連接器 -- Scatter File & Linker Script File

@(嵌入式)

[TOC]

源文件編譯后生成 elf 格式的目標(biāo)文件（各種.o）, 與運(yùn)行時(shí)庫(kù)經(jīng)過(guò)連接器處理后，生成可以被寫(xiě)入嵌入式設(shè)備 ROM 中的 elf 格式文件。

ARM 映像文件

ARM 映像文件是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)文件， 包含域（region）， 輸出段（output section）和輸入段（input section）

映像文件組成

  • 域 1(加載時(shí)對(duì)應(yīng)的一塊存儲(chǔ)區(qū)域 -- “rom 中”)
    • 輸出段 1 (運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的一塊存儲(chǔ)區(qū)域 -- “ram中”’)
      • 輸入段 1（編譯出來(lái)個(gè)各個(gè).o）
      • 輸入段 2
      • 多個(gè)輸入段
        • 輸入段 包含代碼/數(shù)據(jù) (屬性可能是 ： R0/RW/ZI）
    • 輸出段 2
    • 最多三個(gè)輸出段， 各輸出段屬性不同， 與包含輸入段一致（在域中排序按照 R0/RW/ZI）
  • 域 2
  • 多個(gè)域 組成 **一個(gè)域通常映射到一個(gè)物理存儲(chǔ)器上 **， 如 ROM/RAM等

映像文件地址映射

文件中個(gè)部分在存儲(chǔ)系統(tǒng)中地址有兩種

  • 加載時(shí)地址
    映像文件位于存儲(chǔ)器中， 運(yùn)行前的地址。舉個(gè)例子， 字符串 uint8* hell = "hell world"編譯后，運(yùn)行前保存在ROM中的地址 A， 在運(yùn)行時(shí)被加載到內(nèi)存中 B， 這里 A 就是加載時(shí)地址， 而程序運(yùn)行時(shí)讀取的地址時(shí)B， 也就是下面的運(yùn)行時(shí)地址。
  • 運(yùn)行時(shí)地址
    映像文件運(yùn)行后加載到存儲(chǔ)器的地址

舉個(gè)例子

區(qū)域 加載時(shí)地址 --> 運(yùn)行時(shí)地址
RAM
RAM ZI段
RAM RW段
ROM RW段
ROM RO段 RO段

程序運(yùn)行時(shí)， 代碼和數(shù)據(jù)保存在ROM 中， ZI屬性的數(shù)據(jù)不存在。當(dāng)運(yùn)行時(shí)， 數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)存區(qū)域

ARM 映像文件入口點(diǎn)

地址分類(lèi) ：

  • 映像文件運(yùn)行時(shí)入口地點(diǎn)， 稱(chēng)為初始入口點(diǎn) （Intial Entry Point）
    唯一性，加載文件后跳轉(zhuǎn)到的入口
  • 普通入口點(diǎn)
    匯編程序中 ENTRY 偽操作定義的， 通常用于標(biāo)志異常處理程序入口，這樣連接器刪除無(wú)用段時(shí)，不會(huì)把該段代碼刪除。

初始入口點(diǎn)

  • 初始入口點(diǎn)必須位于映像的運(yùn)行時(shí)域（因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)才會(huì)跳轉(zhuǎn)到）
  • 初始入口點(diǎn)所在運(yùn)行時(shí)域的的加載地址和運(yùn)行時(shí)地址相同（固定域， Root Region）

以上映像文件映射信息，在 keil 中通過(guò) scatter 配置文件進(jìn)行描述。 Scatter File 用于armlink， Linker Script File 用于 GNU LD 它們的功效是一樣的，即告訴Linker用一定的memory layout來(lái)生成最后的image。

Scatter File

Scatter file 是一個(gè)文本文件，描述連接器（armlink）生成映像文件時(shí)需要的信息（加載時(shí)域和運(yùn)行時(shí)域 -- 存儲(chǔ)時(shí)角度和運(yùn)行時(shí)角度看待數(shù)據(jù)分布 ）（ 連接器會(huì)在連接的時(shí)候加入加載時(shí)候的代碼段，完成程序加載工作）,
如下一個(gè)文件的組織情況 ：

from arm

例子

一個(gè)加載時(shí)域

映像文件保存在 0x10000 地址， 運(yùn)行的時(shí)候， 從該地值讀取數(shù)據(jù)加載到指定區(qū)域（運(yùn)行時(shí)域沒(méi)有指定， 同加載時(shí)域，并按配置文件分類(lèi)存放）

LR_1 0x010000        ; 加載時(shí)域LR_1, 也就是加載的時(shí)候，從這個(gè)地址讀取數(shù)據(jù)
{
    ER_RO +0 0x400       ; 第一個(gè)運(yùn)行時(shí)域， 沒(méi)有指定其實(shí)地址，所以為 0x010000， 大小限制在0x400
    {
        * (+RO)      ; 所有 R0 文件放置在這個(gè)區(qū)域  (這就是一個(gè)輸入段)
    }
    ER_RW 0x040000   ; 第二個(gè)運(yùn)行時(shí)與，指定地址0x040000， 放置所有RW數(shù)據(jù)
    {
        * (+RW) 
    }
    ER_ZI +0         ; 最后一個(gè)運(yùn)行時(shí)域，放置 ZI
                     ; 地址是上一個(gè)地址結(jié)束的 0 偏移， 也就是緊跟其后
    {
        * (+ZI)   
    }
}

連接添加 --ro-base=0x010000 --rw-base=0x040000 選項(xiàng)， 也可以達(dá)到如上配置文件的效果（當(dāng)比較復(fù)雜的時(shí)候這樣就不好實(shí)現(xiàn)了）

二個(gè)加載時(shí)域

LR_1 0x010000     ; The first load region is at 0x010000.
{
    ER_RO +0      ; The address is 0x010000.
    {
        * (+RO)
    }
}
LR_2 0x040000     ; The second load region is at 0x040000.
{
    ER_RW +0      ; The address is 0x040000.
    {
        * (+RW)   ; All RW sections are placed consecutively into this region.
    }
    ER_ZI +0      ; The address is 0x040000 + size of ER_RW region.
    {
        * (+ZI)   ; All ZI sections are placed consecutively into this region   .
    }
}

實(shí)際例子

下面是一個(gè)實(shí)際的藍(lán)牙工程， 芯片的內(nèi)存映射見(jiàn)如下文檔
dialog14580-MemoryMap
下面我把原來(lái)的文檔沒(méi)有的上出掉，剩下最基本的一部分
映像文件被加載到 0x20000000 地址后會(huì)按照文件描述展開(kāi)運(yùn)行。

#! armcc -E -I .\,.\..,.\..\src\config,.\..\..\sdk\common_project_files\ --cpu Cortex-M0

#include "da1458x_config_basic.h"
#include "da1458x_config_advanced.h"
#include "da1458x_scatter_config.h"    
;  直接包含一些頭文件， 可以使用其中的宏定義作為參數(shù)

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************
;
; This scatter file is set up for EM_MAP == 23!
; If an application uses a different memory layout then it must
; use a customized scatter file.
;**************************************************************

LR_IROM1 0x20000000 0x160 {                     
; load region size_region， 最大 0x160
    ER_IROM1 0x20000000 0x160 {                 
; load address = execution address 是一個(gè)初始入口點(diǎn)
        *.o (RESET, +First)
    }
}
 
LR_IROM2 0x20000160 0x160 {
    ER_IROM2 0x20000160 0x160  {
       .ANY (jump_table_mem_area) 
    }
; .ANY 表示連接器可以根據(jù)情況將概述入段安排到任何一個(gè)認(rèn)為合適的運(yùn)行時(shí)域 
; jump_table_mem_area 是一個(gè)標(biāo)記， 在程序中使用類(lèi)似
; __attribute__((section("jump_table_mem_area"),zero_init));
; 指定變量存儲(chǔ)位置     
}


LR_IROM3 0x200002C0 0x80 {
    ER_IROM3 0x200002C0 0x80 {
        .ANY (timeout_table_area)
    }
}

LR_IROM4 0x20000340 0x100 {
    ER_IROM4 0x20000340 0x100 {
        .ANY (nvds_data_storage_area)
    }
}

LR_IROM5 0x20000440 0x93c0 {
    ER_IROM5 0x20000440 (0x8bc0 - NON_RET_HEAP_SIZE) {
        ; All library sections that must be in a
        ; root region(加載地址和運(yùn)行地址一致), for example, __main.o,
        ; __scatter*.o, __dc*.o, and * Region$$Table
       *(InRoot$$Sections)
        boot_vectors.o (+RO)
        system_ARMCM0.o (+RO)
        .ANY (+RO) 
        .ANY (+RW)
    }
    RW_IRAM51 (0x20009000 - NON_RET_HEAP_SIZE) UNINIT NON_RET_HEAP_SIZE {    
        jump_table.o (heap_mem_area_not_ret)    
    }

    RW_IRAM52 0x20009000 EMPTY 0x20 {}
    ; reserved for ROM code  

    ER_IROM6 0x20009020 0x1e0 {                
    ; Remaining area above 0x20009020 is set as ZI
        .ANY (+ZI)
    }
    RW_IRAM54 0x20009200 UNINIT 0x600 {         ; Stack
        .ANY (STACK)
    }
}

LR_RETENTION_RAM2 0x00080768 0x2898 {
    ; Extended Sleep mode
    ; Extended RetRAM : 0x80000 - 0x83000
    ZI_RET20 0x00080768 UNINIT 0x22b8  {         
    ; 0x80768 is the last address used by the ROM code
        jump_table.o (heap_env_area)
        jump_table.o (heap_db_area)
        jump_table.o (heap_msg_area)
        ;jump_table.o (heap_mem_area_not_ret)    
        .ANY (retention_mem_area0)              ; application data
        .ANY (+ZI)
    }   

    ZI_RET21 EXCHANGE_MEMORY_BASE EXCHANGE_MEMORY_SIZE {
        arch_main.o (BLE_exchange_memory)
    }
}

Linker Script File

Linder script file 的 sections 是以 run-time 的視角去看整個(gè)數(shù)據(jù)的分布，對(duì) .data 和 .bss 又 export 一些在匯編和C里可見(jiàn)的變量以供初始化之用。 AT 用來(lái)指明需要 run-time 拷貝的數(shù)據(jù)。

SECTIONS
{
    . = 0X10000;  /* . 位置計(jì)數(shù)， sections起始處默認(rèn)值為0*/
    .text : {*(.text)}
    . = 0x8000000;
    .data : {*(.data)}
    .bss : {*(.bss)}
}
  • .text : program code;
  • .rodata : read-only data;
  • .data : read-write initialized data;
  • .bss : read-write zero initialized data

附錄手冊(cè)詳細(xì)描述如何編寫(xiě)一份連接腳本。

參考

ARM-scatter-loading
ARM-Syntax of a scatter file
GNU-Linker

最后編輯于 ：
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