2019-8-10-linux

程序的组成

代码段：用于存放数据
数据段：用于存放全变量（有初始值，且不为零）
只读数据段：用于存放只读数据，如：const 变量
bss段：用于存放未初始化的全局变量，或初始化为零的全局变量
comment段：用于存放代码的一些注释信息

其中bss段和comment的内容不存放在bin文件中。

代码重定位

为什么需要代码的重定位

2440的启动方式有两种，nor flash启动和nand flash启动。（1）首先讲解norflash启动的特点，noflash启动时，norflash中的内容可以像内存一样写，但是不能像内存一样读，因此会出现程序中变量进行修改无效的情况，其内部深层次的原因是，程序中的全局变量和静态变量都存放在bin上，写在norflash中，直接修改无效，因此需要重定位。（2）若采用nand flash启动，2440默认会将nand flash的前4k内容拷贝到sram中，此时sram的地址是从0开始的。但是，当代码的大小超过4k时，我们必须采用代码重定位，前4k的代码需要将整个程序拷贝到，sdram中运行。

重定位的两种方式

基本概念

链接器把一个或多个输入文件合并成一个输出文件，目标文件的每个section至少包含两个信息：名字和大小，大部分section还包括与它关联的一块数据块，一个section可被标记为“loadable”或“allocatable”。loadable section: 在输出文件运行时，相应的section内容将被加载到进程地址空间中。allocatable section：内容为空的section可被标记为可分配的，在输出文件运行时，在进程地址空间中空出大小同section指定大小的部分，在某些情况下，这块内存必须被置零。
每一个“loadable”或“allocatable”输出section通常包含两个地址：VMA（virtual memory address）和LMA（load memory address），通常VMA和LMA是相同的。但在嵌入式系统中，经常存在加载地址和执行地址不相同的情况：比如将输出文件加载到开发板的flash中（由LMA决定），而在运行时将位于flash中的输出文件复制到SDRAM中（VMA决定）。

链接脚本的作用

NORFLASH启动时，NORFLASH中的内容可以向内存一样读，但是不能想内存一样写，因此makefile时，我们需要将data数据段的内容写到SDRAM中，即将数据段的内容指定地址到0x30000000地址处。
makefile的作用主要为预处理、编译、汇编和链接四个部分，链接的其中一个作用为符号的解析和地址的重定位，我们可以指定代码的起始地址和数据的起始地址。
当数据段和代码段之间的间隔较大时，为避免程序链接时，出现较大的空洞，造成程序文件过大，可以运用链接脚本。

链接脚本介绍

GNU链接脚本
 链接脚本介绍
连接脚本的格式

两个必须的（secname，contents），其他optional
1. secname：段名，用以命名此段。
2. contents：决定那些内容放在本段，可以是整个目标文件(.o)，也可以是目标文件中的某段（代码段、数据段等）。
3. start：是段的重定位地址，即本段运行的地址。如果代码中有位置无关指令，程序运行时这个段必须放在这个地址上。start可以用任意一种描述地址的符号来描述。
4. BLOCK（align）指定块对齐。比如，前一个段从0x30000000到0x300003F1，此处标记为ALIGN(4)，表示此处最小占用4Bytes。
5. NOLOAD：告述加载器程序运行时不加载这段到内存。
6. AT（ldadr）：定义本段存储的地址，如果不使用这个选项，则加载地址等于运行地址，通过这个选项可以控制各段分别保存在输出文件中的不同位置。

链接脚本代码实例分析

SECTIONS
{
    . = 0x30000000;		//设置运行时地址

    . = ALIGN(4);		 //设置内存对齐方式
    .text      :			   //设置secname
    {
      *(.text)				//存放所有文件的代码段
    }						  //未设置存储地址，默认存储地址与运行地址相同

    . = ALIGN(4);    //同上
    .rodata : { *(.rodata) }//同上（只读数据段）

    . = ALIGN(4);	//同上
    .data : { *(.data) }//同上（数据段）

    . = ALIGN(4);
    __bss_start = .;//将当前地址赋值给_bss_start变量
    .bss : { *(.bss) *(.COMMON) }//同上
    _end = .; //将当前地址赋值给_end变量
}

C函数怎么使用lds文件中的变量

如何编写位置无关码

使用相对跳转命令 b或bl
重定位之间，不可使用绝对地址，不可访问全局变量/静态变量，也不可访问有初始值的数组（因为初始值放在rodata里，使用绝对地址来访问）；
重定位之后，使用ldr pc = xxx，跳转到从定位之后的地址；
写位置无关码，其实就是不使用绝对地址，判断有没有使用绝对地址，除了前面的几条规则，最根本的方法是查看反汇编代码
反汇编文件里面，B或者BL某个值，只是起到方便查看的作用，并不是真的跳转

重定位代码实例分析

方式一

    void copy2sdram(volatile unsigned int *src, volatile unsigned int *dest, unsigned int len)  /* src, dest, len */
    {
        unsigned int i = 0;

        while (i < len)
        {
            *dest++ = *src++;			//++的优先级要高于*
            i += 4;
        }
    }


    void clean_bss(volatile unsigned int *start, volatile unsigned int *end)  /* start, end */
    {
        while (start <= end)
        {
            *start++ = 0;			//++的优先级要高于*
        }
    }
--------------------- 

    /* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
    mov r0, #0
    ldr r1, =_start         /* 第1条指令运行时的地址 */
    ldr r2, =__bss_start    /* bss段的起始地址 */
    sub r2, r2, r1          /*长度*/


    bl copy2sdram  /* src, dest, len */

    /* 清除BSS段 */
    ldr r0, =__bss_start
    ldr r1, =_end

    bl clean_bss  /* start, end */
---------------------

重点：

汇编中，为C语言传入的参数，依次就是R1、R2、R3

方式二

假设我们不想通过汇编传入参数，而是通过C语言直接取参数。

void copy2sdram(void)
{
    /* 要从lds文件中获得 __code_start, __bss_start
     * 然后从0地址把数据复制到__code_start
     */

    extern int __code_start, __bss_start;//声明外部变量

    volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start;
    volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
    volatile unsigned int *src = (volatile unsigned int *)0;

    while (dest < end)
    {
        *dest++ = *src++;
    }
}


void clean_bss(void)
{
    /* 要从lds文件中获得 __bss_start, _end
     */
    extern int _end, __bss_start;

    volatile unsigned int *start = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
    volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&_end;


    while (start <= end)
    {
        *start++ = 0;
    }
}
---------------------