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我們在用RISC-V GCC做嵌入式開發(fā)的時(shí)候，免不了要和啟動(dòng)文件和鏈接文件等打交道，本篇文章記錄了一些鏈接腳本相關(guān)的學(xué)習(xí)筆記。
1．基礎(chǔ)概念
鏈接腳本的主要作用是描述輸入文件中的段應(yīng)當(dāng)如何映射到輸出文件中，并控制輸出文件的內(nèi)存布局。多數(shù)鏈接腳本都執(zhí)行類似功能。但是，如果需要，鏈接腳本也可以使用下面所描述的命令指揮鏈接器進(jìn)行很多其他操作。
鏈接器通常使用一個(gè)鏈接腳本。如果沒有為其提供一個(gè)，鏈接器將會(huì)使用默認(rèn)的編譯在鏈接器執(zhí)行文件內(nèi)部的腳本。可以使用命令’–verbose’顯示默認(rèn)的鏈接腳本。
為了描述鏈接腳本語言，我們需要定義一些基本概念和詞匯。
鏈接器將許多輸入文件組合成一個(gè)輸出文件。輸出文件和每個(gè)輸入文件都有一個(gè)特定的已知格式成為目標(biāo)文件格式。每個(gè)文件都被稱為目標(biāo)文件。輸出文件通常叫做可執(zhí)行文件，但我們?nèi)詫⑵浞Q為目標(biāo)文件。每個(gè)目標(biāo)文件在其他東西之間，都有一個(gè)段列表。有時(shí)把輸入文件的段稱作輸入段，類似的，輸出文件的段稱作輸出段。
每個(gè)目標(biāo)文件中的段都有名字和大小。多數(shù)段還有一個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)塊，稱為 段內(nèi)容。一個(gè)段可能被標(biāo)記為可加載，表示當(dāng)輸出文件運(yùn)行時(shí)，段內(nèi)容需要先加載到內(nèi)存中。一個(gè)沒有內(nèi)容的段可能是可分配段，即在內(nèi)存中留出一段空間（有時(shí)還需要清零）。一個(gè)即不是加載又不是可分配的段，通常含有一些調(diào)試信息。
每個(gè)加載或可分配輸出段有兩個(gè)地址。第一個(gè)地址為VMA，或者叫做虛地址。這是當(dāng)輸出文件運(yùn)行時(shí)段所擁有的地址。第二個(gè)地址是LMA，或者叫加載內(nèi)存地址。這是段將會(huì)被加載的地址。一個(gè)它們會(huì)產(chǎn)生區(qū)別的例子是，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段加載到ROM， 此后在程序啟動(dòng)時(shí)被復(fù)制到RAM中（這個(gè)技術(shù)通常被用來初始化全局變量）。此種情況下，ROM使用LMA地址，RAM使用VMA地址。
如果想查看目標(biāo)文件中的段，可以用objdump程序的’-h’選項(xiàng)。
每個(gè)目標(biāo)文件還有一個(gè)符號列表，稱為符號列表。一個(gè)符號可能是被定義的或者未定義的。每個(gè)符號都有一個(gè)名字，且所有已定義的符號在其他信息中間都有一個(gè)地址。如果將一個(gè)c或者c++程序編譯成目標(biāo)文件，會(huì)將所有定義過的函數(shù)和全局變量以及靜態(tài)變量作為已定義符號。所有輸入文件引用的未定義的函數(shù)或者全局變量會(huì)成為未定義符號。
2．常用關(guān)鍵詞與用法
ENTRY(symbol) 用來指定程序執(zhí)行的入口點(diǎn)
MEMORY 內(nèi)存分配命令
SECTIONS 段命令 描述輸出文件的內(nèi)存和布局
.text 程序代碼段
.rodata 只讀數(shù)據(jù)
.data 可讀寫且需要初始化的數(shù)據(jù)
.bss 可讀寫的清零初始化數(shù)據(jù)
ASSERT 斷言
PROVIDE(symbol=expression) 定義一個(gè)符號
AT 后跟MEMORY定義的內(nèi)存區(qū)域或者地址
ALIGN 字節(jié)對齊
3 . MEMORY
鏈接器默認(rèn)的設(shè)置允許分配所有可用的內(nèi)存。你通過MEMORY命令可以重載這些。
MEMORY命令描述了一個(gè)內(nèi)存塊在目標(biāo)中的位置和大小。你可以使用它描述一個(gè)可能會(huì)在鏈接器中使用的內(nèi)存區(qū)域，以及那些必須避免使用的內(nèi)存區(qū)域。此后你可以把段放到特定的內(nèi)存區(qū)域里。鏈接器將會(huì)基于內(nèi)存區(qū)域設(shè)置段地址，如果區(qū)域趨于飽和將會(huì)產(chǎn)生警告信息。鏈接器不會(huì)為了把段更好的放入內(nèi)存區(qū)域而打亂段的順序。
一個(gè)鏈接腳本可能含有許多MEMORY命令，但是，所有定義的內(nèi)存塊都被當(dāng)作他們是在一個(gè)MEMORY命令中定義的一樣。MEMORY的語法是：
MEMORY
{
name [(attr)] : ORIGIN = origin, LENGTH =len
...
}
name是鏈接腳本用來引用內(nèi)存區(qū)域的名字。區(qū)域名在鏈接腳本外部沒有任何意義。區(qū)域名被存儲在一個(gè)獨(dú)立的名字空間，且不會(huì)與符號名，文件名，或者段名起沖突。每個(gè)內(nèi)存區(qū)域必須在MEMORY命令中有一個(gè)不同的名字。但是你此后可以使用REGION_ALIAS命令為已存在的內(nèi)存區(qū)域添加別名。
attr字符是一個(gè)可選的屬性列表，用來決定是否讓一個(gè)腳本中沒有顯式指定映射的輸入段使用一個(gè)特定的內(nèi)存區(qū)域。就像SECTIONS中進(jìn)行過的說明，如果你不為一個(gè)輸入段指定一個(gè)輸出段，鏈接器將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與輸入段名字相同的輸出段。如果你定義了區(qū)域?qū)傩裕溄悠鲿?huì)使用他們來決定創(chuàng)建的輸出段存放的內(nèi)存區(qū)域。
attr字符串只能使用下面的字符組成：
‘R’只讀段
‘W’讀寫段
‘X’可執(zhí)行段
‘A’可分配段
‘I’已初始化段
‘L’類似于’I’
‘!’反轉(zhuǎn)其后面的所有屬性
如果一個(gè)未映射段匹配了上面除’!’之外的一個(gè)屬性，它就會(huì)被放入該內(nèi)存區(qū)域。’!’屬性對該測試取反，所以只有當(dāng)它不匹配上面列出的行何屬性時(shí)，一個(gè)未映射段才會(huì)被放入到內(nèi)存區(qū)域。
origin是一個(gè)數(shù)字表達(dá)式，代表了內(nèi)存區(qū)域的起始地址。表達(dá)式必須等價(jià)于一個(gè)常數(shù)并且不能含有任何符號。關(guān)鍵字ORIGIN縮短為org或者o（但不能寫成ORG）。
len是一個(gè)表達(dá)式用來給出內(nèi)存區(qū)域中的字節(jié)數(shù)大小。類似于origin表達(dá)式，表達(dá)式必須只能為數(shù)字的切必須求值為常數(shù)。關(guān)鍵字LENGTH可以被縮寫為len或者l。
下面的例子里，我們制定了有兩個(gè)可分配的內(nèi)存區(qū)域：一個(gè)從’0’開始有256k字節(jié)，另一個(gè)從’0x40000000’開始，由4兆字節(jié)。鏈接器把所有沒有顯式映射到一個(gè)內(nèi)存區(qū)域的段放到’rom’內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，段可以是只讀的或者可執(zhí)行的。鏈接器將把其它沒顯式指定內(nèi)存區(qū)域映射的段放到’ram’內(nèi)存區(qū)域。
MEMORY
{
rom (rx) : ORIGIN = 0, LENGTH = 256K
ram (!rx) : org = 0x40000000, l = 4M
}
一旦你定義了一個(gè)內(nèi)存區(qū)域，你可以使用’>region’輸出段屬性指引鏈接器把特殊輸出段放到該內(nèi)存區(qū)域。例如，如果你擁有一個(gè)內(nèi)存區(qū)域名為’mem’，你可以在輸出段定義中使用’>mem’。參考Output Section Region。如果沒有給輸出段指出地址，鏈接器將會(huì)把地址放到最先符合要求的內(nèi)存區(qū)域中的可用地址。如果指引給一個(gè)內(nèi)存區(qū)域的組合輸出段比區(qū)域還大，鏈接器將會(huì)提交錯(cuò)誤。
可以通過ORIGIN(memory)和LENGTH(memory)函數(shù)獲得內(nèi)存區(qū)域的起始地址以及長度：
_fstack = ORIGIN(ram) + LENGTH(ram) - 4;
4. 段描述
4.1輸出段
完整的輸出段描述如下
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] [,]
地址（address）是一個(gè)輸出段VMA（虛地址）的表達(dá)式。此地址為可選參數(shù)，但如果給出了地址，則輸出地址就會(huì)被精確的設(shè)置到給定值。
如果輸出的地址沒有給定，則依照下面的嘗試選擇一個(gè)地址。此地址將會(huì)被調(diào)整到符合輸出端要求的對齊地址。輸出段的對齊要求是所有輸入節(jié)中含有的對齊要求中最嚴(yán)格的一個(gè)。
輸出段地址探索如下：
如果為段設(shè)置了內(nèi)存區(qū)域，則段被放如該區(qū)域，并且段地址為區(qū)域中的下一個(gè)空閑位置。
如果使用MEMORY命令創(chuàng)建了一個(gè)內(nèi)存區(qū)域列表，此時(shí)第一個(gè)屬性匹配段的區(qū)域被選擇來加載段，段地址為區(qū)域中的下一個(gè)空閑位置。參見MEMORY。
如果沒有指定的內(nèi)存區(qū)域，或者沒有匹配段的，則輸出地址將會(huì)基于當(dāng)前位置計(jì)數(shù)器的值
4.2輸入段
輸入段存在于輸出段的內(nèi)容中，用來指定不同輸入段在輸出段中的位置，常見的有.text .data .rodat .bss COMMOM等，一個(gè)輸入段描述由跟隨在段名稱后面括號包含的一個(gè)可選的文件名稱列表構(gòu)成。也可以使用通配符，例如
*main.o(.text)或者直接*(.text)
前一個(gè)代表main.o 文件中所有.text段，后一個(gè)代表所有參與鏈接文件中的.text段，當(dāng)然也可以排除一些文件
EXCLUDE_FILE (*文件名.o) *(.text)
5. 一些內(nèi)建函數(shù)
ABSOLUTE(exp)
返回表達(dá)式exp的絕對（非可重分配的，而不是非負(fù)）值。主要用來在段定義內(nèi)為符號分配一個(gè)絕對值，通常段定義內(nèi)的符號值都是相對段地址的。
ADDR(section)
返回名為’section’的段的地址（VMA）。你的腳本必須事先未該段定義了位置。在下面的例子里，start_of_output_1, symbol_1, symbol_2分配了同樣的值，除了symbol_1為與段.output1相關(guān)的值而其他兩個(gè)為絕對值：
SECTIONS { ...
.output1 :
{
start_of_output_1 = ABSOLUTE(.);
...
}
.output :
{
symbol_1 =ADDR(.output1);
symbol_2 =start_of_output_1;
}
... }
LENGTH(memory)
返回名為memory的內(nèi)存的長度。
MAX(exp1, exp2)
返回exp1和exp2最大的
MIN(exp1, exp2)
返回exp1和exp2最小的。
ORIGIN(memory)
返回名為memory的內(nèi)存區(qū)域的起始地址。
SIZEOF(section)
返回名為section段的字節(jié)數(shù)。如果段還沒被分配就是用函數(shù)求值，將會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
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