armlinuxld指令详细讲解.docx

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armlinuxld指令详细讲解

arm-linux-ld指令详解

arm-linux-ld指令详解

我们对每个c或者汇编文件进行单独编译，但是不去连接，生成很多.o的文件，这些.o文件首先是分散的，我们首先要考虑的如何组合起来；其次，这些.o文件存在相互调用的关系；再者，我们最后生成的bin文件是要在硬件中运行的，每一部分放在什么地址都要有仔细的说明。

我觉得在写makefile的时候，最为重要的就是ld的理解，下面说说我的经验：

首先，要确定我们的程序用没有用到标准的c库，或者一些系统的库文件，这些一般是在操作系统之上开发要注意的问题，这里并不多说，熟悉在Linux编程的人，基本上都会用ld命令；这里，我们从头开始,直接进行汇编语言的连接。

我们写一个汇编程序，控制GPIO，从而控制外接的LED，代码如下;

.text.global_start_start:

LDRR0,=0x56000010GPBCON寄存器

MOVR1,#0x00000400

strR1,[R0]

LDRR0,=0x56000014

MOVR1,#0x00000000

STRR1,[R0]

MAIN_LOOP:

BMAIN_LOOP

代码很简单，就是一个对io口进行设置然后写数据。

我们看它是如何编译的，注意我们这里使用的不是arm-linux-gcc而是arm-elf-gcc，二者之间没有什么比较大的区别，arm-linux-gcc可能包含更多的库文件，在命令行的编译上面是没有区别。

我们来看是如何编译的：

arm-elf-gcc-g-c-oled_On.oled_On.s首先纯编译不连接

arm-elf-ld-Ttext0x00000000-gled_On.o-oled_on_elf

用Ttext指明我们程序存储的地方，这里生成的是elf文件，还不是我们真正的bin，但是可以借助一些工具可以进行调试。

然后：

arm-elf-objcopy-Obinary-Sled_on_elfled_on.bin

生成bin文件。

-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。

-Ttextaddr

-Tdataaddr

-Tbssaddr

arm-elf-ld-Ttext0x00000000-gled_On.o-oled_on_elf，运行地址为0x00000000，由于没有指明数据段和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。

第二个概念：

section，section可以理解成一块，例如像c里面的一个子函数，就是一个section，器ld把object文件中的每个section都作为一个整体，为其分配运行的地址（memorylayout），这个过程就是重定位（relocation）；最后把所有目标文件合并为一个目标文件。

通过一个linkerscript来控制，这个脚本描述了输入文件的sections到输出文件的映射，以及输出文件的memorylayout。

因此，linker总会使用一个linkerscript，如果不特别指定，则使用默认的script；可以使用‘-T’命令行选项来指定一个linkerscript。

＊映像文件的输入段与输出段

linker把多个输入文件合并为一个输出文件。

输出文件和输入文件都是目标文件（objectfile），输出文件通常被称为可执行文件（executable）。

每个目标文件都有一系列section，输入文件的section称为inputsection，输出文件的section则称为outputsection。

一个section可以是loadable的，即输出文件运行时需要将这样的section加载到memory（类似于RO&RW段）；也可以是allocatable的，这样的section没有任何容，某些时候用0对相应的memory区域进行初始化（类似于ZI段）；如果一个section既非loadable也非allocatable，则它通常包含的是调试信息。

每个loadable或allocatable的outputsection都有两个地址，一是VMA（virtualmemoryaddress），是该section的运行时域地址；二是LMA（loadmemoryaddress），是该section的加载时域地址。

可以通过objdump工具附加'-h'选项来查看目标文件中的sections。

＊简单的Linkerscript

（1）SECTIONS命令：

TheSECTIONScommandtellsthelinkerhowtomapinputsectionsintooutputsections,andhowtoplacetheoutputsectionsinmemory.

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‘.’（locationcounter）：

该符号只能用于SECTIONS命令部，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（outputsectiondescription）：

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。

＊linkerscript实例

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

OUTPUT_ARCH（arm）

ENTRY（_start）

SECTIONS{

.=0xa3f00000;

__boot_start=.;

.startALIGN（4）:

{

*（.text.start）

}.setupALIGN（4）:

{

setup_block=.;

*（.setup）

setup_block_end=.;

}.textALIGN（4）:

{

*（.text）

}.rodataALIGN（4）:

{

*（.rodata）

}

.dataALIGN（4）:

{

*（.data）

}.gotALIGN（4）:

{

*（.got）

}

__boot_end=.;.bssALIGN（16）:

{

bss_start=.;

*（.bss）

*（COMMON）

bss_end=.;

}.commentALIGN（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：

.startALIGN（4）:

{

*（.text.start）

}

.start为outputsectionname，ALIGN（4）返回一个基于locationcounter（.）的4字节对齐的地址值。

*（.text.start）是输入段描述，*为通配符，意思是把所有被的object文件中的.text.start段都进这个名为.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:

bstart

arm-elf-ld-Ttimer.lds-otimer_elfheader.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官方上对.lds文件形式的完整描述：

SECTIONS{

...

secnamestartBLOCK（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{

firtst0x00000000:

{head.oinit.o}

second0x30000000:

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Nandflash。

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.ldsx.oy.o–oxy.o。

也用-Ttext参数直接指定连接地址，如

arm-linux-ld–Ttext0x30000000x.oy.o–oxy.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：

bstep1：

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。

ldrpc,=step1：

该指令是从存中的某个位置（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

adrr0,_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）*/

ldrr1,_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）*/

cmpr0,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