Andes SAG應用實例

　　在嵌入式開發中,系統軟件設計特別是各種存儲器的規劃是必不可少的一個環節,它也直接體現在鏈接腳本的撰寫上。 因鏈接腳本的語法相對復雜和篇幅較大,前期撰寫和后期維護對工程師來講難度都很大, 但對使用AndesCore做開發的工程師來講,Andes SAG是一大福音，它提供簡單直觀的描述語言替代了復雜的鏈接腳本。我們收到的反饋也證明，越來越多的工程師開始采用Andes SAG替代linker，之前我們有一篇技術文章對SAG的語法格式做了介紹并說明如何使用，本文將展示四個實際工程開發的例子，以幫助廣大開發者更好的熟悉和理解Andes SAG，同時可以作為開發時的參考。

　　1.將函數和變量指定到特定地址

　　第一個例子是如何將函數和變量的地址指定到一個特定的地址，例子中的地址指運行地址——VMA。有這樣要求的原因有很多，諸如SOC的運行地址空間不連續，或者需要高效使用某一塊效率很高的存儲器等情況。解法分為兩步：一，在SAG文件中添加自定義的section，將此section的VMA設定到指定地址;二，在C語言中，將需要改變的函數和變量用特定的語法放在自定義的section。

　　圖表1是在SAG中自定義section 的例子。第1行關鍵詞USER_SECTIONS表示后面接的這幾個sections都是由使用者自定義的sections。

　　圖表1. Samp1.sag文件

　　圖表1中，第4行至8行表示從0x0開始的區域是只讀區，包含程序代碼(.text section)及只讀數據段(.rodata section)。第9行，MYRAM0部分表示.mysection0的VMA從0x00014000開始。以此類推，MYRAM1和MYRAM2部分各自表示mysection1和.mysection2的VMA起始位置。第21行的RAM1里放的是.data及.bss sections，執行時期會從0x00010000開始，源代碼中須做到將data 的LMA地址copy至 VMA位置，可以使用 __data_lmastart 與 __data_start 來尋址。

　　指定函數放在自定義section里，在源代碼的對應處要使用__attribute__((section(".mysection0")))語法，完整寫法請參考圖表2a。圖表2b是另外一種寫法。

　　圖表2a. 指定函數放在自定義section

　　圖表2b. 指定函數放在自定義section的另一種寫法

　　指定全局變量gdata1放在自定義section .mysection1里，在源代碼的對應處要使用__attribute__((section(".mysection1")))語法，完整語法請參考圖表3。

　　圖表3. 指定變量放在自定義section

　　將函數和變量這樣指定后，編譯后的adx(elf)文檔可以清晰看到對應Section的LMA與VMA如圖表4.

　　圖表4. ELF Header

　　2.實現IVB在運行時切換

　　有一個客戶需要系統在開機與正常運行時能有不同的ISR，即是同一個中斷的服務函數在開機和正常運行時會不一樣。對于這個問題的解法有很多，我們今天介紹是其中一種解決方法：設置一個新的Vector Table，新的Vector Table會跳到新的ISR;通過SAG將新的Vector Table指定到一個特定地址上;當程序開機完成，需要正常運行時，只需要去修改IVBASE (ir3)這個寄存器。

　　所以完成這個例子的重點是如何在匯編代碼中建一個新的vector table 并指定到自定義的section中。表5是實例的寫法：

　　圖表5 指定Vector table到自定義section

　　圖表5重點是是第一行，.section 是用來定義非標準的section，.nds32_aa 即為非標準section的名稱，”a”表示allocable, “x”表示executable. 因為Andes的標準vector table一般會放在.nds32_init section，所以新的vector table 放.nds32_aa里，名稱不一樣能區別就好。接下來是讓新的自定義section .nds32_aa 運行在特定地址上，如圖表6所示。

　　圖表6 指定自定義section到特定地址

　　這樣新的vector table的首地址會被固定到0x10000的位置，當程序開機完成，只需要將IVBASE設定到這個地址，那么當有中斷進來，就會跳到新的Vector Table中。

　　3.指定一個或幾個C檔的所有section到指定地址

　　上兩個例子有共同點是通過編程將某一段程序放到自定義section，區別在于一個是指定C語言函數和變量到自定義section，一個指定匯編函數到指定的section，都需要改動源代碼。然而對于一些應用場景，比如不提供源代碼只有編譯好的.o或者.a 文件，如果想將.o檔里的section指定到特定地址運行，這個時候該如何做呢?請參考圖表7A的寫法，這表示我們要將hello.o的只讀區，包含程序代碼(.text section)及只讀數據段(.rodata section)放在LMA及VMA在0x10000的地址上。

　　圖表7A 指定自定義section到特定地址

　　在整個project 中如果將每個.o檔都列出來，那么整個SAG文檔將變得難以閱讀，而且在給后期維護帶來麻煩，這種解法不好。如果使用者只需要排除幾個.o檔，對于熟悉GNU linker的讀者會想到“EXCLUDE_FILE”這一語法，讓使用者可以很方便地在Linker中實現這一需求。Andes SAG也與時俱進地引入這一語法。圖表7B正是這樣一個例子，它將uart.o中所有的section 都放到一個特定地址去運行，而其它的保持不變。

　　圖表7B 支持“EXCULDE_FILE”

　　4、如何避免LMA或VMA的偏差

　　在前三個例子中，都是舉例去說明如何實現將程序的某一部分的LMA或者VMA固定在某一個特定地址上，這是對鏈接這一動作的基本要求。嵌入式軟件工程師需要知道，當某一section的LMA與VMA不相等時，那么在程序初始化時需要將這一section從LMA的地址拷貝到VMA的地址。初始化做拷貝時，這些section的LMA和VMA都是在鏈接腳本中賦值的，代碼中只是去做引用。

　　Andes SAG同樣可以給變量賦值LMA和VMA，但如何賦值呢，是不是一個一個緊湊地排列下來?答案很顯然是不。很多工程師都知道，數據存放有Alignment的要求，比如4 Byte 的Word其存放的首地址需要是4 Byte Align;程序呢，因為優化的需要，比如在Andes 編譯器在-Os等級下，函數的首地址同樣強制4 Byte Align。既然有對齊的要求，就必然有gap存在，當然這里舉出的對齊因素只是讓讀者了解到鏈接器對某一section的LMA或VMA的數值確定不只是單純累加，Andes SAG能自動處理好大部分對齊狀況。但在一些較復雜的例子中，需要給Andes SAG更多指示，讓它工作正確。

　　首先，我們來看圖表7所舉出的例子，這一行“LOADADDR NEXT __uart_lmastart”，有一個關鍵字“NEXT”。它的作用就是讓SAG知道，這個變量的取值是下一個Section的開始，而不是上一個Section的結束。為了讓讀者更明白所表示的含義，我們首先來看依照圖表7的SAG編譯出的elf(adx)檔header信息，如圖表8：

　　圖表8 adx header

　　可以看到.text_*uart.o 的LMA應該是0x1c60, 上一個section(.bss)的LMA結束地址應為：0x1c48+0x10=0x1c58，所以為了清晰地讓SAG知道__uart_lmastart代表.text_*uart.o的LMA開始而不是.bss的LMA結束，我們應該用NEXT去修飾它。

　　然后，我們再來看圖表9的例子，這個例子中，使用“LMA_FORCE_ALIGN”的原因是因為可能某一個section的size 只有2 Byte(不是4 Byte的整數倍)，但下一個section的VMA 起始地址需要4 Byte Align，這時就會出現沖突，為解決沖突，Andes SAG引入這一關鍵字“LMA_FORCE_ALIGN”，強制讓LMA與VMA用同一個值去做Align。

　　圖表9 “LMA_FORCE_ALIGN”example

　　我們用圖表9的SAG 例子去編譯對應的project,可以看到圖表10中section .sbss_b的LMA已經被從0x1d42調整到0x1d44。

　　圖表10 “LMA_FORCE_ALIGN”的效果

　　5、結語

　　Andes提供通俗易用的SAG工具幫助工程師替代了復雜的鏈接腳本，可以大大提高在Andes core平臺上的軟件開發效率。本文從實際例子出發，介紹了Andes SAG 工具如何快速解決工程實際問題，說明了Andes SAG強大而且容易上手。然而工具的功能越強大，也就需要工程師多加深入了解功能設計的緣由，這也正是最后一個例子展現出來的道理，即是透徹了解就可以熟能生巧。希望廣大讀者能熟練掌握Andes SAG這樣一把利器，在軟件開發中發揮四兩撥千斤的作用。

　　參考文檔：

　　1: BSP321 programming guide link generator

　　2: The GNU Linker Manual