,[R0]
     
        MAIN_LOOP:

                B MAIN_LOOP

    代码很简单,就是一个对io口进行设置然后写数据。我们看它是如何编译的,注意我们这里使用的不是arm-linux-gcc而是arm-elf-gcc,二者之间没有什么比较大的区别,arm-linux-gcc可能包含更多的库文件,在命令行的编译上面是没有区别。我们来看是如何编译的:

          
    arm-elf-gcc -g -c -o led_On.o led_On.s
    首先纯编译不连接

          
    arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf

          
    Ttext指明我们程序存储的地方,这里生成的是elf文件,还不是我们真正的bin,但是可以借助一些工具可以进行调试。然后:

          
    arm-elf-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin  

    生成bin文件。

    -T选项是ld命令中比较重要的一个选项,可以用它直接指明代码的代码段、数据段、bss,对于复杂的连接,可以专门写一个脚本来告诉编译器如何连接。

       
    -Ttext    addr

       
    -Tdata    addr

        -Tbss     addr

    arm-elf-ld -Ttext
    0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf
    ,运行地址为0x00000000,由于没有指明数据段和bss,他们会默认的依次放在后面。相同的代码 不同的Ttext,你可以对比一下他们之间会变的差异,ld会自动调整跳转的地址。

    第二个概念:sectionsection可以理解成一块,例如像c里面的一个子函数,就是一个section链接器ldobject文件中的每个section都作为一个整体,为其分配运行的地址(memory layout),这个过程就是重定位(relocation);最后把所有目标文件合并为一个目标文件。

    链接通过一个linker
    script
    来控制,这个脚本描述了输入文件的sections到输出文件的映射,以及输出文件的memory layout

    因此,linker总会使用一个linker script,如果不特别指定,则使用默认的script;可以使用‘-T’命令行选项来指定一个linker script

    *映像文件的输入段与输出段

    linker把多个输入文件合并为一个输出文件。输出文件和输入文件都是目标文件(object
    file)
    ,输出文件通常被称为可执行文件(executable)

    每个目标文件都有一系列section,输入文件的section称为input section,输出文件的section则称为output section

    一个section可以是loadable的,即输出文件运行时需要将这样的section加载到memory(类似于RO&RW);也可以是 allocatable的,这样的section没有任何内容,某些时候用0对相应的memory区域进行初始化(类似于ZI);如果一个 section既非loadable也非allocatable,则它通常包含的是调试信息。

    每个loadable allocatableoutput
    section
    都有两个地址,一是VMA(virtual
    memory address)
    ,是该section的运行时域地址;二是LMA(load memory address),是该section的加载时域地址。

    可以通过objdump工具附加'-h'选项来查看目标文件中的sections

    *简单的Linker script

    (1) SECTIONS命令:

    The SECTIONS command tells the
    linker how to map input sections into output sections,
    and how to place the output sections in memory.

    命令格式如下:

    SECTIONS

    {

    sections-command

    sections-command

    ......

    }

    其中sections-command可以是ENTRY命令,符号赋值,输出段描述,也可以是overlay描述。

    (2)地址计数器‘.’(location counter)

    该符号只能用于SECTIONS命令内部,初始值为‘0’,可以对该符号进行赋值,也可以使用该符号进行计算或赋值给其他符号。它会自动根据SECTIONS命令内部所描述的输出段的大小来计算当前的地址。

    (3) 输出段描述(output section description)

    前面提到在SECTIONS命令中可以作输出段描述,描述的格式如下:

    section [address] [(type)] : [AT(lma)]

    {

    output-section-command

    output-section-command

    ...

    } [>region] [AT>lma_region]
    [:phdr :phdr ...] [=fillexp]

    很多附加选项是用不到的。其中的output-section-command又可以是符号赋值,输入段描述,要直接包含的数据值,或者某一特定的输出段关键字。


    linker script 实例

    ==============================

    OUTPUT_ARCH(arm)

    ENTRY(_start)

    SECTIONS {

        . = 0xa3f00000;

        __boot_start =
    .;

        .start ALIGN(4)
    : {

           
    *(.text.start)

        }


        .setup
    ALIGN(4) : {

           
    setup_block = .;

           
    *(.setup)

           
    setup_block_end = .;

        }


        .text
    ALIGN(4) : {

           
    *(.text)

        }



        .rodata
    ALIGN(4) : {

           
    *(.rodata)

        }

        .data ALIGN(4)
    : {

           
    *(.data)

        }

        .got
    ALIGN(4) : {

           
    *(.got)

        }

        __boot_end = .;


        .bss
    ALIGN(16) : {

        

    bss_start = .;

           
    *(.bss)

           
    *(COMMON)

           
    bss_end = .;

        }


        .comment
    ALIGN(16) : {

           
    *(.comment)

        }

        stack_point =
    __boot_start + 0x00100000;

        loader_size =
    __boot_end - __boot_start;

        setup_size =
    setup_block_end - setup_block;

    }

    =============================

    SECTIONS命令中的类似于下面的描述结构就是输出段描述:

    .start ALIGN(4) : {

        *(.text.start)

    }

    .start output section nameALIGN(4)返回一个基于location counter(.)4字节对齐的地址值。*(.text.start)是输入段描述,*为通配符,意思是把所有被链接的object文件中的.text.start段都链接进这个名为.start的输出段。

    源文件中所标识的section及其属性实际上就是对输入段的描述,例如.text.start输入段在源文件start.S中的代码如下:

    .section .text.start

    .global _start

    _start :

        b start

    arm-elf-ld -Ttimer.lds -o
    timer_elf header .o

    这里就必须存在一个timer.lds的文件。

    对于.lds文件,它定义了整个程序编译之后的连接过程,决定了一个可执行程序的各个段的存储位置。虽然现在我还没怎么用它,但感觉还是挺重要的,有必要了解一下。

    先看一下GNU官方网站上对.lds文件形式的完整描述:

    SECTIONS {
    ...

    secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )

    { contents } >region :phdr =fill

    ...

    }

    secnamecontents是必须的,其他的都是可选的。下面挑几个常用的看看:

    1secname:段名

    2contents:决定哪些内容放在本段,可以是整个目标文件,也可以是目标文件中的某段(代码段、数据段等)

    3start:本段连接(运行)的地址,如果没有使用ATldadr),本段存储的地址也是startGNU网站上说start可以用任意一种描述地址的符号来描述。

    4ATldadr):定义本段存储(加载)的地址。

    /* nand.lds */

    SECTIONS {

    firtst 0x00000000 : { head.o init.o }

    second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }

    }

        以上,head.o放在0x00000000地址开始处,init.o放在head.o后面,他们的运行地址也是0x00000000,即连接和存储地址相同(没有AT指定);main.o放在40960x1000,是AT指定的,存储地址)开始处,但是它的运行地址在0x30000000,运行之前需要从0x1000(加载处)复制到0x30000000(运行处),此过程也就用到了读取Nand flash

    这就是存储地址和连接(运行)地址的不同,称为加载时域和运行时域,可以在.lds连接脚本文件中分别指定。

    编写好的.lds文件,在用arm-linux-ld连接命令时带-Tfilename来调用执行,如

    arm-linux-ld –Tnand.lds x.o y.o –o xy.o
    也用-Ttext参数直接指定连接地址,如

    arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.o


    既然程序有了两种地址,就涉及到一些跳转指令的区别,这里正好写下来,以后万一忘记了也可查看,以前不少东西没记下来现在忘得差不多了。

    ARM汇编中,常有两种跳转方法:b跳转指令、ldr指令向PC赋值。

    我自己经过归纳如下:

    b step1 b跳转指令是相对跳转,依赖当前PC的值,偏移量是通过该指令本身的bit[23:0]算出来的,这使得使用b指令的程序不依赖于要跳到的代码的位置,只看指令本身。

    ldr pc, =step1 :该指令是从内存中的某个位置(step1)读出数据并赋给PC,同样依赖当前PC的值,但是偏移量是那个位置(step1)的连接地址(运行时的地址),所以可以用它实现从FlashRAM的程序跳转。

    此外,有必要回味一下adr伪指令,U-boot中那段relocate代码就是通过adr实现当前程序是在RAM中还是flash中。仍然用我当时的注释

    adr r0, _start /* r0是代码的当前位置 */

    /* adr
    伪指令,汇编器自动通过当前PC的值算出 如果执行到_startPC的值,放到r0中:

    当此段在flash中执行时r0 = _start = 0;当此段在RAM中执行时_start = _TEXT_BASE(board/smdk2410/config.mk中指定的值为0x33F80000,即u-boot在把代码拷贝到RAM中去执行的代码段的开始) */

    ldr r1, _TEXT_BASE /* 测试判断是从Flash启动,还是RAM */

    /*
    此句执行的结果r1始终是0x33FF80000,因为此值是又编译器指定的(ads中设置,或-D设置编译器参数)
    */

        cmp r0, r1 /*
    比较r0r1,调试的时候不要执行重定位 */

       下面,结合u-boot.lds看看一个正式的连接脚本文件。这个文件的基本功能还能看明白,虽然上面分析了好多,但其中那些GNU风格的符号还是着实让我感到迷惑。

    OUTPUT_FORMAT("elf32­littlearm",
    "elf32­littlearm", "elf32­littlearm")

    ;
    指定输出可执行文件是elf格式,32ARM指令,小端

    OUTPUT_ARCH(arm)

    ;
    指定输出可执行文件的平台为ARM

    ENTRY(_start)

    ;
    指定输出可执行文件的起始代码段为_start.

    SECTIONS

    {

            . = 0x00000000 ;
    0x0位置开始

            . = ALIGN(4) ;
    代码以4字节对齐

            .text : ;
    指定代码段

            {

              cpu/arm920t/start.o
    (.text) ;
    代码的第一个代码部分

              *(.text) ;
    其它代码部分

            }

            . = ALIGN(4)

            .rodata : { *(.rodata) } ;
    指定只读数据段

            . = ALIGN(4);

            .data : { *(.data) } ;
    指定读/写数据段

            . = ALIGN(4);

            .got : { *(.got) } ;
    指定got, got段式是uboot自定义的一个段, 非标准段

            __u_boot_cmd_start = . ;
    __u_boot_cmd_start赋值为当前位置, 即起始位置

            .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;
    指定u_boot_cmd, uboot把所有的uboot命令放在该段.

            __u_boot_cmd_end = .;
    __u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置

            . = ALIGN(4);

            __bss_start = .;
    __bss_start赋值为当前位置,bss段的开始位置

            .bss : { *(.bss) };
    指定bss

            _end = .;
    _end赋值为当前位置,bss段的结束位置

    }

  • 相关阅读:
    【整理】数组面试题集锦
    【整理】二叉树面试题集锦
    【转】C++怎么设计只能在堆或者栈分配空间的类以及定义一个不能被继承的类
    【转】面试题:最长回文子串
    【转】后缀数组求最长重复子串
    【转】linux硬链接与软链接
    【转】随机函数面试题
    【转】C++ 重载、覆盖和隐藏
    分类算法评估指标
    Pandas_对某列的内容分列
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/3308933.html
Copyright © 2020-2023  润新知