arm-linux-ld 命令詳解


本文轉自《S3C2410完全開發手冊》

在開始后續實驗之前,我們得了解一下arm-linux-ld連接命令的使用。在上述實驗中,我們一直使用類似如下的命令進行連接:

arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 crt0.o led_on_c.o -o led_on_c_tmp.o

我們看看它是什么意思:

-o選項設置輸出文件的名字為led_on_c_tmp.o;

“--Ttext 0x00000000”設置代碼段的起始地址為0x00000000;

這條指令的作用就是將crt0.o和led_on_c.o連接成led_on_c_mp.o可執行文件,此可執行文件的代碼段起始地址為0x00000000(即從這里開始執行)。

我們感興趣的就是“—Ttext”選項!進入LINK目錄,link.s代碼如下:

1         .text

2 .global_start

3  _start:

4          b step1

5  step1:

6          ldr pc,=step2

7  step2:

8          b step2





Makefile 如下:

1  link:link.s

2      arm-linux-gcc –c -o link.o link.s

3      arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 link.o -o link_tmp.o

4      #arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 link.o -o link_tmp.o

5      arm-linux-objcopy -O binary-S link_tmp.o link

6      arm-linux-objdump –D -b binary -m arm link>ttt.s

7      #arm-linux-objdump –D -b binary -m arm link>ttt2.s

8  clean:

9      rm -f link

10     rm -f link.o

11     rm -f link_tmp.o


實驗步驟:

1.進入目錄LINK,運行make生成arm-linux-ld選項為“-Ttext 0x00000000”的反匯編碼ttt.s

2.make clean

3.修改Makefile:將第4、7行的“#”去掉,在第3、6行前加上“#”

4.運行make生成arm-linux-ld選項為“-Ttext 0x30000000”的反匯編碼ttt2.s


link.s程序中用到兩種跳轉方法:b跳轉指令、直接向pc寄存器賦值。

我們先把在不同“—Ttext”選項下,生成的可執行文件的反匯編碼列出來,再詳細分析這兩種不同指令帶來的差異。

ttt.s:ttt2.s



6    00000000 <.data>:                                    |  6    00000000 <.data>:
7    0:   eaffffff    b   0x4                              |  7    0:   eaffffff    b   0x4
8    4:   e59ff000    ldr pc, [pc, #0]    ; 0xc       |  8    4:   e59ff000    ldr pc, [pc, #0]    ; 0xc
9    8:   eafffffe    b   0x8                              |  9    8:   eafffffe    b   0x8
10    c:   30000008    andcc   r0, r0, r8              | 10    c:   00000008    andeq   r0, r0, r8

先看看b跳轉指令:它是個相對跳轉指令,其機器碼格式如下:

[31:28]位是條件碼;[27:24]位為“1010”(0xeaffffff)時,表示B跳轉指令,為“1011”時,表示BL跳轉指令;[23:0]表示偏移地址。

使用B或BL跳轉時,下一條指令的地址是這樣計算的:

將指令中24位帶符號的補碼立即數擴展為32(擴展其符號位);將此32位數左移兩位;將得到的值加到pc寄存器中,即得到跳轉的目標地址。

我們看看第一條指令“b step1”的機器碼eaffffff:

1.24位帶符號的補碼為0xffffff,將它擴展為32得到:0xffffffff

2.將此32位數左移兩位得到:0xfffffffc,其值就是-4

3.pc 的值是當前指令的下兩條指令的地址,加上步驟2得到的-4,這恰好是第二條指令step1的地址。各位不要被被反匯編代碼中的“b 0x4”給迷惑了,它可不是說跳到絕對地址0x4處執行,絕對地址得像上述3個步驟那樣計算。您可以看到b跳轉指令是依賴於當前pc寄存器的值的,這個特 性使得使用b指令的程序不依賴於代碼存儲的位置——即不管我們連接命令中“--Ttext”為何,都可正確運行。

//一堆廢話


再看看第二條指令ldr pc,=step2:從反匯編碼“ldr pc,[pc,#0]”可以看出,這條指令從內存中某個位置讀出數據,並賦給pc寄存器。這個位置的地址是當前pc寄存器的值加上偏移值0,其中存放的值依賴於連接命令中的“--Ttext”選項。

執 行這條指令后,對於ttt.s,pc=0x00000008;對於ttt2.s,pc=0x30000008。於是執行第三條指令“b step2”時,它的絕對地址就不同了:對於ttt.s,絕對地址為0x00000008;對於ttt.s,絕對地址為0x30000008。

ttt2.s上電后存放的位置也是0,但是它連接的地址是0x30000000。

我們以后會經常用到“存儲地址和連接地址不同”(術語上稱為加載時域和運行時域)的特性:

大多機器上電時是從地址0開始運行的,但是從地址0運行程序在性能方面總有很多限制,所以一般在開始的時候,使用與位置無關的指令將程序本身復制到它的連接地址處,然后使用向pc寄存器賦值的方法跳到連接地址開始的內存上去執行剩下的代碼。

arm-linux-ld命令中選項“-Ttext”也可以使用選項“-Tfilexxx”來代替,在文件filexxx中,我們可以寫出更復雜的參數來使用arm-linux-ld命令

 

 

/××××××××××××××××××這是分割線××××××××××××××××××××/

 

以下轉自:http://www.tudou.com/home/diary_v3904315.html

-T選項是ld命令中比較重要的一個選項,可以用它直接指明代碼的代碼段、數據段、博士生、

  段,對於復雜的連接,可以專門寫一個腳本來告訴編譯器如何連接。

  -Ttext addr

  -Tdata addr

  -Tbss addr

   arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf ,運行地址為0x00000000,由於沒有data和bss,他們會默認的依次放在后面。相同的代碼 不同的Ttext,你可以對比一下他們之間會變的差異,ld會自動調整跳轉的地址。

  *簡單的Linker script

  (1) SECTIONS命令:

   The SECTIONS command tells the linker how to map input sections into output sections, and how to place the output sections in memory.

  命令格式如下:

  SECTIONS

  {

  sections-command

  sections-command

  ......

  }

  其中sections-command可以是ENTRY命令,符號賦值,輸出段描述,也可以是overlay描述。

  (2) 地址計數器‘.’(location counter):

  該符號只能用於SECTIONS命令內部,初始值為‘0’,可以對該符號進行賦值,也可以使用該符號進行計算或賦值給其他符號。它會自動根據SECTIONS命令內部所描述的輸出段的大小來計算當前的地址。

  (3) 輸出段描述(output section description):

  前面提到在SECTIONS命令中可以作輸出段描述,描述的格式如下:

  section [address] [(type)] : [AT(lma)]

  {

  output-section-command

  output-section-command

  ...

  } [>region] [AT>lma_region] [:phdr :phdr ...] [=fillexp]

  很多附加選項是用不到的。其中的output-section-command又可以是符號賦值,輸入段描述,要直接包含的數據值,或者某一特定的輸出段關鍵字。

  *linker script 實例

  ==============================

  OUTPUT_ARCH(arm)

  ENTRY(_start)

  SECTIONS {

  . = 0xa3f00000;

  __boot_start = .;

  .start ALIGN(4) : {

  *(.text.start)

  }

  .setup ALIGN(4) : {

  setup_block = .;

  *(.setup)

  setup_block_end = .;

  }

  .text ALIGN(4) : {

  *(.text)

  }

  .rodata ALIGN(4) : {

  *(.rodata)

  }

  .data ALIGN(4) : {

  *(.data)

  }

  .got ALIGN(4) : {

  *(.got)

  }

  __boot_end = .;

  .bss ALIGN(16) : {

  bss_start = .;

  *(.bss)

  *(COMMON)

  bss_end = .;

  }

  .comment ALIGN(16) : {

  *(.comment)

  }

  stack_point = __boot_start + 0x00100000;

  loader_size = __boot_end - __boot_start;

  setup_size = setup_block_end - setup_block;

  }

  =============================

  在SECTIONS命令中的類似於下面的描述結構就是輸出段描述:

  .start ALIGN(4) : {

  *(.text.start)

  }

   .start 為output section name,ALIGN(4)返回一個基於location counter(.)的4字節對齊的地址值。*(.text.start)是輸入段描述,*為通配符,意思是把所有被鏈接的object文件中 的.text.start段都鏈接進這個名為.start的輸出段。

  源文件中所標識的section及其屬性實際上就是對輸入段的描述,例如.text.start輸入段在源文件start.S中的代碼如下:

  .section .text.start

  .global _start

  _start :

  b start

  arm-elf-ld -Ttimer.lds -o timer_elf header .o

  這里就必須存在一個timer.lds的文件。

  對於.lds文件,它定義了整個程序編譯之后的連接過程,決定了一個可執行程序的各個段的存儲位置。雖然現在我還沒怎么用它,但感覺還是挺重要的,有必要了解一下。

  先看一下GNU官方網站上對.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是必須的,其他的都是可選的。下面挑幾個常用的看看:

  1、secname:段名

  2、contents:決定哪些內容放在本段,可以是整個目標文件,也可以是目標文件中的某段(代碼段、數據段等)

  3、start:本段連接(運行)的地址,如果沒有使用AT(ldadr),本段存儲的地址也是start。GNU網站上說start可以用任意一種描述地址的符號來描述。

  4、AT(ldadr):定義本段存儲(加載)的地址。

  /* nand.lds */

  SECTIONS {

  firtst 0x00000000 : { head.o init.o }

  second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }

  }

   以上,head.o放在0x00000000地址開始處,init.o放在head.o后面,他們的運行地址也是0x00000000,即連接和存儲地 址相同(沒有AT指定);main.o放在4096(0x1000,是AT指定的,存儲地址)開始處,但是它的運行地址在0x30000000,運行之前 需要從0x1000(加載處)復制到0x30000000(運行處),此過程也就用到了讀取Nand flash。

  這就是存儲地址和連接(運行)地址的不同,稱為加載時域和運行時域,可以在.lds連接腳本文件中分別指定。

  編寫好的.lds文件,在用arm-linux-ld連接命令時帶-Tfilename來調用執行,如

  arm-linux-ld ?Tnand.lds x.o y.o ?o xy.o。也用-Ttext參數直接指定連接地址,如

  arm-linux-ld ?Ttext 0x30000000 x.o y.o ?o xy.o。

  既然程序有了兩種地址,就涉及到一些跳轉指令的區別,這里正好寫下來,以后萬一忘記了也可查看,以前不少東西沒記下來現在忘得差不多了。

  ARM匯編中,常有兩種跳轉方法:b跳轉指令、ldr指令向PC賦值。

  我自己經過歸納如下:

  b step1 :b跳轉指令是相對跳轉,依賴當前PC的值,偏移量是通過該指令本身的bit[23:0]算出來的,這使得使用b指令的程序不依賴於要跳到的代碼的位置,只看指令本身。

  ldr pc, =step1 :該指令是從內存中的某個位置(step1)讀出數據並賦給PC,同樣依賴當前PC的值,但是偏移量是那個位置(step1)的連接地址(運行時的地址),所以可以用它實現從Flash到RAM的程序跳轉。

  此外,有必要回味一下adr偽指令,U-boot中那段relocate代碼就是通過adr實現當前程序是在RAM中還是flash中。仍然用我當時的注釋

  adr r0, _start /* r0是代碼的當前位置 */

  /* adr偽指令,匯編器自動通過當前PC的值算出 如果執行到_start時PC的值,放到r0中:

   當此段在flash中執行時r0 = _start = 0;當此段在RAM中執行時_start = _TEXT_BASE(在board/smdk2410/config.mk中指定的值為0x33F80000,即u-boot在把代碼拷貝到RAM中去 執行的代碼段的開始) */

  ldr r1,UGG BOOTS, _TEXT_BASE /* 測試判斷是從Flash啟動,還是RAM */

  /* 此句執行的結果r1始終是0x33FF80000,因為此值是又編譯器指定的(ads中設置,或-D設置編譯器參數) */

  cmp r0, r1 /* 比較r0和r1,調試的時候不要執行重定位 */

  下面,結合u-boot.lds看看一個正式的連接腳本文件。這個文件的基本功能還能看明白,雖然上面分析了好多,但其中那些GNU風格的符號還是着實讓我感到迷惑。

  OUTPUT_FORMAT("elf32­littlearm", "elf32­littlearm", "elf32­littlearm")

  ;指定輸出可執行文件是elf格式,32位ARM指令,小端

  OUTPUT_ARCH(arm)

  ;指定輸出可執行文件的平台為ARM

  ENTRY(_start)

  ;指定輸出可執行文件的起始代碼段為_start.

  SECTIONS

  {

  . = 0x00000000 ; 從0x0位置開始

  . = ALIGN(4) ; 代碼以4字節對齊

  .text : ;指定代碼段

  {

  cpu/arm920t/start.o (.text) ; 代碼的第一個代碼部分

  *(.text) ;其它代碼部分

  }

  . = ALIGN(4)

  .rodata : { *(.rodata) } ;指定只讀數據段

  . = ALIGN(4);

  .data : { *(.data) } ;指定讀/寫數據段

  . = ALIGN(4);

  .got : { *(.got) } ;指定got段, got段式是uboot自定義的一個段, 非標准段

  __u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start賦值為當前位置, 即起始位置

  .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在該段.

  __u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end賦值為當前位置,即結束位置

  . = ALIGN(4);

  __bss_start = .; 把__bss_start賦值為當前位置,即bss段的開始位置

  .bss : { *(.bss) }; 指定bss段

  _end = .; 把_end賦值為當前位置,即bss段的結束位置

  }


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