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Linux链接脚本.lds

2016-09-19

ld:用来把一定量的目标文件跟档案文件链接在一起,并重新定位它们的数据,链接符号引用 一般编译一个程序时,最后一步就是运行ld进行链接

一、概论
ld:
用来把一定量的目标文件跟档案文件链接在一起,并重新定位它们的数据,链接符号引用.
一般编译一个程序时,最后一步就是运行ld进行链接
每一个链接过程都由链接脚本(linker script, 一般以lds作为文件的后缀名)控制. 链接脚本主要用于规定如何把输入文件内的section放入输出文件内, 并控制输出文件内各部分在程序地址空间内的布局. 但你也可以用连接命令做一些其他事情.
连接器有个默认的内置连接脚本, 可用ld –verbose查看. 连接选项-r和-N可以影响默认的连接脚本(如何影响?).
-T选项用以指定自己的链接脚本, 它将代替默认的连接脚本。

二、链接脚本
链接器把一个或多个输入文件合成一个输出文件.
输入文件: 目标文件或链接脚本文件.
输出文件: 目标文件或可执行文件.
链接脚本的一个主要目的是描述输入文件中的各个段(数据段,代码段,堆,栈,bss)如何被映射到输出文件中,
并控 制输出文件的内存排布.
链接器总是使用链接脚本的,如果你不提供,则链接器会使用一个缺省的脚本,这个脚本是被编译进链接器可执行文件的.
可以使用–verbose命令行显示缺省的链接器脚本的内容.
有时把输入文件内的section称为输入section(input section), 把输出文件内的section称为输出section(output sectin).
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还包含与它相关联的一块数据, 称为section contents(section内容). 一个section可被标记为“loadable(可加载的)”或“allocatable(可分配的)”.
loadable section: 在输出文件运行时, 相应的section内容将被载入进程地址空间中.
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. 某些情况下, 这块内存必须被置零.
如果一个section不是“可加载的”或“可分配的”, 那么该section通常包含了调试信息. 可用objdump -h命令查看相关信息.
每个“可加载的”或“可分配的”输出section通常包含两个地址: VMA(virtual memory address虚拟内存地址或程序地址空间地址)和LMA(load memory address加载内存地址或进程地址空间地址). 通常VMA和LMA是相同的.
在目标文件中, loadable或allocatable的输出section有两种地址: VMA(virtual Memory Address)和LMA(Load Memory Address). VMA是执行输出文件时section所在的地址, 而LMA是加载输出文件时section所在的地址. 一般而言, 某section的VMA == LMA. 但在嵌入式系统中, 经常存在加载地址和执行地址不同的情况: 比如将输出文件加载到开发板的flash中(由LMA指定), 而在运行时将位于flash中的输出文件复制到SDRAM中(由VMA指定).

三、简单的链接脚本示例

链接脚本由一系列命令组成, 每个命令由一个关键字(一般在其后紧跟相关参数)或一条对符号的赋值语句组成. 命令由分号‘;’分隔开.
文件名或格式名内如果包含分号’;’或其他分隔符, 则要用引号‘”’将名字全称引用起来. 无法处理含引号的文件名.
许多脚本是相当简单的.
可能最简单的脚本只含有一个命令:’SECTIONS’.
你可以使用’SECTIONS’来描述输出文件的内存布局.
‘SECTIONS’是一个功能很强大的命令.
假设你的程序只有代码段,初始化过的数据段,和未初始化过的数据段.这些会存在于’.text’,’data’,’bss’段中.
对于这个例子,假设代码应该被载入到地址0x1000处,而数据应该从0x8000000开始,如下是实现这个功能的脚本:
SECTIONS
{
.=0x1000;
.text:{*(.text)}
.=0x8000000;
.data:{*(.data)}
.bss:{*(.bss)}
}
具体分析:
关键字’SECTIONS’开始于这个配置.后面跟有一串放在花括号中的符号赋值和输出端描述的内容.
第一行是对一个特殊的符号’.’赋值,这是一个定位标识器.如果你没有以其他的方式制定输出段的地址,那地址值就会被设为定位标识器的现有值,即0x1000.
第二行定义一个输出段,’.text’.冒号’:’是语法需要,现在可以被忽略.段后面的花括号中,应该列出所有应该放入这个输出段中的输入端的名字.’*’是通配符,匹配所有文件名.即将所有输入文件中的.text段都保存在此段中.
余下的是.data和.bss段,同理,链接器会把所有.data段从地址0x8000000开始处放置.
最后,定位标识器的值变为0x8000000加上所有.data段的地址.此时链接器把所有.bss放在此处开始的地址.

四、简单的链接脚本命令

设置入口点
在运行一个程序时,第一个被执行到的指令成为”入口点”.你可以使用”ENTRY”链接脚本命令来设置入口点.参数是一个符号名,如下:
ENTRY(SYMBOL)
有很多不同的方法来设置入口点.链接器会通过按顺序尝试一下方法来设置入口点,如果成功了,就会停止.
1,’-e’ 入口命令行选项
2,链接脚本中的ENTRY(SYMBOL)命令
3,如果定义了start,就使用start的值
4,如果存在就使用’.text’段的首地址
5,地址’0’

五、命令行设置链接地址

ld用于将多个obj或者so(库)文件链接成可执行文件.
使用-T选项可以指定数据段,代码段,bss段起始位置.(-T只用于链接bootloader、内核等没有底层软件支持的软件.链接运行于操作系统之上的应用程序时,一般使用默认方式链接).
1,直接指定代码段、数据段、bss段起始地址
如下:
-Ttext startaddr
-Tdata startaddr
-Tbss startaddr
例如:
ld –Ttext 0x00000000 –g led_on.o –o led_on_elf
2,直接使用链接脚本来设置起始地址
ld –Ttimer.lds –o timer_elf a.o b.o
链接脚本timer.lds内容如下:
SECTIONS{
.=0x30000000;
.text : {*(.text)}
.rodata ALIGN(4) : {*(.rodata)}
.data ALIGN(4) : {*(.data)}
.bss ALIGN(4) : {.(.bss) (COMMON)}
}
一个SECTIONS命令内部包含一个或多个段,段(section)是连接脚本的基本单元,它表示输入文件中的某部分怎么放置.
完整的链接脚本

六、基本概念

bss段:
BSS段(bsssegment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文BlockStarted by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。

data段:
数据段(datasegment)通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。

text段:
代码段(codesegment/textsegment)通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读,某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,例如字符串常量等。

rodata段:
存放C中的字符串和#define定义的常量

heap堆:
堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)

stack栈:
是用户存放程序临时创建的局部变量,也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。除此以外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且待到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

常量段:
常量段一般包含编译器产生的数据(与只读段包含用户定义的只读数据不同)。比如说由一个语句a=2+3编译器把2+3编译期就算出5,存成常量5在常量段中

一般情况下,一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的——本概念是当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。而且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。

在采用段式内存管理的架构中(比如intel的80x86系统),bss段(Block Started by Symbol segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,一般在初始化时bss 段部分将会清零(bss段属于静态内存分配,即程序一开始就将其清零了)。

比如,在C语言程序编译完成之后,已初始化的全局变量保存在.data 段中,未初始化的全局变量保存在.bss 段中。
l text和data段都在可执行文件中(在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中),由系统从可执行文件中加载;
l 而bss段不在可执行文件中,由系统初始化。

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