重定位和链接脚本

Posted 2020-09-22 进心进利

大部分指令是“位置有关编码”

• 位置无关编码：汇编源文件编码成二进制可执行程序时，编码方式与位置无关。

在我们写程序时，必须给编译器链接器指定地址。将来的程序被执行时必须放在当时编译链接时给定的地址才能运行。

• 位置有关编码：汇编源码编码成二进制可执行程序后和内存地址是有关的。

但是也有一种特别的指令他可以跟指定的链接地址没有关系，这些代码不管放在哪里都可以正常运行。

分析：

　　之前的裸机程序中，makefile中用-Ttext 0x0来指定链接地址是0x0;这意味着我们认为将来这个程序会被放在0x0这个地址去运行。但是实际上我们在DNW中，把程序下载到0xd0020010. 在s5pv210中，由于在内部做了映射，所以0xd002_0010和0x0000_0010是一样的。那么为什么放在0x0而不是0x0000_0010依旧可以呢?原因就这个是位置无关编码。

• 链接地址：链接时指定的地址（指定方式：makefile中用T-text,或者链接脚本）
• 运行地址：程序实际运行的地址（指定方式：由实际运行时被加载到内存那个位置说了算）

在linux中的应用程序：gcc hello.c -o hello

• 这时候默认的链接地址就是0x0，所以链接在0地址，因为应用程序运行在操作系统的一个进程中，这个进程独享了4G的内存空间，所以应用程序可以链接到0地址，因为每个进程都是从0地址开始的。
• 210中的裸机程序运行地址由我们下载时确定，下载时下载到0xd0020010，所以就从这里开始运行。（这个下载地址是iROM中的BL0加载BL1时实现指定好的地址，这个是由CPU设计时候决定的）。所以理论上我们编译链接时应该指定到0xd0020010,但是实际上我们之前的裸机程序都是使用位置无关码PIC，所以链接地址可以是0

再分析s5pv210的启动过程

三星推荐的启动方式：

　　bootloader必须大于16KB小于96KB，假定为80KB。启动过程如下：开机上电后BL0运行，BL0加载外部启动设备中的bootloader的前16KB（BL1）到SRAM中运行，BL1运行后会加载BL2到（80-16=64KB）到SRAM中运行，BL2运行时会初始化DDR并且将OS搬到DDR中执行，启动完成。

uboot实际使用方式：

　　uboot大小随意，假定为200KB，启动过程：先开机上电后BL0运行，BL0会加载外部启动设备中的uboot的前16KB到SRAM运行，BL1运行时会初始化DDR，然后将整个uboot搬运到DDR中，然后用一句长跳转指令从SRAM直接跳转到DDR中继续执行uboot直到uboot完全启动。uboot启动后在命令行中启动OS

为什么需要重定位？

• 原因：链接地址和运行地址有时候必须不相同，而且不能全部用位置无关码，这种就只能重定位
• 扩展：分散加载：把uboot分为2部分（BL1和整个uboot）两个部分分别制定不同的链接地址。启动时将两部分加载到不同的地址（BL1加载到SRAM，整个uboot加载到DDR），这时候不用重定位也能启动
• 评价：分散加载其实相当于手工重定位，重定位是用代码来重定位，分散加载是手工操作重定位

从源码到可执行程序的步骤：

1. 预编译：预编译器执行。譬如C中的宏定义就是由预编译处理器处理，注释等也是由预编译器处理的
2. 编译：编译器来执行。把源码.c  .S编译成机器码
3. 链接：连接器来执行。把.o文件中的各个程序按照一定的规则（链接脚本指定）累积在一起

strip:strip是把可执行程序中的符号给拿掉，以节省空间（debug版本和release版本）

objcopy:由可执行程序生成可烧录的镜像bin文件

程序段的概念：代码段、数据段、bss段（ZI段）、自定义段

段是程序的一部分，我们把整个程序的所有东西分成了一个个段，给每个段起一个名字，然后再链接时可以用和这个名字来指示这些段

段名分为2种：一种是编译器连接器内部定好的，一种是程序员自己指定的，自定义的段名

先天性段名：

• 　　代码段：（.text），又叫文本段，代码段其实就是函数编译后生成的东西
• 　　数据段：（.data），数据段就是C语言中显示初始化为非0的全局变量
• 　　bss段：（.bss），又叫ZI（zero initial）段，就是零初始化段，对应C语言中初始化为0的全局变量

后天性段名：

　　　段名由程序员自己定义，段的属性和特征也由程序员自己定义。

分析一些问题，跟这里结合，然后试图明白一些本质

• C语言中全局变量如果未显示初始化，值为0。本质上是因为C语言中我们将这类全局变量放在了bss段，从而保证了为0
• C运行时环境如何保证显示初始化为非0的变量在main函数之前就被赋值了，就是因为把这类变量放在了.data段了，而.data段会在main函数之前被处理。

链接脚本就是一个规则文件，他是程序员用来指挥链接器用来工作的。链接器会参考链接脚本并且使用其中规定的规则来处理.o文件中的那些段，将其链接成可执行程序。

链接脚本的关键内容有两个部分：段名+地址（作为链接地址的内存地址）

链接脚本的理解：

SECTIONS{}这个是整体链接脚本

. 点号在链接脚本中代表当前位置

= 等号代表赋值

SECTIONS
{
    . = 0xd0024000
    
    .text : {
            start.o
            *(.text)
    }
    
    .data : {
        *(.data)
    }

    bss_start = .;
    .bss : {
        *(.bss)
    }
    bss_end = .;
}