arm链接文件规则(mynote)

Arm中的链接文件的规则
-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、博士生、
段，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data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。

＊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;
}
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
在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 为output section name，ALIGN(4)返回一个基于location counter(.)的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
...
}
secname和contents是必须的，其他的都是可选的。

下面挑几个常用的看看：
1、secname：段名
2、contents：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）
3、start：本段连接（运行）的地址，如果没有使用AT（ldadr），本段存储的地址也是start。

GNU网站上说start可以用任意一种描述地址的符号来描述。

4、AT（ldadr）：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4096（0x1000，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Flash到RAM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_start时PC 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(在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,UGG BOOTS, _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r0和r1，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,32位ARM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 ; 从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段, got段式是uboot自定义的一个段, 非标准段
__u_boot_cmd_start = . ;把__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段, uboot把所有的uboot命令放在该段.
__u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置
. = ALIGN(4);
__bss_start = .; 把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置
.bss : { *(.bss) }; 指定bss段
_end = .; 把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置
}
请问这个从load address 到running address的加载过程是谁来完成呢，是不是bootloader（stage 1）根据相应的地址来完成这个加载过程呢？
Blog作者的回复:
是的
你好：读了你的文章，很受启发。

但是有个地方不大明白，就是如果程序中只有main.o 那么我是不是可以使用AT命令指定加载段为4096,那么是什么程序将main.o存放在存储器的4096的位置而不是放在存储器的0位置？是用烧写程序吗？
Blog作者的回复:
在bin文件按照这个lds脚本连接时，main.o就会被放到bin中从头开始的4096偏移位置处（假定bin就按这个lds连接），之后把整个bin烧到flash 中。

S3C2410基础实验--实验四：arm-linux-ld2009-04-29 20:55在开始后续实验之前，我们得了解一下arm-linux-ld连接命令的使用。

在上述实验中，我们一直使用类似如下的命令进行连接：
arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 crt0.o led_on_c.o -o led_on_c_tmp.o
我们看看它是什么意思：-o选项设置输出文件的名字为led_on_c_tmp.o；“--Ttext 0x00000000”设置代码段的起始地址为0x00000000；这条指令的作用就是将crt0.o和led_on_c.o连接成 led_on_c_mp.o可执行文件，此可执行文件的代码段起始地址为0x00000000。

我们感兴趣的就是“―Ttext”选项！进入LINK目录，link.s代码如下：
1 .text
2 .global _start
3 _start:
4 b step1
5 step1:
6 ldr pc, =step2
7 step2:
8 b step2
Makefile如下：
1 link:link.s
2 arm-linux-gcc -c -o link.o link.s
3 arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 link.o -o link_tmp.o
4 # arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 link.o -o link_tmp.o
5 arm-linux-objcopy -O binary -S link_tmp.o link
6 arm-linux-objdump -D -b binary -m arm link >ttt.s
7 # arm-linux-objdump -D -b binary -m arm link >ttt2.s
8 clean:
9 rm -f link
10 rm -f link.o
11 rm -f link_tmp.o
实验步骤：
1．进入目录LINK，运行make生成arm-linux-ld选项为“-Ttext 0x00000000”的反汇编码ttt.s
2．make clean
3．修改Makefile：将第4、7行的“#”去掉，在第3、6行前加上“#”
4.运行make生成arm-linux-ld选项为“-Ttext 0x30000000”的反汇编码ttt2.s
link.s程序中用到两种跳转方法：b跳转指令、直接向pc寄存器赋值。

我们先把在不同“―Ttext”选项下，生成的可执行文件的反汇编码列出来，再详细分析这两种不同指令带来的差异。

ttt.s： ttt2.s
0: eaffffff b 0x4 0: eaffffff b 0x4
4: e59ff000 ldr pc, [pc, #0] ; 0xc 4: e59ff000 ldr pc, [pc, #0] ; 0xc
8: eafffffe b 0x8 8: eafffffe b 0x8
c: 00000008 andeq r0, r0, r8 c: 30000008 tsteq r0, #8 ; 0x8
先看看b跳转指令：它是个相对跳转指令，其机器码格式如下：
Cond 1 0 1 L Offset
[31:28]位是条件码；[27:24]位为“1010”时，表示B跳转指令，为“1011”时，表示BL跳转指令；[23:0]表示偏移地址。

使用 B或BL跳转时，下一条指令的地址是这样计算的：将指令中24位带符号的补码立即数扩展为32(扩展其符号位)；将此32位数左移两位；将得到的值加到 pc寄存器中，即得到跳转的目标地址。

我们看看第一条指令“b step1”的机器码eaffffff：
1． 24位带符号的补码为0xffffff，将它扩展为32得到：0xffffffff
2．将此32位数左移两位得到：0xfffffffc，其值就是-4
3．pc的值是当前指令的下两条指令的地址，加上步骤2得到的-4，这恰好是第二条指令step1的地址
各位不要被被反汇编代码中的“b 0x4”给迷惑了，它可不是说跳到绝对地址0x4处执行，绝对地址得像上述3个步骤那样计算。

您可以看到b跳转指令是依赖于当前pc寄存器的值的，这个特性使得使用b指令的程序不依赖于代码存储的位置――即不管我们连接命令中“--Ttext”为何，都可正确运行。

再看看第二条指令 ldr pc, =step2：从反汇编码“ldr pc, [pc, #0]”可以看出，这条指令从内存中某个位置读出数据，并赋给pc寄存器。

这个位置的地址是当前pc寄存器的值加上偏移值0，其中存放的值依赖于连接命令中的“--Ttext”选项。

执行这条指令后，对于ttt.s，pc=0x00000008；对于ttt2.s，pc=0x30000008。

于是执行第三条指令“b step2”时，它的绝对地址就不同了：对于ttt.s，绝对地址为0x00000008；对于ttt2.s，绝对地址为0x30000008。

ttt2.s上电后存放的位置也是0，但是它连接的地址是0x30000000。

我们以后会经常用到“存储地址和连接地址不同”(术语上称为加载时域和运行时域)的特性：大多机器上电时是从地址0开始运行的，但是从地址0运行程序在性能方面总有很多限制，所以一般在开始的时候，使用与位置无关的指令将程序本身复制到它的连接地址处，然后使用向pc寄存器赋值的方法跳到连接地址开始的内存上去执行剩下的代码。

在实验5、6中，我们将会作进一步介绍。

arm-linux-ld命令中选项“-Ttext”也可以使用选项“-Tfilexxx”来代替，在文件filexxx中，我们可以写出更复杂的参数来使用arm-linux-ld命令――在实验6中，我们就是使用这种方法来指定连接参数的。