ARM处理器学习之--GPIO操作篇（gnu link script）

1：主要内容

      本文主要介绍了VMA、LMA的相关概念，gnu link script的作用和使用方法。

2：引言

      我们程序员刚开始学习编写程序时，都会接触到一个 " *.C " 文件要经过编译、链接等过程才能变成可以执行的程序。至于这里的链接到底怎么回事，我们今天就来谈谈这方面的内容。现在，我们有这样一套ARM7的硬件开发环境，0X80000000地址开始BANK0 我们用的是NorFlash，0X40000000地址是芯片内部的RAM。我编译、链接的程序下载到0x80000000地址处。而真正运行时，一部分初始化代码在0X80000000运行，初始化完毕后，将主要工作的代码copy到内部RAM 0X40000000开始的地方运行。因为内部RAM运行程序比较快，所以我想NorFlash充当电脑的硬盘的作用，让其主要程序在RAM里运行。这是今天主要的内容，当然，程序的功能还是和上一节ARM处理器学习之--GPIO操作篇一样：让板子上的一个LED灯闪烁。

3：主要思路

 我把程序分成两个主要部分，第一部分负责对芯片基本的操作和copy代码（从Norflashcopy到Sdram中），然后跳转到Sdram中去执行程序。第二部分为程序的主要部分。那这样的话，我对这两部分程序通过链接器链接时则需要设置不同的运行地址。即，第一部分代码链接的运行地址是0X80000000，而第二部分代码链接的运行地址是0X40000000。但这两部分组成的映像文件的下载地址都是0X80000000.我想这个应该能通过链接器进行设置，通过查询资料得知，这个可以通过链接器的链接脚本来实现，在gnu arm 的链接器上是通过书写一个*。lds的链接脚本来实现的。

4：相关知识点  

   经过编译，链接后生成的可执行文件，其实有一定的结构。主要分为code段，data段，zi段（在gnu linux 下为.text .data .bss段）。这个code段，就是我们使用汇编，c语言，c++写的程序指令，而data是程序中使用的变量，zi是程序中定义的未初始化的变量（由于这些内容本来就没有被初始化，所以这些zi段没有必要存储在生成的映像文件中，只是在程序真正运行时在相应的地址处预留出相应的空间即可）。文件的链接简图：

   VMA（Virtual Memory Address）和LMA：（Load Memory Address）。这个LMA地址是程序装载到存储器时的地址，WMA可以理解成程序真正运行时所在的地址。

      而链接器指定的链接地址要和程序真正运行时所在的地址一致。这个也好理解，链接器就是根据你指定的链接地址进行整个映像的链接操作，一些绝对跳转指令就是根据链接指定的地址进行更改PC值的，这些在上一讲有所解释。当然一般情况下，LMA和VMA的地址是一样的，不过，在有些嵌入式开发的过程中，程序的装载地址和运行地址不一样，那在访问链接地址和装载地址不一样的code、data、zi段的时候应该在真正访问前将其copy到链接指定的地址上去。

gnu 链接脚本的格式。gnu 链接脚本是一个描述文本，用来描述怎么链接最终的映像文件。关于这个链接脚本文件，我们在具体案例中了解其用法。

5：实验源码

initsystem.s

@******************************************************************************@ 文件名  ：initsystem.s@ 功    能：初始化系统并copy代码@ @ 作者    :张连聘@ 创建时间:2014-06-22@******************************************************************************.text.global _start@声明常量.equ   DATA_DST,0x40000000  @目的地址.equ   DATA_SRC,0x80000000  @源地址@引入外部标号.extern  MainLoop.extern start_copy_addr_start: LDR PC,  ResetAddr ResetAddr: .word  ResetInitResetInit:LDR R0,=DATA_DST  @RO 指向目的地址LDR R1,=start_copy_addr @R1 指向源地址MOV R10,#128     @复制的个数为128*8*4=4KCopyLoop:   LDMIA R1!,{R2-R9}@从R1指定的内存地址处装载数据到R2--R9中STMIA R0!,{R2-R9}@把R2--R9的数据复制到R0指定的内存中SUBS  R10,R10,#1BNE   CopyLoopLDR PC,=MainLoop.end

control_led.s

@******************************************************************************@ 文件名  ：control_led.s@ 功    能：利用P2.28控制led灯闪烁@ @ 作者    :张连聘@ 创建时间:2014-06-08@****************************************************************************** .text.global MainLoopStartMain:@定义程序中使用到的常量.equ   IO2DIR  ,0xE0028028@ 控制IO0的输入、输出属性寄存器.equ   IO2SET  ,0xE0028024  @IO2输出1控制寄存器.equ   IO2CLR  ,0xE002802C  @IO2输出0控制寄存器.equ   LEDCON  ,(1<<28)     @0x10000000MainLoop:    LDR R0,=IO2DIR      @IO2DIR              LDR R1,=LEDCON  STR R1,[R0]@设置P2.28为输出LDR R0,=IO2CLR  LDR R1,=LEDCONSTR R1,[R0]        @P2.28为输出0，熄灭ledBL DELAYS   @调用延时程序LDR R0,=IO2SETLDR R1,=LEDCONSTR R1,[R0]        @P2.28为输出1,点亮ledBL DELAYS   @调用延时程序B MainLoop@******************************************************************************@ 名    CopyData@ 功    能：复制代码，从0x8000***---->0x40000000 size:4K@ 入口参数：无@ 出口参数：无@ 占用资源：@******************************************************************************/* CopyData:   LDR R0,=DATA_DST  @RO 指向目的地址MOV R10,#128     @复制的个数为128*8*4=4KCopyLoop:   LDMIA R1!,{R2-R9}@从R1指定的内存地址处装载数据到R2--R9中STMIA R0!,{R2-R9}@把R2--R9的数据复制到R0指定的内存中SUBS  R10,R10,#1BNE   CopyLoopMOV   PC,LR*/@******************************************************************************@ 名    称：DELAYS@ 功    能：软件延时@ 入口参数：无@ 出口参数：无@ 占用资源：R7@******************************************************************************DELAYS:LDRR7,=0x00080000@ 延时参数DELAYS_L1:SUBSR7,R7,#1    @ R7 = R7-1BNEDELAYS_L1          @ 判断R7-1结果是否为0，若不为0则跳转MOVPC,LR@ 返回    .end

led_control.lds

/** led_control 的链接脚本。***/ MEMORY{   rom (rx)  : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = 2M   ram (!rx) : ORIGIN = 0x40000000, LENGTH = 2M}ENTRY(_start)SECTIONS{. = 0x80000000 ;.init : {initsystem.o(.text)start_copy_addr = . ;} >rom. = 0x40000000 ;.main :AT (ADDR(.init)+SIZEOF(.init)){control_led.o(.text)} >ram}

Makefile

control_led.bin:control_led.s initsystem.sarm-linux-gcc -g -c -o control_led.o control_led.sarm-linux-gcc -g -c -o initsystem.o initsystem.sarm-linux-ld -Tled_control.lds -nostdlib -g  control_led.o initsystem.o -o control_led_elfarm-linux-objcopy -O binary -S control_led_elf  control_led.binclean:rm -f control_led.bin control_led_elf *.o

6：源码重点解释

关于上面两个.s的汇编文件，这里就不再赘述，请读者自行分析。主要说说这个链接脚本的相关知识。gnu 链接脚本的详细资料参见，gnu_Linker.pdf这个官方资料。

链接文件的细节问题这里也不再提及，只说一下关键点。

1问：为什么我将初始化，copy的代码放在一个单独的文件里？

1答：我最开始把所有代码放在一个文件里，使用.section 伪指令定义新的段名，在链接脚本里使用不同的地址存放不同的段。但程序一直不能正常运行，后反编译得知，我这样做，链接出来的映像文件和我在链接脚本里指定的不一样。后查资料得知，gnu link 对每个源文件都有默认的三个段名：.text .data .bss 。链接脚本里的输入段只允许这些段名。因此我将启动代码单独放在一个文件里，且所有的代码均在 .text 这个段里。

2问：我在链接脚本里能定义标号吗？定义的标号，怎么在汇编里引用呐？

2答：可以在链接脚本里定义标号，这里定义的标号的意义等同于在编程语言里的地址。在上面给出的例子中，我们copy代码并不是从第一条指令开始copy的，而是从执行完初始化和copy代码这些功能后开始指令。那我们怎么知道initsystem里面的指令到底占用多少空间，我们在链接脚本里定义了 

start_copy_addr = . ;

其中
start_copy_addr 为标号的名称，它的值被赋成 . 其中这个dot代表当前链接的地址，此时的地址是从0x80000000开始加上initsystem.o 里所有代码长度后的值。那我们从这个地址开始copy代码是最合适的了，那这个地址在ARM 汇编里怎么使用哪？

.extern LDR R1,=start_copy_addr @R1 指向源地址@先声明这个标号

LDR R1,=start_copy_addr @R1 指向源地址

在c语言里应该这样：

extern  start_copy_addr  ；

然后 使用&start_copy_addr  的方法来使用这个标号的值。

7：相关资料

      我下面列出的相关资料都上传到我的csdn资源中。下载地址：http://download.csdn.net/detail/zhanglianpin/7546779

ARM开发指南中文版系列文章。

gnu-assembler.pdf

gnu_Linker.pdf

linker&&loader.pdf

8：后记

其实，程序链接这方面的知识，对理解程序结构是很有帮助的。尤其做嵌入式软件开发。我们阅读uboot linux 内核等开源程序时，若不理解链接过程是很难阅读透彻的。

另外，我们写程序时，其实有很多伪指令都是针对编译、链接器的。了解了这方面的知识，我们综合利用程序、链接才能充分实现我们的想法。感兴趣的同志可以仔细

翻阅我上面列出的参考文档。愿此文对您有帮助。