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GCC连接脚本学习笔记(转载)

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楼主
相见欢喜|  楼主 | 2011-11-22 21:17 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
连接脚本将我整整蒙了1天零一个上午,做了很多实验,看了人家不少例子代码
勉强能驾驭了,让linker按照我想要的来处理,做个笔记。

1,什么叫输入段,什么叫输出段
不知道怎么回事,我对GCC系列的输入和输出两个单词总是进入思维死角,很简单
就是 input section 和 output section,这里不是说翻译的问题,我觉得是一种
思考的方式的问题。
我的问题就是:既然叫输入端,那输入什么?同理,输出的是什么?不知道其他人
不会不理解这个问题,我自己的话是理解了不少时间了 -v-

所谓的输出段,是指生成的文件,例如 elf 中的每个段
所谓的输入段,是指连接的时候提供LD的所有目标文件(OBJ)中的段。


2,lma 和 vma
lma =  load memory address
vma =  vitual memory address
如果有研究过ADS的估计有印象,那里有个 RO BASE 和 RW BASE 和 ZI BASE,也
就是说,lma 是装载地址,vma 是运行地址,想搞清楚这两个问题,可以阅读一下
ARM学习报告(杜云海)》作者写的很好,将这个问题分析的很透澈。lma 和vma
只是GCC的叫法而已,其实原理是一样的。



3,两个基本架构
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-bigarm",
                  "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)

一句话,照抄......因为我们没有修改的余地,都是系统默认的关键字。第一句
指示系统可以有生成两种格式,默认是 elf32-arm,端格式是 little endian



4,ENTRY(__ENTRY)
指定入口点,LD的手册说,ENTRY POINT 就是程序第一条执行的指令,但是,说老
实话,我并不理解,因为这里跟我的理解矛盾了,首先,通常情况,系统需要一个
初始化的 STARTUP.S文件来初始化硬件,也就是 bootloader的第一阶段了。那么
很自然,入口点需要设置在这段代码的第一条指令中,那么正常运行的时候从第一
条指令开始运行。所以这里设置了__ENTRY为入口点,这个在汇编代码中必须得先
声明一下为全局,才能用,否则系统找不到。例如:
.global __ENTRY

但是问题是,如果我用同样的办法,设置另外一个不是第一条指令的入口点,LD并
没有报错,但是问题来了,生成的文件和刚才设置入口点为 __ENTRY 的时候一模一
样,这就蒙了,到底这个入口点是怎么回事?
记得以前ADS的时候也碰到过 entry point的问题,下载仿真的时候确实是自动跳转
到 entry point中运行。
我想到的可能的原因,第一,生成 elf 文件并不是能直接用在嵌入式平台上面裸跑
的,因为我们并没有操作系统,我们不需要elf文件头的那些指示信息提供给操作
系统,指示系统怎么去加载文件,在嵌入式上面的完全没有那个必要,只需要将实
际的代码提取出来,直接运行就OK,也就是 objcopy的操作,所以我觉得,在裸奔
的嵌入式系统上面,entry point是没有意义的,只需要指向整个代码最开始的指
令就OK了。
暂时我还是不能清晰的理解这个东西。先放下。以后碰到问题再分析。




5,一个输出段的标准格式
section [address] [(type)] : [AT(lma)]
  {
    output-section-command
    output-section-command
    ...
  } [>region] [AT>lma_region] [:phdr :phdr ...] [=fillexp]

前面也说了,所谓的输出段是指最终生成的文件里面的段,所以一个输出段就可以
理解为最终文件里面的一个块,那么多个块合起来就是一个完成文件了。
而每个小块又分别有什么文件来组成呢?那就是输入段了。

我自己实际用到有下面的一些,其他暂时不会用。
section_name  vma : AT(lma)
  {
    output-section-command
    output-section-command
    ...
  } [AT>lma_region]

section_name 根据ld手册说是有个确定的名字,其他没啥,自己添加一些新段也是
可以的。
默认的4个段是必须有的
.text 代码
.rodata 常量,例如字符串什么的
.data 初始化的全局变量
.bss  没有初始化的全局变量
其实没什么,可以说,都是固定的,所以一句话,照抄。

段名字后面紧跟的是 vma ,也就是这个段在程序运行的时候的地址,例如
.text 0x30000000 :
{
    *(.text)
}
表示的是代码的运行时地址为 0x30000000 假如你的ROM在 0x0 地址,程序放在ROM
中,那个时候程序是不能正常运行的(位置无关代码除外),必须将代码COPY到VMA
也就是 0x30000000 中才能正常运行。

至于那个 AT(lma) 的关键字,只指示代码连接的时候应该放在什么地方,注意好
这个英文是 load memory address,是指程序应该装载在什么地方,而不是指这个段
应该在最后生成的bin文件的位置!!!这个东西蒙骗了我,让我郁闷了1天。elf格
式的文件里面不但包含了代码,还包含了各种各样的信息,例如上面说的每个段的
lma 和vma,还有其他信息都包含在里面了。
默认状态下,lma 是等于当前的vma的,例如
    .text 0x30000000 :
        {
                *(.text)
                *(.rodata)
        }
    .data 0x33ffff00 :  
        {
                *(.data)
        }
例如我们基本的两个段,我们指定了.text 和.data段的vma,但是没有指定lma,那么
lma到底应该是多少?很简单,ld认为当前的lma和vma是相同的,所以lma应该分别是
0x30000000 0x33ffff00,编译生成的elf文件很小,但是objcopy出来的文件却非常
巨大,达到了60多MB,这是什么问题?
elf文件很聪明,他只是保存了信息,.text段的lma是0x30000000,那么elf就保存了
知道本程序的代码应该加载到 0x30000000,然后又保存了.data的lma,我们留意到
中间有很多的地址空间是空的,并没有实际的代码,elf怎么处理?elf只保存了两个
地址和实际的代码,而对于其他空间里面的代码他并不处理,所以可以看出,最后生成
的elf文件并不大,也就100多KB而已,但是后来的OBJCOPY操作中,从elf文件中copy
出程序代码,这下就糟了,objcopy是从最开始的lma开始,这里是 0x30000000一直
复制到最尾段的lma,这里是 0x33ffff00,中间没有代码地方全部补零,那么60多MB
的大bin文件就是这样来的。
可以验证一下,如果手动指定开始的lma为0的话
    .text 0x30000000 : AT(0)
        {
                *(.text)
                *(.rodata)
        }
    .data 0x33ffff00 :  
        {
                *(.data)
        }
其中.text段的lma被AT强制指定为0,那么objcop出来的bin文件相当的华丽,达到了
700多MB,为什么?都说了,从0开始到 0x33ffff00,中间补零,字节数相当的可观呢。

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沙发
相见欢喜|  楼主 | 2011-11-22 21:19 | 只看该作者
一般我们常用的做法是:
1,.data段的 lma 和 vma 都是紧跟着 .text 的,或者用ARM的说法就是 RW段紧跟着
RO段,这样的做法非常简单
    .text 0x30000000 :
        {
                *(.text)
                *(.rodata)
        }
    .data :  
        {
                *(.data)
        }
    .bss  :
        {
                *(.bss) *(.COMMON)
        }
只指定RO BASE,然后所有代码都是跟着RO BASE分配,这样非常简单。

2,.data段分离出来,连接到不同的vma运行时地址。
    .text 0x30000000 :
        {
                *(.text)
                *(.rodata)
        }
    .data 0x31000000 : AT(LOADADDR(.text) + SIZEOF(.text))  
        {
                *(.data)
        }
    .bss  :
        {
                *(.bss) *(.COMMON)
        }
其实也不难解决,像上面的代码那样做就OK了,上面也分析了,如果vma不同的话,objcopy
会一直复制,这样生成的bin文件会很大,怎么解决?很简单,手工指定 .data段的lma地址
让 .data段的 lma 紧紧跟着 .text段的末尾,这样生成的 bin 文件就会很漂亮,跟第一种
办法生成的bin文件结构一模一样!!
AT(LOADADDR(.text) + SIZEOF(.text))  
这个指令大概解释一下,AT 是指定lma 的,然后里面用了两个指令 LOADADDR ,和名字一样
这个指令是用来求 lma 地址的! SIZEOF 也就是名字那样,求大小的
LOADADDR(.text) 求出 .text 段的 lma,注意是开始地址
SIZEOF(.text)   求出 .text 段的大小
AT(LOADADDR(.text) + SIZEOF(.text))  的效果就是,指定 .data段的lma在 .text段lma
的结尾处!
这里补充一下,还有一个指令 ADDR(.text) 这个是求vma的,不是求lma。

另外,注意一下 .bss段的lma和 .data段的 lma是一样的,这也反映了一个实质问题 .bss 段
只分配运行地址 vma,并不实际占空间的。

3,如果我想自己添加一些段,应该怎么去实现?
例如我要添加一个 .vector 的段,里面放的是一些数据,怎么实现?
(1)如果在汇编代码里面添加,那么可以新启动一个段
例如在 2440init.S 中添加 .vector 段
.section .text
....
....     
(其他代码)

.section   .vector     @ 在这里声明一个段,并且放连个数据
.word  0x55
.word  0xaa

汇编代码段的开始由  .section 声明,接着后面的都属于这个段,直到第二个 .section 声明
为止。
我这个 .vector段是需要连接到 0x33ffff00 的,非常的特殊,那么按照前面的办法

    .text 0x30000000 :
        {
                *(.text)
                *(.rodata)
        }
    .data 0x31000000 : AT(LOADADDR(.text) + SIZEOF(.text))  
        {
                *(.data)
        }
    .bss  :
        {
                *(.bss) *(.COMMON)
        }
    .vector 0x33ffff00 : AT(LOADADDR(.data) + SIZEOF(.data))
        {
                *(.vector)
        }

可以看出,形式其实是一样,不过看一下,添加的段的lma放在 .data 段的lma的后面,前面也说
看 .bss 和 .data的lma是一样的,所以其实无视掉 .bss段就OK了。

(2)在C语言中怎么添加一个变量指定放到 .vector段
很简单,用GNU扩展语法(注意了,是GNU系列工具通用而已,例如gcc,这个并不是C的标准)
格式如下

unsigned int __attribute__((section(".vector"))) vec=0x9988;

定义一个 vec 变量,值为 0x9988,分配在 .vector 段,编译后用 objdump 一下查看汇编代码
可以发现到

Disassembly of section .vector:
33ffff00 <vec>:
33ffff00:        00009988         .word        0x00009988

33ffff04:        00000055         .word        0x00000055
33ffff08:        000000aa         .word        0x000000aa

看到没有?刚才说的在汇编代码和C代码里面定义的数值都被连接进去了 .vector段了,vma也正确
最后还可以看看生成的 bin 文件,看看最后的几个数据是不是就是 0x9988 0x55 0xaa ?这样应该
就理解了整个连接的过程了吧?

4,MEMORY 命令在指定lma中的使用
每个段都要用 AT 来指定具体的位置,其实挺烦的,我们有更加简单的办法,我们定义一个内存区域
让,然后将所有的段都扔进去。
MEMORY
{
        rom (rx)     : ORIGIN = 0x30000000, LENGTH = 1M
}

注意,我们现在要实现的是lma,并不是vma,也就是说在最后生成的 bin文件中怎么将所有段合在一
起。定义一个开始地址为 0x30000000 ,也就是lma,对应上面的 .text段的lma,长度自己设,我设置
为 1M ,其实溢出会提示的,随便设就OK了。

    .text 0x30000000 :
        {
                *(.text)
                *(.rodata)
        } AT>rom
    .data 0x31000000 :
        {
                *(.data)
        } AT>rom
    .bss  :
        {
                *(.bss) *(.COMMON)
        }
    .vector 0x33ffff00 :
        {
                *(.vector)
        } AT>rom

看到每个输出段的末尾都有个 AT>rom 的操作吧?应该大概猜到,通俗一点说就是:"将这个输出段扔到rom
指定的那个内存区域!!" ,rom是上面已经定义了,那么这些操作之后,.text .data .vector 都乖乖的
扔进 rom 指向的那个区域,注意了,我们说的是lma,所以不要在意那个开始地址,刚才不是说了吗?那个
objcopy是从最开始的lma开始copy而已,这样出来的效果和第三点中生成的bin文件其实是一模一样的!!
不信的话用UE查看一下 bin 文件的16进制代码,或者查看连接生成的 map文件。这样做方便很多。

既然 lma 是包含在 elf文件当中,那这个地址到底有什么用?这个我也不知道了,我猜测,首先,elf文件
是linux下面的可执行文件格式,跟windows上面的 .exe文件其实一样的,看过window的可执行文件的PE结构
的应该知道,真正的代码前面是有一堆标志啊,地址啊,什么的,操作系统就是通过读取这部分信息,就知道
应该怎么将这个可执行文件加载进去。同理,elf文件头也有一堆有用的信息。不过对于我们的嵌入式系统
我估计应该是用不上了(我说的是裸奔),基本上都是通过 objcopy 将真正的代码弄出来烧些到 flash里面
跑的,所以在嵌入式系统上面,这个 lma我觉得应该是没有用处的。
另外,如果用工具调试的时候,例如我用的是 openocd,如果加载 elf文件,并不需要指定地址,openocd会
自动的加载,为什么这个神奇?我觉得应该是elf文件里面包含了 lma 的作用吧,呵呵,其实挺方便的。

结束语:
被这个小东西虐待了整整一天半,疯狂找资料,啃ld as等的英文资料手册,算是实验了一点成果出来,上面
说的技术对于我暂时的应用来说已经足够了,也足够看懂很多例子里面的 ld script了,网上的资料基本都是
在翻译 ld 的英文手册 ...... 唉 ....

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