arm-linux連接以及連接腳本

一.目標(biāo)文件格式與類型

GNU C compiler根據(jù)源文件的后綴名來對(duì)文件進(jìn)行預(yù)處理、匯編或編譯操作。在編譯鏈接時(shí)，生成的目標(biāo)文件都是ELF格式的(可執(zhí)行鏈接格式，Executable and Linking Format)。Object文件格式有三種類型：

(1)可重定位(relocatable)文件：用來和其他的object文件一起鏈接為一個(gè)可執(zhí)行文件(executable)或一個(gè)共享文件(.so文件，shared object)。

(2)可執(zhí)行(executable)文件；

(3)共享目標(biāo)文件(shared object file)：用于被下面的兩個(gè)鏈接器鏈接。一是鏈接編輯器(ld)，可以和其他的relocatable或shared object file來創(chuàng)建其他的目標(biāo)文件，例如.so共享庫(kù)(可用file命令查看其屬性)；二是動(dòng)態(tài)鏈接器，聯(lián)合一個(gè)可執(zhí)行文件和其他的shared object file來創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程映像。

二.鏈接與鏈接腳本

鏈接器ld把object文件中的每個(gè)section都作為一個(gè)整體，為其分配運(yùn)行的地址(memory layout)，這個(gè)過程就是重定位(relocation)；最后把所有目標(biāo)文件合并為一個(gè)目標(biāo)文件。

鏈接通過一個(gè)linker script來控制，這個(gè)腳本描述了輸入文件的sections到輸出文件的映射，以及輸出文件的memory layout。

因此，linker總會(huì)使用一個(gè)linker script，如果不特別指定，則使用默認(rèn)的script；可以使用‘-T’命令行選項(xiàng)來指定一個(gè)linker script。

1. 映像文件的輸入段與輸出段

linker把多個(gè)輸入文件合并為一個(gè)輸出文件。輸出文件和輸入文件都是目標(biāo)文件(object file)，輸出文件通常被稱為可執(zhí)行文件(executable)。

每個(gè)目標(biāo)文件都有一系列section，輸入文件的section稱為input section，輸出文件的section則稱為output section。

一個(gè)section可以是loadable的，即輸出文件運(yùn)行時(shí)需要將這樣的section加載到memory(類似于RO&RW段)；也可以是allocatable的，這樣的section沒有任何內(nèi)容，某些時(shí)候用0對(duì)相應(yīng)的memory區(qū)域進(jìn)行初始化(類似于ZI段)；如果一個(gè)section既非loadable也非allocatable，則它通常包含的是調(diào)試信息。

每個(gè)loadable或allocatable的output section都有兩個(gè)地址，一是VMA(virtual memory address)，是該section的運(yùn)行時(shí)域地址；二是LMA(load memory address)，是該section的加載時(shí)域地址。

可以通過objdump工具附加-h選項(xiàng)來查看目標(biāo)文件中的sections。

2. 簡(jiǎn)單的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，符號(hào)賦值，輸出段描述，也可以是overlay描述。

(2)地址計(jì)數(shù)器‘.’(location counter)：

該符號(hào)只能用于SECTIONS命令內(nèi)部，初始值為‘0’，可以對(duì)該符號(hào)進(jìn)行賦值，也可以使用該符號(hào)進(jìn)行計(jì)算或賦值給其他符號(hào)。它會(huì)自動(dòng)根據(jù)SECTIONS命令內(nèi)部所描述的輸出段的大小來計(jì)算當(dāng)前的地址。

(3)輸出段描述(output section description)：

前面提到在SECTIONS命令中可以作輸出段描述，描述的格式如下：

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

{

output-section-command

output-section-command

...

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

很多附加選項(xiàng)是用不到的。其中的output-section-command又可以是符號(hào)賦值，輸入段描述，要直接包含的數(shù)據(jù)值，或者某一特定的輸出段關(guān)鍵字。

3. 舉例

下面看一個(gè)常用的用于分散加載（即存儲(chǔ)或加載地址<加載域>和鏈接或運(yùn)行地址<運(yùn)行域>不同）的格式：

SECTIONS {
...
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
{ contents } >region :phdr =fill
...
}

secname和contents是必須的，其他的都是可選的。下面挑幾個(gè)常用的看看：
（1）secname：段名

（2）contents：決定哪些內(nèi)容放在本段，可以是整個(gè)目標(biāo)文件，也可以是目標(biāo)文件中的某段（代碼段、數(shù)據(jù)段等）

（3）start：本段連接（運(yùn)行）的地址，如果沒有使用AT（ldadr），本段存儲(chǔ)的地址也是start。GNU網(wǎng)站上說start可以用任意一種描述地址的符號(hào)來描述。

（4）AT（ldadr）：定義本段存儲(chǔ)（加載）的地址。

SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }
}

以上，head.o放在0x00000000地址開始處，init.o放在head.o后面，他們的運(yùn)行地址也是0x00000000，即連接和存儲(chǔ)地址相同（沒有AT指定）；main.o放在4096（0x1000，是AT指定的，存儲(chǔ)地址）開始處，但是它的運(yùn)行地址在0x30000000，運(yùn)行之前需要從0x1000（加載處）復(fù)制到0x30000000（運(yùn)行處），此過程也就用到了讀取Nand flash。

編寫好的.lds文件，在用arm-linux-ld連接命令時(shí)帶-Tfilename來調(diào)用執(zhí)行，如
arm-linux-ld –Tnand.lds x.o y.o –o xy.o。也用-Ttext參數(shù)直接指定連接地址，如
arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.o。

4. ARM匯編中實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)

由于會(huì)使用分散加載，因此在使用匯編實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)該注意。ARM匯編中，常有兩種跳轉(zhuǎn)方法：b跳轉(zhuǎn)指令、ldr指令向PC賦值。

（1） b step1 ：b跳轉(zhuǎn)指令是相對(duì)跳轉(zhuǎn)，依賴當(dāng)前PC的值，偏移量是通過該指令本身的bit[23:0]算出來的，這使得使用b指令的程序不依賴于要跳到的代碼的位置，只看指令本身。

（2） ldr pc, =step1 ：該指令是從內(nèi)存中的某個(gè)位置（step1）讀出數(shù)據(jù)并賦給PC，同樣依賴當(dāng)前PC的值，但是偏移量是那個(gè)位置（step1）的連接地址（運(yùn)行時(shí)的地址），因此不管最終程序在什么地方運(yùn)行，所得到的都是同樣的地址（絕對(duì)地址），所以可以用它實(shí)現(xiàn)從Flash到RAM的程序跳轉(zhuǎn)。

參考資料：

1.arm-linuxbootloader預(yù)備之GNUld機(jī)理，http://blog.21ic.com/user1/1028/archives/2008/47653.html

2. 對(duì).lds連接腳本文件的分析，http://blog.chinaunix.net/u1/58780/showart.php?id=462971

3. 用GNU工具開發(fā)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，http://blog.163.com/liren0@126/blog/static/32897598200821211144696/