linker - 了解 ARM Cortex-M 微 Controller 的链接描述文件

Question

我正在使用 STMicroelectronics 的 STM32F746NG 微 Controller 。该设备基于 ARM Cortex-M7 架构。我花了相当多的时间来理解示例项目中的链接描述文件。我弄清楚了基础知识，但我仍然无法掌握其中的大部分内容。请帮助我理解这些部分。

链接描述文件的开始

链接描述文件开始如下:

/* Entry Point */
ENTRY(Reset_Handler) /* The function named 'Reset_Handler' is defined */
                     /* in the 'startup.s' assembly file.             */

/* Highest address of the user mode stack */
/* Remember: the stack points downwards */
_estack = 0x20050000;    /* End of RAM */

/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size = 0x200;  /* Required amount of heap  */
_Min_Stack_Size = 0x400; /* Required amount of stack */

/* --------------------------------------------------------------------*/
/*                    MEMORY AREAS                                     */
/* --------------------------------------------------------------------*/
MEMORY
{
    /* FLASH MEMORY */
    /* ------------ */
    /* Remember: the flash memory on this device can   */
    /* get accessed through either the AXIM bus or the */
    /* ITCM bus. Accesses on the ITCM bus start at     */
    /* address 0x0020 0000. Accesses on the AXIM bus   */
    /* at address 0x0800 0000.                         */
    FLASH (rx)     : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1024K
    /* FLASH (rx)     : ORIGIN = 0x00200000, LENGTH = 1024K */

    /* RAM MEMORY */
    /* ---------- */
    RAM (xrw)      : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 320K
}

向量表和程序代码

定义存储区后，链接描述文件继续定义段。链接描述文件中定义的第一部分是向量表。它必须以闪存的第一个字节结束。

/* --------------------------------------------------------------------*/
/*                    OUTPUT SECTIONS                                  */
/* --------------------------------------------------------------------*/
SECTIONS
{
    /****************************/
    /*      VECTOR TABLE        */
    /****************************/
    .isr_vector :
    {
        . = ALIGN(4);
        KEEP(*(.isr_vector)) /* Vector Table */
        . = ALIGN(4);
    } >FLASH

插入向量表后，是时候上程序代码了:

    /****************************/
    /*      PROGRAM CODE        */
    /****************************/
    .text :
    {
        . = ALIGN(4);
        *(.text)           /* .text sections (code) */
        *(.text*)          /* .text* sections (code) */
        *(.glue_7)         /* Glue ARM to Thumb code */
        *(.glue_7t)        /* Glue Thumb to ARM code */
        *(.eh_frame)


        /* Note: The function ‘.text.Reset_Handler’ is one of the *(.text*) sections,      */
        /* such that it gets linked into the output .text section somewhere here.          */
        /* We can verify the exact spot where the Reset_Handler section is positioned, by  */
        /* examining the second entry of the vector table.                                 */
        /* A test has given the following results:
        /*    FLASH (rx) : ORIGIN = 0x0800 0000    ==>  Reset_Handler = 0x0800 1C91        */
        /*    FLASH (rx) : ORIGIN = 0x0020 0000    ==>  Reset_Handler = 0x0020 1CB9        */
        /*
        /* In both cases, the Reset_Handler section ends up a few hundred bytes after the  */
        /* vector table in Flash. But in the first case, the “Reset_Handler” symbol points */
        /* to the Reset-code through AXIM-interface, whereas in the latter case it points  */
        /* to the Reset-code through the ITCM-interface.                                   */


        KEEP (*(.init))
        KEEP (*(.fini))

        . = ALIGN(4);
        _etext = .;        /* Define a global symbol at end of code */

    } >FLASH

链接描述文件定义了 e_text表示 flash 中程序代码结束地址的全局符号。

恒定数据

只读数据也最终存在于闪存中(将其放入 volatile RAM 中毫无意义)。链接描述文件定义了 .rodata部分应在闪存中:

    /****************************/
    /*      CONSTANT DATA       */
    /****************************/
    .rodata :
    {
        . = ALIGN(4);
        *(.rodata)         /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
        *(.rodata*)        /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
        . = ALIGN(4);
    } >FLASH

Flash 中的神秘部分

在定义常量只读数据的位置后，链接描述文件定义了一些“神秘”部分也应该在闪存中结束:

    .ARM.extab :
    {
        *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*)
    } >FLASH
    .ARM :
    {
        __exidx_start = .;
        *(.ARM.exidx*)
        __exidx_end = .;
    } >FLASH
    .preinit_array :
    {
        PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
        KEEP (*(.preinit_array*))
        PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
    } >FLASH
    .init_array :
    {
        PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
        KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
        KEEP (*(.init_array*))
        PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
    } >FLASH
    .fini_array :
    {
        PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
        KEEP (*(SORT(.fini_array.*)))
        KEEP (*(.fini_array*))
        PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
    } >FLASH

我不知道这些部分是什么。所以让这成为第一个问题。这些部分是什么，它们显示在哪些目标文件中？如您所知，链接描述文件需要将一些目标文件链接在一起。我不知道这些神秘部分存在于哪些目标文件中:

.ARM.extab

.ARM

.preinit_array

.init_array

.fini_array

这是对闪存的分配的结束。链接描述文件继续定义在 RAM 中结束的部分。

RAM 中的部分
.data和 .bss部分对我来说很清楚。没有关于这个的问题。

    /****************************/
    /*    INITIALIZED DATA      */
    /****************************/
    _sidata = LOADADDR(.data);
    .data :
    {
        . = ALIGN(4);
        _sdata = .;        /* create a global symbol at data start */
        *(.data)           /* .data sections */
        *(.data*)          /* .data* sections */

        . = ALIGN(4);
        _edata = .;        /* define a global symbol at data end */

    } >RAM AT> FLASH


    /****************************/
    /*    UNINITIALIZED DATA    */
    /****************************/
    . = ALIGN(4);
    .bss :
    {
        _sbss = .;         /* define a global symbol at bss start */
        __bss_start__ = _sbss;
        *(.bss)
        *(.bss*)
        *(COMMON)

        . = ALIGN(4);
        _ebss = .;         /* define a global symbol at bss end */
        __bss_end__ = _ebss;

    } >RAM

链接描述文件还定义了一个 ._user_heap_stack部分:

    /****************************/
    /* USER_HEAP_STACK SECTION  */
    /****************************/
    /* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */
    ._user_heap_stack :
    {
        . = ALIGN(8);
        PROVIDE ( end = . );
        PROVIDE ( _end = . );
        . = . + _Min_Heap_Size;
        . = . + _Min_Stack_Size;
        . = ALIGN(8);
    } >RAM

显然这部分没有立即使用。它仅被定义为检查 RAM 是否仍有足够的空间用于堆栈和堆。如果不是这种情况( . 超过顶部 RAM 地址)，则会引发链接器错误。

链接脚本的结尾

这就是链接描述文件的结束方式。老实说，我不知道它有什么作用。所以这是第二个问题:以下是什么意思？

    /* Remove information from the standard libraries */
    /DISCARD/ :
    {
        libc.a ( * )
        libm.a ( * )
        libgcc.a ( * )
    }

    .ARM.attributes 0 : { *(.ARM.attributes) }
}
/* END OF LINKERSCRIPT */

Answer 1

.ARM.extab 和 .ARM.exidx 与展开有关。您可以在这里找到更多信息 http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ihi0044e/index.html .如果您不关心展开(展开对于 C++ 异常和调试很有用)，则不需要它们。

这些符号与在 main() 之前/之后调用的 C/C++ 构造函数和析构函数启动和拆除代码有关。名为 .init、.ctors、.preinit_array 和 .init_array 的部分与 C/C++ 对象的初始化有关，而名为 .fini、.fini_array 和 .dtors 的部分则用于拆卸。开始和结束符号定义了与此类操作相关的代码部分的开始和结束，并且可能会从运行时支持代码的其他部分引用。

.preinit_array 和 .init_array 部分包含指向将在初始化时调用的函数的指针数组。 .fini_array 是一个将在销毁时调用的函数数组。大概开始和结束标签用于遍历这些列表。

堆:不是真的，那部分允许为堆保留一些空间，为堆栈保留一些空间。显然，如果保留区域的总和超出 RAM 边界，则会引发错误。这是一个例子:

_Min_Heap_Size = 0;/* 所需的堆数量/
_Min_Stack_Size = 0x400;/所需的堆栈数量 */

._user_heap_stack :
{
. =对齐(4)；
提供(结束 = .)；
提供 ( _end = . );
. = . + _Min_Heap_Size;
. = . + _Min_Stack_Size;
. =对齐(4)；
} >内存

链接库我更喜欢不同的表示法，这只是裸机无 RTOS C++ 项目的一个示例:
组(libgcc.a libc_nano.a libstdc++_nano.a libm.a libcr_newlib_nohost.a crti.o crtn.o crtbegin.o crtend.o)