程序編譯的幾個階段

一般而言，程序編譯經歷下圖四個階段，鏈接是編譯的最后一步，無論是在PC上編譯代碼，還是在PC上使用嵌入式gcc工具交叉編譯嵌入式代碼，編譯過程都是如下幾步。深入理解鏈接過程是嵌入式工程師必要掌握的能力！

ld鏈接腳本的基礎概念

鏈接過程是將各式各樣的.o文件鏈接為一個文件的過程。鏈接腳本描述連接器如何將這些輸入文件(.o)文件映射為一個輸出文件的，并且定義了輸出文件的memory layout。幾乎所有的鏈接腳本都是在做這些事情。

下面給出一個簡單的鏈接腳本實例，每行腳本都有相應的注解：

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SECTIONS
{
  . = 0x10000; 
  .text : { *(.text) }
  . = 0x8000000;
  .bss : { *(.bss) }
}

上面提到的定位計數器就是點 ‘.’

這個鏈接腳本文件（Linker Scripty），用于告訴鏈接器如何將不同的代碼和數據段（sections）組合在一起形成可執行文件。下面我會解釋其中的每一部分：

1. = 0x10000;

這行代碼重新設置了定位計數器（location counter）的值為0x10000，即地址0x10000。

它告訴鏈接器在此處開始分配.text段的地址空間。

2.text : { *(.text) }

這行代碼定義了一個.text段，并告訴鏈接器將所有名為.text的數據節（section）放入這個段中。

*(.text)表示將所有輸入文件中的.text段合并到輸出文件的.text段中。

3 . = 0x8000000;

這行代碼重新設置了定位計數器的值為0x8000000，即地址0x8000000。

它告訴鏈接器在此處開始分配.data和.bss段的地址空間。

4 .data : { *(.data) }

這行代碼定義了一個.data段，并告訴鏈接器將所有名為.data的數據節放入這個段中。

*(.data)表示將所有輸入文件中的.data段合并到輸出文件的.data段中。

5.bss : { *(.bss) }

這行代碼定義了一個.bss段，并告訴鏈接器將所有名為.bss的數據節放入這個段中。

*(.bss)表示將所有輸入文件中的.bss段合并到輸出文件的.bss段中。

總體來說，這段鏈接腳本告訴鏈接器在特定的地址處分配.text、.data和.bss段，并將對應的數據節合并到這些段中。

鏈接腳本相關的概念

內存（Memory）

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MEMORY
{
  name [(attr)] : ORIGIN = origin, LENGTH = len
…
}

注解：這里的“attr”只能由以下特性組成：

‘R’ Read-only section

‘W’ -- Read/write section

‘X’ -- Executable section

‘A’ -- Allocatable section

‘I’ -- Initialized section

‘L’ -- Same as ‘I’

‘!’ -- Invert the sense of any of the attributes that follow

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/* Memories definition */
MEMORY
{
  RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000300, LENGTH = 36K
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K
}

注解：

“xrw”表示“RAM”區是可讀、可寫和可執行的，且RAM 的起始地址為“0x20000300”，長度為36K。

“rx”表示“FLASH”區是可讀和可執行的，FLASH的起始地址為“0x08000000”，長度為128K。

段（Section）

Section有loadable（可加載）和allocatable（可分配）兩種類型。不可加載也不可分配的內存段，通常包含某些調試信息。

loadable（可加載）是指：程序運行時，該段內容應該被加載到內存中。

allocatable（可分配）是指：該段的內容應該被預留出，但不應該加載任何別的內容（某些情況下，這些內存必須歸零）。

“可加載”和“可分配”的section都有兩個地址：“VMA”和“LMA”。

VMA（the virtual memory address）：這是運行輸出文件時，該section的地址。VMA是可選項，可以不設置。

LMA（load memory address）：這是加載section時的地址。

在大多數情況下，這兩個地址是相同的。當然也可以不相等，比如下面的例子就是LMA和VMA不同的案例：

數據段被加載到ROM中，然后在程序啟動時復制到RAM中（通常用于初始化全局變量）。此時ROM地址就是LMA，RAM地址就是VMA。

語法：

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SECTIONS
{
  section [address] [(type)] :
  {
    [AT(lma)]
    [ALIGN(section_align)  | ALIGN_WITH_INPUT]
    [SUBALIGN(subsection_align)]
    [constraint]
    {
      output-section-command 
      output-section-command 
      …
    } [>region] [AT>lma_region] [:phdr  :phdr ...] [=fillexp] [,]
...
}

大多數的段僅使用了上述的一部分屬性。

示例：

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/* Sections */ 
SECTIONS
{
  /* The startup code into "FLASH" Rom type memory */
  .isr_vector : 
  {
    . = ALIGN(4); 
    KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */ 
    . = ALIGN(4); 
  } >FLASH


  /* Initialized data sections into "RAM" Ram type memory */
  .data:
  {
    . = ALIGN(4);
    _sdata = .; /* create a global symbol at data start */
    *(.data) /* .data sections */
    *(.data*) /* .data* sections */
    . = ALIGN(4);
    _edata = .; /* define a global symbol at data end */
  } >RAM AT> FLASH
 
}

上述示例中“.isr_vector”的LMA與VMA是相等的。“.data”因為有“>RAM AT> FLASH”的修飾，表示.data段的VMA為RAM，LMA為FLASH。即.data段的內容會放在FLASH中，但是運行時，會加載到RAM中。

常用命令

ASSERT

語法：ASSERT(exp, message)

確保exp是非零值，如果為零，將以錯誤碼的形式退出鏈接文件，并輸出message。在必要的位置添加斷言，可以清晰的定位問題。

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/* The usage of ASSERT */ 
.test : 
{ 
  ASSERT ((_estack > (_Min_Stack_Size + _Min_Heap_Size)),"Error: There is an ERR occurred"); 
}

當示例中的“_estack”大于“_Min_Stack_Size + _Min_Heap_Size”時，就會打印“There is an ERR occurred”。

KEEP

用途：當鏈接器使用（'--gc-sections'）進行垃圾回收時，KEEP()可以使得被標記段的內容不被清除。

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/* The startup code into "FLASH" Rom type memory */
.isr_vector : 
{
  . = ALIGN(4); 
  KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */ 
  . = ALIGN(4); 
} >FLASH

指定“變量”的輸出地址：

可以定義如下的memory，然后將“變量”存放于該memory，就能控制“變量”的輸出地址。

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/* Memories definition */
 
MEMORY 
{ 
  FW_RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x300 /* 0x20000000 ~ 0x200002FF */ 
  RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000300, LENGTH = 35K 
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K 
}

同時在c文件中，在定義“變量”時，添加如下對應的屬性：

__attribute__((section(".FW_RAM"))) uint8_t key[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7 };

變量將位于“0x20000000 ~ 0x200002FF”區域（如果僅僅只有key數組位于該區域，將從0x20000000開始存放，如果有多個變量存儲于該區域，將按照編譯的順序，從0x20000000依次存放）。

指定“函數”的輸出地址：

可以定義如下的memory和section，然后將“函數”存放于該section，就能控制“函數”的輸出地址。

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/* Memories definition */ 
MEMORY 
{ 
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 0x300 /* 0x08000000 ~ 0x080002FF */ 
  CG_FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000300, LENGTH = 0x134 /* 0x08000300 ~ 0x08000433 */ 
  RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000300, LENGTH = 0x900 /* 0x20000300 ~ 0x20001FFF */ 
}
 
SECTIONS
{
  …
  .SE_Call_Fun:
  {
     . = ALIGN(4); 
     . = . + 0x4; 
    *(.SE_Call_Fun) 
     . = ALIGN(4);
  } > CG_FLASH
  …
}

同時在c文件中， 在“函數”的實現部分，添加如下對應的屬性：

__attribute__((section(".SE_Call_Fun"))) uint32_t call_fun(Callgate_Func_Type_t ftype, void *param)

函數“call_fun”將存放于0x08000304處（留意此處的位置計數器將產生0x04的內存間隙）。

指定“文件”輸出地址：

可以定義如下的memory和section，然后將指定的文件存放于該section，就能控制“文件”的輸出地址。

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/* Memories definition */
 MEMORY 
{
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 0x300 /* 0x08000000 ~ 0x080002FF */ 
  FW_FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000434, LENGTH = 0x2BCC/* 0x08000434 ~ 0x08003000 */ 
  RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000300, LENGTH = 0x900 /* 0x20000300 ~ 0x20001FFF */ 
}
/* Sections */ 
SECTIONS 
{
  … 
  .main_section : 
  {
    . = ALIGN(4); 
    Core/Src/main.o(.text*) 
    . = ALIGN(4); 
  } >FLASH 
  … 
}

示例中將main.o指定到FLASH區域中；更改FLASH的地址或者main_section的LMA，就可以實現將特定文件指定到特定內存區域。

案例：RZ/N2L把 .text, .data, .bss段從ATCM改到SYSTEM_RAM

這里描述的RZ/N2L的內存分配：

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把.text段從ATCM改到SYSTEM_RAM：

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把.data段從ATCM改到SYSTEM_RAM：

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.bss段的改動也是類似的：

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