对.lds连接脚本文件的分析

本文由Jacky原创，来自http://blog.chinaunix.net/u1/58780/showart.php?id=462971

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
}

 

说一下最后碰到的关于lds文件中连接（运行）的地址和存储（加载）的地址的一理解。

出处：%D1%D6%B3%AC/blog/item/e2b50bf96afe7756242df2fb.html
先看一个例子：

/* nand.lds */
SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }
}

这个AT括号里的就是存储（加载）地址。什么意思呢？就是链接的时候并不把main.o放在紧临init.o之后，而中间留个空洞，在偏移4096字节的地方开始放置main.o。

_______________________________________________________________

｜        |        |                  ｜                       |

｜head.o  | init.o |空着               ｜main.o                 |

｜        |        |                  ｜                       |

_______________________________________________________________

                                       4096处

因为加载程序也没有什么智能可言，所以就在中间弄个空洞，好像有东西一样。这样CPU启动的时候就把这个二进制文件拷贝到内部的ram中，内部的ram只有4K大小，所以这个文件不能完全拷贝进去，main部分留在了flash中，然后前面的head.o调用nand的操作函数把main.o拷贝到真正的内存0x30000000（连接，运行地址）中，再跳到真正的内存去执行。

所以所谓的“连接，运行地址”就是两个时候的不同叫法，编译的时候，要调用函数，函数要有地址，这个就是连接地址，运行的时候要执行某个函数，也需要地址如倒子中指的是0x30000000就是连接运行地址。

而“存储，加载地址”就是编译之后某一个文件的某一部分被存储在哪里，当然加载的时候只是简单的把二进制文件拷贝到内存，所以存储地址也就是加载地址了。

上面的那个lds文件如果不加AT（4096）编译出的二进制文件有七百多兆，因为如果不指定连接地址，连接地址和存储地址是相同的，于是main.o就被存储在偏移0x3000000字节的地方，中间留下了一个巨大的空洞。

虽然写了很多，可能还是没有讲明白，用的就是这个例子%E2%80%BAtrunk/trunk/examples/     可以修改nand.lds编译一下，看看加不加AT(4096)程序的nand.bin大小。估计就能理解了。