对.lds连接脚本文件的分析

 

    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官方网站上对.lds文件形式的完整描述：

SECTIONS {
...
secname start BLOCK(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：决定哪些内容放在本段，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网站上说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。

看一个简单的例子：（摘自《2410完全开发》）

/* nand.lds */
SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
second 0x30000000 : 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Nand flash。

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.lds x.o y.o –o xy.o。也用-Ttext参数直接指定连接地址，如
arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.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：

（1）       b step1 ：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。

（2）       ldr pc, =step1 ：该指令是从内存中的某个位置（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。

（3）       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：

relocate: /* 把U-Boot重新定位到RAM */
    adr r0, _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) */
    ldr r1, _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) */
    cmp r0, 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
}
  

  
网友： 本站网友 时间：2008-04-02 14:46:04 IP地址：64.230.126.★
"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Nand flash。"

请问这个从load address 到running address的加载过程是谁来完成呢，是不是bootloader（stage 1）根据相应的地址来完成这个加载过程呢？

Blog作者的回复:
是的


网友： 040240216 时间：2008-08-18 23:48:02 IP地址：125.96.9.★
这个能帮看一下吗？
SECTIONS
{
        . = 0x00000000;

        /* this is intended to take the first 4KBytes of stuff initially.
         * We have to make sure we have .rodata* in there for everything
         * because we do not compile PIC.
         */

        . = ALIGN(4);
        .text      :
        {
          src/start.o           (.text .rodata* .data) <--括号里的不太明白
          src/lowlevel_init.o   (.text .rodata* .data)
          src/start_qi.o        (.text .rodata* .data)
          src/blink_led.o       (.text .rodata* .data)
          src/nand_read.o       (.text .rodata* .data)
          src/serial.o          (.text .rodata* .data)
        }

    . = ALIGN(4);
        .everything_else ADDR (.text) + SIZEOF (.text) + 0x33000000 :
                AT ( ADDR (.text) + SIZEOF (.text) ) { *(.text .rodata* .data) }
                       ＜－－这句不太明白
    . = 0x33800000 ;
        __bss_start = .;
        .bss (NOLOAD) :
    {
        *(.bss)
    }
        _end = .;
}
e-mail :   [e-mail]

Blog作者的回复:
上一个：
将start.o的各个段都存储在.text位置开头，并从开头这个位置运行；

下面那个：
将除了上面那些.o文件之外的所有.o文件的加载地址放在上面.o文件存储的末端，但运行地址从末端向后偏移0x33000000，即到内存中某位置运行。


网友： wfs1900 时间：2008-11-29 16:52:23 IP地址：218.58.59.★
你好：读了你的文章，很受启发。但是有个地方不大明白，就是如果程序中只有main.o 那么我是不是可以使用AT命令指定加载段为4096,那么是什么程序将main.o存放在存储器的4096的位置而不是放在存储器的0位置？是用烧写程序吗？

Blog作者的回复:
在bin文件按照这个lds脚本连接时，main.o就会被放到bin中从头开始的4096偏移位置处（假定bin就按这个lds连接），之后把整个bin烧到flash中。