了解 ARM Cortex-M 微控制器的链接描述文件
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【中文标题】了解 ARM Cortex-M 微控制器的链接描述文件【英文标题】：Understanding the linkerscript for an ARM Cortex-M microcontroller 【发布时间】：2017-03-24 18:02:06 【问题描述】：我正在使用 STMicroelectronics 的 STM32F746NG 微控制器。该设备基于 ARM Cortex-M7 架构。我花了很多时间从示例项目中理解链接脚本。我弄清楚了基础知识，但我仍然无法掌握其中的大部分内容。请帮助我理解这些部分。
链接脚本的开始
链接描述文件开始如下：
/* Entry Point */
ENTRY(Reset_Handler) /* The function named 'Reset_Handler' is defined */
/* in the 'startup.s' assembly file. */
/* Highest address of the user mode stack */
/* Remember: the stack points downwards */
_estack = 0x20050000; /* End of RAM */
/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size = 0x200; /* Required amount of heap */
_Min_Stack_Size = 0x400; /* Required amount of stack */
/* --------------------------------------------------------------------*/
/* MEMORY AREAS */
/* --------------------------------------------------------------------*/
MEMORY
/* FLASH MEMORY */
/* ------------ */
/* Remember: the flash memory on this device can */
/* get accessed through either the AXIM bus or the */
/* ITCM bus. Accesses on the ITCM bus start at */
/* address 0x0020 0000. Accesses on the AXIM bus */
/* at address 0x0800 0000. */
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1024K
/* FLASH (rx) : ORIGIN = 0x00200000, LENGTH = 1024K */
/* RAM MEMORY */
/* ---------- */
RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 320K
向量表及程序代码
定义内存区域后，链接描述文件继续定义节。链接描述文件中定义的第一部分是向量表。它必须在闪存的第一个字节中结束。
/* --------------------------------------------------------------------*/
/* OUTPUT SECTIONS */
/* --------------------------------------------------------------------*/
SECTIONS
/****************************/
/* VECTOR TABLE */
/****************************/
.isr_vector :
. = ALIGN(4);
KEEP(*(.isr_vector)) /* Vector Table */
. = ALIGN(4);
>FLASH
向量表插入之后，就到了程序代码的时间了：
/****************************/
/* PROGRAM CODE */
/****************************/
.text :
. = ALIGN(4);
*(.text) /* .text sections (code) */
*(.text*) /* .text* sections (code) */
*(.glue_7) /* Glue ARM to Thumb code */
*(.glue_7t) /* Glue Thumb to ARM code */
*(.eh_frame)
/* Note: The function ‘.text.Reset_Handler’ is one of the *(.text*) sections, */
/* such that it gets linked into the output .text section somewhere here. */
/* We can verify the exact spot where the Reset_Handler section is positioned, by */
/* examining the second entry of the vector table. */
/* A test has given the following results:
/* FLASH (rx) : ORIGIN = 0x0800 0000 ==> Reset_Handler = 0x0800 1C91 */
/* FLASH (rx) : ORIGIN = 0x0020 0000 ==> Reset_Handler = 0x0020 1CB9 */
/*
/* In both cases, the Reset_Handler section ends up a few hundred bytes after the */
/* vector table in Flash. But in the first case, the “Reset_Handler” symbol points */
/* to the Reset-code through AXIM-interface, whereas in the latter case it points */
/* to the Reset-code through the ITCM-interface. */
KEEP (*(.init))
KEEP (*(.fini))
. = ALIGN(4);
_etext = .; /* Define a global symbol at end of code */
>FLASH
链接描述文件定义了e_text全局符号，表示闪存中的程序代码结束的地址。
常量数据
只读数据也最终存储在闪存中（将其放入易失性 RAM 中是没有意义的）。链接描述文件定义.rodata 部分应该在闪存中：
/****************************/
/* CONSTANT DATA */
/****************************/
.rodata :
. = ALIGN(4);
*(.rodata) /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
*(.rodata*) /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
. = ALIGN(4);
>FLASH
flash 中的神秘部分
在定义了常量只读数据应该去哪里之后，链接脚本定义了一些“神秘”的部分也应该在闪存中结束：
.ARM.extab :
*(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*)
>FLASH
.ARM :
__exidx_start = .;
*(.ARM.exidx*)
__exidx_end = .;
>FLASH
.preinit_array :
PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
KEEP (*(.preinit_array*))
PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
>FLASH
.init_array :
PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
KEEP (*(.init_array*))
PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
>FLASH
.fini_array :
PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
KEEP (*(SORT(.fini_array.*)))
KEEP (*(.fini_array*))
PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
>FLASH
我不知道这些部分是什么。所以让这是第一个问题。这些部分是什么，它们出现在哪些目标文件中？如您所知，链接描述文件需要将一些目标文件链接在一起。我不知道这些神秘部分存在于哪些目标文件中：
.ARM.extab
.ARM
.preinit_array
.init_array
.fini_array
这是对闪存分配的结束。链接描述文件继续定义最终在 RAM 中的部分。
RAM 中的部分
.data 和 .bss 部分对我来说很清楚。对此没有任何疑问。
/****************************/
/* INITIALIZED DATA */
/****************************/
_sidata = LOADADDR(.data);
.data :
. = ALIGN(4);
_sdata = .; /* create a global symbol at data start */
*(.data) /* .data sections */
*(.data*) /* .data* sections */
. = ALIGN(4);
_edata = .; /* define a global symbol at data end */
>RAM AT> FLASH
/****************************/
/* UNINITIALIZED DATA */
/****************************/
. = ALIGN(4);
.bss :
_sbss = .; /* define a global symbol at bss start */
__bss_start__ = _sbss;
*(.bss)
*(.bss*)
*(COMMON)
. = ALIGN(4);
_ebss = .; /* define a global symbol at bss end */
__bss_end__ = _ebss;
>RAM
链接脚本还定义了一个._user_heap_stack 部分：
/****************************/
/* USER_HEAP_STACK SECTION */
/****************************/
/* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */
._user_heap_stack :
. = ALIGN(8);
PROVIDE ( end = . );
PROVIDE ( _end = . );
. = . + _Min_Heap_Size;
. = . + _Min_Stack_Size;
. = ALIGN(8);
>RAM
显然这部分没有立即使用。它仅用于检查 RAM 是否还有足够的空间用于堆栈和堆。如果不是这种情况（. 超出顶部 RAM 地址），则会引发链接器错误。
链接脚本结束
这就是链接描述文件的结束方式。老实说，我不知道它做了什么。所以这是第二个问题：下面是什么意思？
/* Remove information from the standard libraries */
/DISCARD/ :
libc.a ( * )
libm.a ( * )
libgcc.a ( * )
.ARM.attributes 0 : *(.ARM.attributes)
/* END OF LINKERSCRIPT */
【问题讨论】：
【参考方案1】：.ARM.extab 和 .ARM.exidx 与展开有关。你可以在这里找到更多信息http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ihi0044e/index.html。如果您不关心展开，则不需要它们（展开对于 C++ 异常和调试很有用）。
这些符号与在 main() 之前/之后调用的 C/C++ 构造函数和析构函数启动和拆除代码有关。名为 .init、.ctors、.preinit_array 和 .init_array 的部分用于初始化 C/C++ 对象，而 .fini、.fini_array 和 .dtors 部分用于拆卸。开始和结束符号定义了与此类操作相关的代码段的开始和结束，并且可能从运行时支持代码的其他部分引用。
.preinit_array 和 .init_array 部分包含指向将在初始化时调用的函数的指针数组。 .fini_array 是一个函数数组，将在销毁时调用。大概开始和结束标签用于遍历这些列表。
heap：不是真的，那部分允许为堆保留一些空间，为堆栈保留一些空间。显然，如果保留区域的总和超出 RAM 边界，则会出现错误。这是一个例子：
_Min_Heap_Size = 0; /* 所需的堆数量 / _Min_Stack_Size = 0x400; / 所需的堆栈数量 */
._user_heap_stack ： . =对齐（4）； 提供（结束=。）； 提供（_end = .）； . = 。 + _Min_Heap_Size; . = 。 + _Min_Stack_Size; . =对齐（4）； >内存
链接库我更喜欢不同的表示法，这只是裸机无 RTOS C++ 项目的示例： GROUP(libgcc.a libc_nano.a libstdc++_nano.a libm.a libcr_newlib_nohost.a crti.o crtn.o crtbegin.o crtend.o)
【讨论】：
谢谢先生。你的回答真的很有帮助！ :-) @massimo 您应该添加以下内容：一个未提及的有趣细节：.data : . = ALIGN(4); _sdata = .; /* create a global symbol at data start */ *(.data) /* .data sections */ *(.data*) /* .data* sections */ . = ALIGN(4); _edata = .; /* define a global symbol at data end */ >RAM AT> FLASH 数据部分已放入闪存。为什么这很有趣？因为 .data 部分是读/写的。它们被放入闪光灯中，以便在打开电源时它们就在那里。启动代码将它们复制到 RAM。不幸的是，我不知道如何添加换行符。
答案似乎提供了很好的信息，但是，我发现它很复杂并且非常交错。我可以请您重新格式化并尝试重新组合信息吗？或者如果提问者（@K.Mulier）在这个问题之后得到了很好的理解，他可以这样做吗？第二个问题（关于链接器脚本的最后一部分）仍未得到解答。【参考方案2】：
首先，你理解这个概念的方法是错误的；这就是我所相信的。在理解这个概念的过程中，我也遇到过类似的问题。
用简单的语言，我可以向您解释，链接器脚本为我们提供了三个主要功能：
-
入口点
主内存中的运行时地址。
复制过程
让我们考虑一个例子，
假设我们的项目中有 N 个 .c 文件。现在编译后每个文件都包含自己的翻译单元，称为目标文件。
每个目标文件都包含.text 部分/段，其中包含实际代码。和 .data 部分/数据段。
为了组合每个翻译单元的所有.text 部分，链接描述文件提供了一些相同的特定命令。 .data 部分也是如此。
组合所有目标文件后，最终的可执行文件就可以使用了。
现在来到一些悖论......
Cortex-M 系列的入口点就是 ResetISR。 执行完ResetISR函数并初始化SoC中的其他可屏蔽中断后，下一步就是copy-down过程。
复制过程只不过是将.data 部分复制到RAM 中（甚至包括有趣的.bss 部分，但我现在不考虑这部分）。
从 ROM 复制到 RAM 是必不可少的，因为实际的 ELF 文件始终存储在 ROM 中。
在执行完所有这些启动相关的事情后，我们现在可以调用我们的main() 函数了。
【讨论】：
这个答案实际上与问题无关。它从非常高的级别谈论（糟糕，我可能会补充）链接器脚本，OP 显然已经很好地理解了。以上是关于了解 ARM Cortex-M 微控制器的链接描述文件的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章