arm-linux連接以及連接腳本

一.目標文件格式與類型

GNU C compiler根據源文件的后綴名來對文件進行預處理、匯編或編譯操作。在編譯鏈接時，生成的目標文件都是ELF格式的(可執行鏈接格式，Executable and Linking Format)。Object文件格式有三種類型：

(1)可重定位(relocatable)文件：用來和其他的object文件一起鏈接為一個可執行文件(executable)或一個共享文件(.so文件，shared object)。

(2)可執行(executable)文件；

(3)共享目標文件(shared object file)：用于被下面的兩個鏈接器鏈接。一是鏈接編輯器(ld)，可以和其他的relocatable或shared object file來創建其他的目標文件，例如.so共享庫(可用file命令查看其屬性)；二是動態鏈接器，聯合一個可執行文件和其他的shared object file來創建一個進程映像。

二.鏈接與鏈接腳本

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。

1. 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沒有任何內容，某些時候用0對相應的memory區域進行初始化(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。

2. 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)地址計數器‘.’(location counter)：

該符號只能用于SECTIONS命令內部，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SECTIONS命令內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：

sectionname [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，要直接包含的數據值，或者某一特定的輸出段關鍵字。

3. 舉例

下面看一個常用的用于分散加載（即存儲或加載地址<加載域>和鏈接或運行地址<運行域>不同）的格式：

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、數據段等）

（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。

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。

編寫好的.lds文件，在用arm-linux-ld連接命令時帶-Tfilename來調用執行，如
arm-linux-ld –Tnand.lds x.o y.o –o xy.o。也用-Ttext參數直接指定連接地址，如
arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.o。

4. ARM匯編中實現跳轉

由于會使用分散加載，因此在使用匯編實現跳轉時應該注意。ARM匯編中，常有兩種跳轉方法：b跳轉指令、ldr指令向PC賦值。

（1） 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。

（2） ldr pc, =step1 ：該指令是從內存中的某個位置（step1）讀出數據并賦給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），因此不管最終程序在什么地方運行，所得到的都是同樣的地址（絕對地址），所以可以用它實現從Flash到RAM的程序跳轉。

參考資料：

1.arm-linuxbootloader預備之GNUld機理，http://blog.21ic.com/user1/1028/archives/2008/47653.html

2. 對.lds連接腳本文件的分析，http://blog.chinaunix.net/u1/58780/showart.php?id=462971

3. 用GNU工具開發基于ARM的嵌入式系統，http://blog.163.com/liren0@126/blog/static/32897598200821211144696/