嵌入式系统链接器脚本(ld文件)详解

嵌入式系统中的链接器脚本(ld文件)深度解析1. 链接器脚本概述链接器脚本(linker script)是控制链接过程的关键文件通常以.lds作为文件后缀名。它主要规定了如何将输入文件中的section放入输出文件并控制输出文件内各部分在程序地址空间中的布局。每个链接过程都由链接脚本控制如果没有显式指定链接脚本链接器会使用内置的默认链接脚本。可以通过ld --verbose命令查看默认链接脚本内容。链接器提供了几个影响链接脚本行为的选项-r和-N选项会影响默认链接脚本的行为-T选项用于指定自定义链接脚本它将替代默认链接脚本可以使用和符号来包含自定义链接命令2. 基本概念2.1 文件类型链接器将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(.o)或链接脚本文件(.lds)输出文件目标文件或可执行文件在UNIX或GNU/Linux平台下目标文件(包括可执行文件)通常采用ELF(Executable and Linkable Format)格式。2.2 Section概念Section是目标文件的基本组织单元每个section至少包含两个信息名称大小大部分section还包含与其关联的数据块称为section内容(section contents)。Section可以被标记为可加载的(loadable)在输出文件运行时相应的section内容将被载入进程地址空间可分配的(allocatable)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预留指定大小的内存区域2.3 内存地址概念每个可加载或可分配的输出section通常包含两个地址VMA(Virtual Memory Address)执行输出文件时section所在的地址LMA(Load Memory Address)加载输出文件时section所在的地址在大多数情况下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同的情况。例如将输出文件加载到开发板的Flash中(LMA指定)运行时将位于Flash中的输出文件复制到SDRAM中(VMA指定)3. 链接脚本格式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。注释可以使用/* */格式。文件名或格式名内如果包含分号;或其他分隔符需要用引号将名字全称引用起来。4. 简单示例以下脚本将输出文件的text section定位在0x10000data section定位在0x8000000SECTIONS { . 0x10000; .text : { *(.text) } . 0x8000000; .data : { *(.data) } .bss : { *(.bss) } }解释. 0x10000把定位器符号置为0x10000(若不指定则该符号的初始值为0).text : { *(.text) }将所有输入文件的.text section合并成一个.text section该section的地址由定位器符号的值指定(0x10000). 0x8000000把定位器符号置为0x8000000.data : { *(.data) }将所有输入文件的.data section合并成一个.data section地址为0x8000000.bss : { *(.bss) }将所有输入文件的.bss section合并成一个.bss section地址为0x8000000 .data section的大小链接器每读完一个section描述后将定位器符号的值增加该section的大小。注意此处没有考虑对齐约束。对齐约束可以使用ALIGN关键字实现. ALIGN(8);这表示插入填充字节直到当前位置成为8字节对齐的边界。5. 简单脚本命令5.1 ENTRY(SYMBOL)将符号SYMBOL的值设置成入口地址(entry point)。入口地址是进程执行的第一条用户空间指令在进程地址空间中的地址。ld有多种方法设置进程入口地址按以下顺序(编号越前优先级越高)ld命令行的-e选项链接脚本的ENTRY(SYMBOL)命令如果定义了start符号使用start符号值如果存在.text section使用.text section的第一字节的位置值使用值05.2 INCLUDE filename包含其他名为filename的链接脚本相当于C程序中的#include指令。脚本搜索路径由-L选项指定。INCLUDE指令可以嵌套使用最大深度为10。5.3 INPUT(files)将括号内的文件作为链接过程的输入文件。ld首先在当前目录下寻找该文件如果没有找到则在由-L指定的搜索路径下搜索。5.4 GROUP(files)指定需要重复搜索符号定义的多个输入文件。file必须是库文件且file文件作为一组被ld重复扫描直到不再有新的未定义的引用出现。5.5 OUTPUT(FILENAME)定义输出文件的名字同ld的-o选项不过-o选项的优先级更高。可以用来定义默认的输出文件名如a.out。5.6 SEARCH_DIR(PATH)定义搜索路径同ld的-L选项不过由-L指定的路径要比它定义的优先被搜索。5.7 STARTUP(filename)指定filename为第一个输入文件。在链接过程中每个输入文件是有顺序的此命令设置文件filename为第一个输入文件。5.8 OUTPUT_FORMAT设置输出文件使用的BFD格式OUTPUT_FORMAT(BFDNAME)同ld选项-o format BFDNAMEOUTPUT_FORMAT(DEFAULT,BIG,LITTLE)定义三种输出文件的格式(大小端)5.9 TARGET(BFDNAME)设置输入文件的BFD格式同ld选项-b BFDNAME。若使用了TARGET命令但未使用OUTPUT_FORMAT命令则最后一个TARGET命令设置的BFD格式将被作为输出文件的BFD格式。其他命令ASSERT(EXP, MESSAGE)如果EXP不为真终止连接过程EXTERN(SYMBOL SYMBOL ...)在输出文件中增加未定义的符号NOCROSSREFS(SECTION SECTION ...)检查列出的输出section如果发现他们之间有相互引用则报错6. 符号赋值在目标文件内定义的符号可以在链接脚本内被赋值。此时该符号被定义为全局的。每个符号都对应了一个地址此处的赋值是更改这个符号对应的地址。赋值语句可以出现在链接脚本的三处地方SECTIONS命令内SECTIONS命令内的section描述内全局位置PROVIDE关键字用于定义这类符号在目标文件内被引用但没有在任何目标文件内被定义的符号。7. SECTIONS命令SECTIONS命令告诉ld如何把输入文件的sections映射到输出文件的各个section包括如何将输入section合并为输出section如何把输出section放入程序地址空间(VMA)和进程地址空间(LMA)SECTIONS命令格式如下SECTIONS { SECTIONS-COMMAND SECTIONS-COMMAND ... }SECTION-COMMAND有四种ENTRY命令符号赋值语句一个输出section的描述(output section description)一个section叠加描述(overlay description)7.1 输出section描述输出section描述格式SECTION [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)] { OUTPUT-SECTION-COMMAND OUTPUT-SECTION-COMMAND ... } [REGION] [ATLMA_REGION] [:PHDR :PHDR ...] [FILLEXP]其中SECTIONsection名字ADDRESS表达式用于设置VMATYPEsection类型(NOLOAD, DSECT, COPY, INFO, OVERLAY)AT(LMA)指定LMAREGION将输出section放入预先定义的内存区域内:PHDR将输出section放入预先定义的程序段内FILLEXP设置填充模板7.2 输入section描述基本语法FILENAME([EXCLUDE_FILE (FILENAME1 FILENAME2 ...) SECTION1 SECTION2 ...)例子*(.text)所有输入文件的.text section*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *otherfile.o) .ctors)除crtend.o、otherfile.o外所有输入文件的.ctors sectiondata.o(.data)data.o文件的.data section*(.text .data)所有文件的.text和.data section按文件顺序交替7.3 通用符号处理通用符号(common symbol)的输入section在许多目标文件格式中没有占用一个section。连接器认为输入文件的所有通用符号在名为COMMON的section内。例如.bss : { *(.bss) *(COMMON) }7.4 垃圾回收使用--gc-sections选项后连接器可能过滤掉某些它认为没用的section。可以用KEEP()关键字强制保留特定sectionKEEP(*(.text)) KEEP(SORT(*)(.text))8. 内存区域命令MEMORY命令定义存储区域并通过输出section描述的REGION属性将输出section限定于某块存储区域。当存储区域大小不能满足要求时连接器会报告错误。MEMORY命令格式MEMORY { NAME1 [(ATTR)] : ORIGIN ORIGIN1, LENGTH LEN1 NAME2 [(ATTR)] : ORIGIN ORIGIN2, LENGTH LEN2 ... }其中NAME存储区域名字ATTR定义存储区域属性(R-只读, W-读写, X-可执行, A-可分配, I-已初始化, L-同I, !-不满足该字符之后的属性)ORIGIN区域开始地址LENGTH区域大小9. PHDRS命令PHDRS命令仅在产生ELF目标文件时有效用于精确描述程序头信息。ELF目标文件格式用program headers(程序头)来描述程序如何被载入内存。PHDRS命令格式PHDRS { NAME TYPE [ FILEHDR ] [ PHDRS ] [ AT ( ADDRESS ) ] [ FLAGS ( FLAGS ) ] ; }其中TYPE可以是PT_NULL 0未使用的程序段PT_LOAD 1程序运行时应该被加载PT_DYNAMIC 2包含动态连接信息PT_INTERP 3包含程序加载器的名字PT_NOTE 4包含程序的说明信息PT_PHDR 6包含程序头信息10. 版本号命令当使用ELF目标文件格式时连接器支持带版本号的符号。动态加载器使用符号的版本号为应用程序选择共享库内的一个函数的特定实现版本。版本号命令格式VERSION { version-script-commands }可以在链接脚本内直接使用版本号命令也可以将版本号命令实现于一个特定版本号描述文件(用连接选项--version-script指定该文件)。