ARM64基础10：GNU LD链接器介绍

阳光穿透心脏的1/2处 2022-09-09 12:54 287阅读 0赞

**链接器Linker**：是一个程序，将一个或多个编译器或汇编生成的目标文件，及依赖库，链接为一个可执行文件。

GNU Linker采用AT&T链接脚本语言；

**链接脚本文件**：包含ld程序链接的规则，其决定输出可执行文件的内存布局；

LD命令：arm64版本的连接器是aarch64-linux-gnu-ld  
查看命令参数：

aarch64-linux-gnu-ld --help

LD命令的参数有很多，常用的如下：

$(ARMGNU)-ld -T $(SRC_DIR)/linker.ld -Map xxx.map -o $(BUILD_DIR)/xxx.elf  $(OBJ_FILES)

常用参数：  
**-T**： 指定连接脚本；  
**-Map**：输出一个符号表文件；  
**-o**: 输出最终可执行二进制文件；

# 基本概念 #

输入段(input section)，输出段(output section)  
每个段包括name和大小；

段的属性：  
loadable:运行时会加载这些段内容到内存中；  
allocatable:运行时不加载段的内容；

段的地址：  
VMA（virtual memory address）:虚拟地址，运行地址；  
LMA（load memory address）:加载地址  
通常ROM的地址为加载地址，而RAM地址为VMA；

# 链接脚本命令 #

**Entry(symbol)**: 设置程序的入口函数；  
GNU-AS程序入口点有以下几种：  
a.使用-e参数；  
b.使用ENTRY（symbol);  
c.在.text的最开始的地方；  
d.0地址；

**INCLUDE filename**:引入filename的链接脚本；

**OUTPUT filename**：输出二进制文件，类似命令行的"-o filename"

**OUTPUT\_FORMAT(bfd)**：输出BFD格式；  
**OUTPUT\_ARCH(bfdarch)**: 输出处理器体系架构格式

OUTPUT_ARCH(aarch64)
    ENTRY(_text)

# 赋值符号 #

符号可以像C语言一样赋值；  
"."表示当前位置；

symbol = expression;
    symbol += expression;
    symbol -= expression;
    symbol *= expression;
    symbol /= expression;
    symbol <<= expression;
    symbol >>= expression;
    symbol &= expression;
    symbol |= expression;

# 符号的引用 #

在C语言定义一个变量并初始化，编译器会分配一个符号，且在内存中分配空间存储；

在链接脚本中定义的变量，仅仅是在符号表里定义这个符号，没有分配存储空间；

xxx.ld
    start_of_ROM = .ROM;
    end_of_ROM = .ROM + sizeof(.ROM)

可以在每个段中设置一些符号，以方便C语言访问每个段的起始地址和结束地址；

C语言中，对链接脚本里定义的符号引用
    extern char start_of_ROM[],end_of_ROM[];
    char buf[4096];
    memcpy(buf, start_of_ROM, end_of_ROM - start_of_ROM);//引用的是地址

# SECTIONS命令 #

告诉链接器如何把输入段(input sections)映射到输出段(output sections)，决定输出程序的内存布局；

**输出section的描述符：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56eR5a2m6L6555WM_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

# LMA加载地址 #

每个段都有VMA和LMA；  
在输出段描述符中使用“AT”指定LMA, 如果没有指定，通常LMA=VMA;  
构造一个基于ROM的映像文件，常常会设置输出端的虚拟地址和加载地址不一样；

SECTIONS
    { 
    	.text 0x1000:{ *(.text)_etext=.;}
    	.mdata 0x2000:
    	AT(ADDR(.text)+SIZEOF(.text))  //指定加载地址
    	{ 
    		_data=.;
    		*(.data);
    		_edata=.;  //_data和_edata只是一个符号，用来记录mdata段的VMA地址
    	}
    	.bss 0x3000;
    	{ 
    		_bstart=.;
    		*(.bss)*(COMMON);
    		-bend=.;
    	}
    }

mdata段的加载地址和链接地址不一样，因此程序初始化代码需要把data段内容复制到SDRAM中的虚拟地址中；  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56eR5a2m6L6555WM_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

# 常见的内建函数(builtin functions) #

**ADDR(section)**:返回前面已经定义过的段的VMA地址；  
**ALIGN(n)**: 返回下一个与n字节对齐的地址；  
**SIZEOF(section)**:返回一个段的大小；  
**MAX/MIN(exp1,exp2)**:返回较大/较小值；

实例练习：**设置代码段的LMA!=VMA**

TEXT_ROM = 0X90000;
    SECTIONS
    { 
    	/*
    	 * -->location, current addr
    	 * 	0x80000 is entrance address
    	 */
    	. = 0x80000,
    	/*
    	 * first instruction
    	 **/
    	_text_boot = .;
    	.text.boot : {  *(.text.boot) }  
    	_etext_boot = .;
    
    	/*
    	 * code segment
    	 */
    	_text = .;
    	.text : AT(TEXT_ROM)
    	{  *(.text) }
    	_etext = .;
    
    	/*
    	 * readonly data segment
    	 */
    	_rodata = .;
    	.rodata : AT(ADDR(.rodata))
    	{  *(.rodata) }
    	_erodata = .;
    
    	/*
    	 * data segment
    	 */
    	_data = .;
    	.data : {  *(.data) }
    	_edata = .;
    
    	/*
    	 * bss segment
    	 * 8bytes algine
    	 */
    	. = ALIGN(0x8);
    	_bss = .;
    	.bss : {  *(.bss*) } 
    	_ebss = .;
    
    
    	/*
    	 * alloc a page memory, store page table
    	 * aligne 4096
    	 */
    	. = ALIGN(4096);
    	init_pg_dir = .;
    	. +=4096;
    }

**在启动代码，将代码段从LMA(ROM地址)拷贝到VMA(SDRAM地址)**

master:
    /*
     * copy code segment from rom(LMA) TO ram(VMA)
     */
    	adr x0, TEXT_ROM
    	adr x1, _text
    	adr x2, _etext
    1:
    	ldr x4, [x0], #8
    	str x4, [x1], #8
    	cmp x1, x2
    	b.cc 1b

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