arm-linux-ld命令

首先，要確定我們的程序用沒有用到標(biāo)準(zhǔn)的c庫(kù)，或者一些系統(tǒng)的庫(kù)文件，這些一般是在操作系統(tǒng)之上開發(fā)要注意的問題，這里并不多說，熟悉在Linux編程的人，基本上都會(huì)用ld命令；這里，我們從頭開始,直接進(jìn)行匯編語(yǔ)言的連接。

我們寫一個(gè)匯編程序，控制GPIO，從而控制外接的LED，代碼如下;

.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

代碼很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)對(duì)io口進(jìn)行設(shè)置然后寫數(shù)據(jù)。我們看它是如何編譯的，注意我們這里使用的不是arm-linux-gcc而是arm-elf-gcc，二者之間沒有什么比較大的區(qū)別，arm-linux-gcc可能包含更多的庫(kù)文件，在命令行的編譯上面是沒有區(qū)別。我們來(lái)看是如何編譯的：

arm-elf-gcc -g -c -o led_On.o led_On.s 首先純編譯不連接

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

用Ttext指明我們程序存儲(chǔ)的地方，這里生成的是elf文件，還不是我們真正的bin，但是可以借助一些工具可以進(jìn)行調(diào)試。然后：

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

生成bin文件。

-T選項(xiàng)是ld命令中比較重要的一個(gè)選項(xiàng)，可以用它直接指明代碼的代碼段、數(shù)據(jù)段，對(duì)于復(fù)雜的連接，可以專門寫一個(gè)腳本來(lái)告訴編譯器如何連接。

-Ttext addr

-Tdata addr

-Tbss addr

arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf ，運(yùn)行地址為0x00000000，由于沒有指明數(shù)據(jù)段和bss，他們會(huì)默認(rèn)的依次放在后面。相同的代碼不同的Ttext，你可以對(duì)比一下他們之間會(huì)變的差異，ld會(huì)自動(dòng)調(diào)整跳轉(zhuǎn)的地址。

第二個(gè)概念：section，section可以理解成一塊，例如像c里面的一個(gè)子函數(shù)，就是一個(gè)section，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(lái)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(lái)指定一個(gè)linker script。

＊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(lái)查看目標(biāo)文件中的sections。

＊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(lái)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：

section [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。

＊linker script 實(shí)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;

}

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

在SECTIONS命令中的類似于下面的描述結(jié)構(gòu)就是輸出段描述：

.start ALIGN(4) : {

*(.text.start)

}

.start 為output section name，ALIGN(4)返回一個(gè)基于location counter(.)的4字節(jié)對(duì)齊的地址值。*(.text.start)是輸入段描述，*為通配符，意思是把所有被鏈接的object文件中的.text.start段都鏈接進(jìn)這個(gè)名為.start的輸出段。

源文件中所標(biāo)識(shí)的section及其屬性實(shí)際上就是對(duì)輸入段的描述，例如.text.start輸入段在源文件start.S中的代碼如下：

.section .text.start

.global _start

_start :

b start

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

這里就必須存在一個(gè)timer.lds的文件。

對(duì)于.lds文件，它定義了整個(gè)程序編譯之后的連接過程，決定了一個(gè)可執(zhí)行程序的各個(gè)段的存儲(chǔ)位置。雖然現(xiàn)在我還沒怎么用它，但感覺還是挺重要的，有必要了解一下。

先看一下GNU官方網(wǎng)站上對(duì).lds文件形式的完整描述：

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(lái)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。

這就是存儲(chǔ)地址和連接（運(yùn)行）地址的不同，稱為加載時(shí)域和運(yùn)行時(shí)域，可以在.lds連接腳本文件中分別指定。

編寫好的.lds文件，在用arm-linux-ld連接命令時(shí)帶-Tfilename來(lái)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。

既然程序有了兩種地址，就涉及到一些跳轉(zhuǎn)指令的區(qū)別，這里正好寫下來(lái)，以后萬(wàn)一忘記了也可查看，以前不少東西沒記下來(lái)現(xiàn)在忘得差不多了。

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。

我自己經(jīng)過歸納如下：

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(lái)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。

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），所以可以用它實(shí)現(xiàn)從Flash到RAM的程序跳轉(zhuǎn)。

此外，有必要回味一下adr偽指令，U-boot中那段relocate代碼就是通過adr實(shí)現(xiàn)當(dāng)前程序是在RAM中還是flash中。仍然用我當(dāng)時(shí)的注釋

adr r0, _start

ldr r1, _TEXT_BASE

cmp r0, r1

下面，結(jié)合u-boot.lds看看一個(gè)正式的連接腳本文件。這個(gè)文件的基本功能還能看明白，雖然上面分析了好多，但其中那些GNU風(fēng)格的符號(hào)還是著實(shí)讓我感到迷惑。

OUTPUT_FORMAT("elf32­littlearm", "elf32­littlearm", "elf32­littlearm")
;指定輸出可執(zhí)行文件是elf格式,32位ARM指令,小端
OUTPUT_ARCH(arm)
;指定輸出可執(zhí)行文件的平臺(tái)為ARM
ENTRY(_start)
;指定輸出可執(zhí)行文件的起始代碼段為_start.
SECTIONS
{
. = 0x00000000 ; 從0x0位置開始
. = ALIGN(4) ; 代碼以4字節(jié)對(duì)齊
.text : ;指定代碼段
{
cpu/arm920t/start.o (.text) ; 代碼的第一個(gè)代碼部分
*(.text) ;其它代碼部分
}
. = ALIGN(4)
.rodata : { *(.rodata) } ;指定只讀數(shù)據(jù)段
. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) } ;指定讀/寫數(shù)據(jù)段
. = ALIGN(4);
.got : { *(.got) } ;指定got段, got段式是uboot自定義的一個(gè)段, 非標(biāo)準(zhǔn)段
__u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start賦值為當(dāng)前位置, 即起始位置
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在該段.
__u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end賦值為當(dāng)前位置,即結(jié)束位置
. = ALIGN(4);
__bss_start = .; 把__bss_start賦值為當(dāng)前位置,即bss段的開始位置
.bss : { *(.bss) }; 指定bss段
_end = .; 把_end賦值為當(dāng)前位置,即bss段的結(jié)束位置
}