[ArmCompiler6--armlink]armlink使用介绍

Posted 2022-12-06 苏导

简述

早前Keil被ARM收购，而目前比较主流的嵌入式系统的IC都是ARM架构的，因此许多嵌入式工程开发环境是Keil，一些比较复杂的情况下需要根据自己的需要划分memory空间，因此对Keil中链接脚本的内容值得学习一番。下面的介绍都是基于ARM Compiler armlink v6.4 Release(2016.2.24更新版本)进行的。

armlink相关介绍

基本特性

Linker的功能就是将编译生成的各个中间文件作为输入，产生链接后的可执行文件。
1. 支持多种格式的可执行文件输出（比如binary, hex, axf等）；
2. 可以链接A32, T32或A64代码；
3. 自动选择合适的C或C++库进行链接；
4. 可以自定义将code和data放在memory map的对应位置，通过链接时输入命令或者使用scatter file的形式进行；
5. RW data压缩占用最小的ROM size；
6. 优化未用的sections；
7. 在链接输出文件中置入调试信息；
8. 产生静态的调用图，并列出stack的用量；
9. 输出文件中置入symbol table；
10. 输出文件中显示code和data size；

link command

armlink options input-file-list 

输入项	说明
options	Linker command-line options
input-file-list	A space-separated list of objects, libraries, or symbol definitions (symdefs) files

关于options输入项，Keil列出了上百种，方便配置各项link参数。

link过程

* 从输入文件解析符号；
* 从库中抽取对象模块，以满足一些符号需求；
* 移除未使用到的sections；
* 将重复的共用的代码，数据，调试sections进行优化；
* 将输入sections进行分类，将相似属性与名字的sections进行整合成为连续的块；
* 根据分组和提供的划分信息组织对象放入memory区域；
* 分配地址给可重定位的值；
* 产生可执行image。

链接模式

链接模式（Linking Model）是因命令参数和memory map不同而使用的链接器的不同行为模式。

链接模式	说明
Bare-metal	目标无关，可以使用自己的OS, memory map, app code创建image，一些有限制性的动态链接也支持。可以指定额外的选项
Bare-metal Position Independent Executables(PIE)	不需要指定地址，可以在任何适合的地址执行，所有对象和库都必须是位置无关的
Partial linking	已经链接过的部分ELF文件作为输入，继续进行链接
BPABI	支持类似DLL方式
Base Platform	为BPABI的支持scatter-loading的扩展

Image的结构

ARM ELF image由sections, regions, segments组成。

ELF object file view(linker input)

从链接输入文件的角度看，ELF object file可以是如下类型：

ELF object file	说明
可重定位文件	应当就是编译后的文件，可以重定位
共享对象文件	包含了code和data的共享对象文件

Linker View

从链接器的角度看，有两种类别的地址：

地址类别	说明
Load Address	Linker期望外部加载器之类的从ELF文件拷贝fragment的位置/地址， 可能和fragment实际执行的地址并不一样
Execution Address	Linker期望fragment程序执行期间的实际地址

如果一个fragment是位置独立的或可重定位的，那执行期间它的执行地址可以变化。

ELF image file view(linker output)

ELF image file view由程序segment和output sections组成：

组成部分	说明
Load region	一个Load region对应一个程序片段（program segment）
Execution region	包含了RO, RW, XO, ZI其中一个或以上的output sections

一个或多个execution regions组成一个Load region。

各个部分进一步说明

部分	说明
Input section	从链接输入文件中解析出的独立section，包含code(RO),初始化了的data(RW),未初始化但描述了一段memory（XO）,在image能执行前必须设置为0的部分，一般是在该output section给出描述，实际空间是在执行时分配的（ZI）
Output section	将有相同RO,RW,XO,ZI属性的input sections组成起来，被linker整合为连续的内存空间
Region	一个region可包含多达4个output sections，output sections在region中的位置为XO–>RO–>RW–>ZI，一个region一般映射到物理memory设备（ROM,RAM,Peripheral），也可能通过scatter-loading改变output sections的顺序
Program segment	一个程序片段对应一个load region(包含execution regions)，程序片段包含text和data信息

注：XO memory只支持ARMv7-M和ARMv8-M架构。

image结构的加载时视图以及运行时视图

为何之前提到的Load Address和Execution Address可能会不同呢，因为在load（bootloader）时是将image regions放到系统的memory map，但是在程序执行时，memory中region的位置可能发生改变。
在执行image前，有时候可能需要将一些regions移到memory的可执行地址，并创建ZI output sections。例如RW data可能需要从其处于ROM的load address拷贝到处于RAM中的execution address。

视图	说明
Load view	程序下载到memory，但程序尚未运行
Execution view	程序开始运行后

所以Load Address和Execution Address的不同就是因为在程序启动时，会有memory搬移的动作而导致地址发生变化。

常见image视图示例

OS bootloader或桌面系统：

对应链接command:

armlink --cpu=8-A.32 --ro_base 0x8000

一般没有特别通过armlink指定，regions中output sections的排序是XO–>RO–>RW–>ZI的，这里只指定了ro_base，即RO地址指定了，RW,ZI会自动链接到其后面。
上面这里没有XO section，如果有的话，ro_base是指定的XO section的地址，RO,RW,ZI会连续接在其后面。

Embedded系统

对应的链接command:

armlink --cpu=8-A.32 --ro_base 0x0 --rw_base 0xA000

注意，如果有XO section的话，和上图一样的处理。另外，execution address和load address不同的话，搬移时原则是execution region不能和load region有重合。

更加复杂点的情况

对应的链接command:

armlink --cpu=8-A.32 --split --ro_base 0x8000 --rw_base 0xE000