arm-linux-ld指令詳解

我們對每個c或者匯編文件進行單獨編譯，但是不去連接，生成很多.o 的文件，這些.o文件首先是分散的，我們首先要考慮的如何組合起來；其次，這些.o文件存在相互調(diào)用的關系；再者，我們最后生成的bin文件是要在硬件中運行的，每一部分放在什么地址都要有仔細的說明。我覺得在寫makefile的時候，最為重要的就是ld的理解，下面說說我的經(jīng)驗：

首先，要確定我們的程序用沒有用到標準的c庫，或者一些系統(tǒng)的庫文件，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，基本上都會用ld命令；這里，我們從頭開始,直接進行匯編語言的連接。

我們寫一個匯編程序，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

代碼很簡單，就是一個對io口進行設置然后寫數(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可能包含更多的庫文件，在命令行的編譯上面是沒有區(qū)別。我們來看是如何編譯的：

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選項是ld命令中比較重要的一個選項，可以用它直接指明代碼的代碼段、數(shù)據(jù)段、博士生、

段，對于復雜的連接，可以專門寫一個腳本來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? ，運行地址為0x00000000，由于沒有指明數(shù)據(jù)段和bss，他們會默認的依次放在后面。相同的代碼不同的Ttext，你可以對比一下他們之間會變的差異，ld會自動調(diào)整跳轉的地址。

第二個概念：section，section可以理解成一塊，例如像c里面的一個子函數(shù)，就是一個section，鏈接器ld把object文件中的每個section都作為一個整體，為其分配運行的地址(memory layout)，這個過程就是重定位(relocation)；最后把所有目標文件合并為一個目標文件。

鏈接通過一個linker script來控制，這個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總會使用一個linker script，如果不特別指定，則使用默認的script；可以使用‘-T’命令行選項來指定一個linker script。

＊映像文件的輸入段與輸出段

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

每個目標文件都有一系列section，輸入文件的section稱為input section，輸出文件的section則稱為output section。

一個section可以是loadable的，即輸出文件運行時需要將這樣的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，某些時候用0對相應的memory區(qū)域進行初始化(類似于ZI段)；如果一個 section既非loadable也非allocatable，則它通常包含的是調(diào)試信息。

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

可以通過objdump工具附加'-h'選項來查看目標文件中的sections。

＊簡單的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，符號賦值，輸出段描述，也可以是overlay描述。

(2) 地址計數(shù)器‘.’(location counter)：

該符號只能用于SECTIONS命令內(nèi)部，初始值為‘0’，可以對該符號進行賦值，也可以使用該符號進行計算或賦值給其他符號。它會自動根據(jù)SECTIONS命令內(nèi)部所描述的輸出段的大小來計算當前的地址。

(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]

很多附加選項是用不到的。其中的output-section-command又可以是符號賦值，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鍵字。

＊linker script 實例

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

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構就是輸出段描述：

.start ALIGN(4) : {

*(.text.start)

}

.start 為output section name，ALIGN(4)返回一個基于location counter(.)的4字節(jié)對齊的地址值。*(.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段都鏈接進這個名為.start的輸出段。

源文件中所標識的section及其屬性實際上就是對輸入段的描述，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timer.lds的文件。

對于.lds文件，它定義了整個程序編譯之后的連接過程，決定了一個可執(zhí)行程序的各個段的存儲位置。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.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，可以是整個目標文件，也可以是目標文件中的某段(代碼段、數(shù)據(jù)段等)

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

4、AT(ldadr)：定義本段存儲(加載)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地址開始處，init.o放在head.o后面，他們的運行地址也是0x00000000，即連接和存儲地址相同(沒有AT指定)；main.o放在4096(0x1000，是AT指定的，存儲地址)開始處，但是它的運行地址在0x30000000，運行之前需要從0x1000(加載處)復制到0x30000000(運行處)，此過程也就用到了讀取Nand flash。

這就是存儲地址和連接(運行)地址的不同，稱為加載時域和運行時域，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。

既然程序有了兩種地址，就涉及到一些跳轉指令的區(qū)別，這里正好寫下來，以后萬一忘記了也可查看，以前不少東西沒記下來現(xiàn)在忘得差不多了。

ARM匯編中，常有兩種跳轉方法：b跳轉指令、ldr指令向PC賦值。

我自己經(jīng)過歸納如下：

b step1 ：b跳轉指令是相對跳轉，依賴當前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。

ldr pc, =step1 ：該指令是從內(nèi)存中的某個位置(step1)讀出數(shù)據(jù)并賦給PC，同樣依賴當前PC的值，但是偏移量是那個位置(step1)的連接地址(運行時的地址)，所以可以用它實現(xiàn)從Flash到RAM的程序跳轉。

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實現(xiàn)當前程序是在RAM中還是flash中。仍然用我當時的注釋

adr r0, _start /* r0是代碼的當前位置 */

/* adr偽指令，匯編器自動通過當前PC的值算出 如果執(zhí)行到_start時PC的值，放到r0中：

當此段在flash中執(zhí)行時r0 = _start = 0；當此段在RAM中執(zhí)行時_start = _TEXT_BASE(在board/smdk2410/config.mk中指定的值為0x33F80000，即u-boot在把代碼拷貝到RAM中去執(zhí)行的代碼段的開始) */

ldr r1, _TEXT_BASE /* 測試判斷是從Flash啟動，還是RAM */

/* 此句執(zhí)行的結果r1始終是0x33FF80000，因為此值是又編譯器指定的(ads中設置，或-D設置編譯器參數(shù)) */

cmp r0, r1 /* 比較r0和r1，調(diào)試的時候不要執(zhí)行重定位 */

下面，結合u-boot.lds看看一個正式的連接腳本文件。這個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風格的符號還是著實讓我感到迷惑。

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

;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)對齊

.text : ;指定代碼段

{

cpu/arm920t/start.o (.text) ; 代碼的第一個代碼部分

*(.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自定義的一個段, 非標準段

__u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start賦值為當前位置, 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賦值為當前位置,即結束位置

. = ALIGN(4);

__bss_start = .; 把__bss_start賦值為當前位置,即bss段的開始位置

.bss : { *(.bss) }; 指定bss段

_end = .; 把_end賦值為當前位置,即bss段的結束位置

總結

以上是生活随笔為你收集整理的arm-linux-ld中的参数,arm-linux-ld指令详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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