1.段的概念_重定位的引入
1.1. 问题的引入
led.imx = 头部 + led.bin 或 led.stm32 = 头部 + led.bin
头部里含有位置信息(addr)：固件要把led.bin复制到哪里去
链接程序时，指定了链接地址，一般来说头部信息的addr就等于链接地址
如果，偏要修改头部信息的addr，让它不等于链接地址，会发生什么是？
头部里含有长度信息(len)：led.bin多大
在串口程序中添加全局变量，把它打印出来，看看会发生什么事。
1.2. 段的概念
1.2.1 程序直接烧写在ROM上
代码段、只读数据段、可读可写的数据段、BSS段。
char g_Char = 'A'; // 可读可写，不能放在ROM上，应该放在RAM里 const char g_Char2 = 'B'; // 只读变量，可以放在ROM上 int g_A = 0; // 初始值为0，干嘛浪费空间保存在ROM上？没必要 int g_B; // 没有初始化，干嘛浪费空间保存在ROM上？没必要
所以，程序分为这几个段：
代码段(RO-CODE)：就是程序本身，不会被修改
可读可写的数据段(RW-DATA)：有初始值的全局变量、静态变量，需要从ROM上复制到内存
只读的数据段(RO-DATA)：可以放在ROM上，不需要复制到内存
BSS段或ZI段：
初始值为0的全局变量或静态变量，没必要放在ROM上，使用之前清零就可以
未初始化的全局变量或静态变量，没必要放在ROM上，使用之前清零就可以
局部变量：保存在栈中，运行时生成
堆：一块空闲空间，使用malloc函数来管理它，malloc函数可以自己写
1.2.2 片内固件功能强大，理解段的概念麻烦一点
看视频
1.3. 重定位
保存在ROM上的全局变量的值，在使用前要复制到内存，这就是数据段重定位。
想把代码移动到其他位置，这就是代码重定位。
2.重定位要做的事
2.1. 程序中含有什么？
代码段：如果它不在链接地址上，就需要重定位
只读数据段：如果它不在链接地址上，就需要重定位
可读可写的数据段：如果它不在链接地址上，就需要重定位
BSS段：不需要重定位，因为程序里根本不保存BSS段，使用前把BSS段对应的空间清零即可
2.2. 谁来做重定位？
程序本身：它把自己复制到链接地址去
一开始，程序可能并不位于它的链接地址上，为什么它可以执行重定位的操作？
因为重定位的代码是使用“位置无关码”写的
什么叫位置无关码：这段代码扔在任何位置都可以运行，跟它所在的位置无关
怎么写出位置无关码：
跳转：使用相对跳转指令，不能使用绝对跳转指令
只能使用branch指令(比如bl main)，不能给PC直接复制，比如ldr pc, =main
不要访问全局变量、静态变量
不使用字符串
2.3. 怎么做重定位和清除BSS段？
核心：复制
复制的三要素：源、目的、长度
怎么知道代码段/数据段保存在哪？(加载地址)
怎么知道代码段/数据段要被复制到哪？(链接地址)
怎么知道代码段/数据段的长度？
怎么知道BSS段的地址范围：起始地址、长度？
这一切
在keil中使用散列文件(Scatter File)来描述
在GCC中使用链接脚本(Link Script)来描述
2.4. 加载地址和链接地址的区别
程序运行时，应该位于它的链接地址处，因为：
使用函数地址时用的是"函数的链接地址"，所以代码段应该位于链接地址处
去访问全局变量、静态变量时，用的是"变量的链接地址"，所以数据段应该位于链接地址处
但是： 程序一开始时可能并没有位于它的"链接地址"：
比如对于STM32F103，程序被烧录器烧写在Flash上，这个地址称为"加载地址"
比如对于IMX6ULL/STM32MP157，片内ROM根据头部信息把程序读入内存，这个地址称为“加载地址”
当加载地址 ！= 链接地址时，就需要重定位。
3.链接脚本使用与分析
3.1. 重定位的实质: 移动数据
把代码段、只读数据段、数据段，移动到它的链接地址处。
也就是复制！
数据复制的三要素：源、目的、长度。
数据保存在哪里？加载地址
数据要复制到哪里？链接地址
长度
这3要素怎么得到？
在GCC中，使用链接脚本来描述。
在keil中，跟链接脚本对应的是散列文件，散列的意思就是"分散排列"，在STM32F103这类资源紧缺的单片机芯片中：
代码段保存在Flash上，直接在Flash上运行(当然也可以重定位到内存里)
数据段保存在Flash上，使用前被复制到内存里
但是，在资源丰富的MPU板子上：
内存很大，几十M、几百M，甚至几G
可能没有XIP设备(XIP: eXecute In Place，原地执行)
没有类似STM32F103上的Flash，代码无法在存储芯片上直接运行
基于这些特点，在MPU板子上
代码段、数据段、BSS段等等，运行时没有必要分开存放
重定位时，把整个程序(包括代码段、数据段等)，一起复制到它的链接地址去
3.2. 链接脚本示例
3.2.1 链接脚本示例
SECTIONS { . = 0xC0200000; /* 对于STM32MP157设置链接地址为0xC0200000, 对于IMX6ULL设为0x80200000 */ . = ALIGN(4); .text : { *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(.COMMON) } __bss_end = .; }
3.2.2 链接脚本语法
3.2.2.1 完整的语法
一个链接脚本由一个SECTIONS组成。
一个SECTIONS里面，含有一个或多个section。
SECTIONS { ... secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr ) { contents } >region :phdr =fill ... }
section是链接脚本的核心，它的语法如下：
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr ) { contents } >region :phdr =fill
3.2.2.2 几个例子
实际上不需要那么复制，不需要把语法里各项都写完。
示例1
SECTIONS { .text : { *(.text) } /* secname为".text"，里面是所有文件的".text"段 */ .data : { *(.data) } /* secname为".data"，里面是所有文件的".data"段 */ .bss : { *(.bss) *(.COMMON) } /* secname为".bss"，里面是所有文件的".bss"段和".COMMON"段 */ }
示例2
还可以按文件指定
SECTIONS { outputa 0x10000 : /* secname为"outputa"，链接地址为0x10000 */ { first.o /* 把first.o整个文件放在前面 */ second.o (.text) /* 接下来是second.o的".text"段 */ } outputb : /* secname为"outputb"，链接地址紧随outputa */ { second.o (.data) /* second.o的".data"段 */ } outputc : /* secname为"outputc"，链接地址紧随outputb */ { *(.bss) /* 所有文件的".bss"段 */ *(.COMMON) /* 所有文件的".COMMON"段 */ } }
示例3
SECTIONS { .text 0x10000 : AT (0) /* secname为".text"，链接地址是0x10000，加载地址是0 */ { *(.text) } .data 0x20000 : AT (0x1000) /* secname为".data"，链接地址是0x20000，加载地址是0x1000 */ { *(.data) } .bss : /* secname为".bss"，链接地址紧随.data段，加载地址紧随.data段 */ { *(.bss) *(.COMMON) } }
3.3. 怎么获得各个段的信息
数据复制3要素：源、目的、长度。
怎么知道某个段的加载地址、链接地址、长度？
3.3.1 怎么确定源？
可以用ADR伪指令获得当前代码的地址，对于这样的代码：
.text .global _start _start: ...... adr r0, _start
adr是伪指令，它最终要转换为真实的指令。它怎么获得_start代码的当前所处地址呢？
实际上，adr r0, _start指令的本质是r0 = pc - offset，offset是在链接时就确定了。
3.3.2 怎么确定目的地址？
也就是怎么确定链接地址？可以用LDR伪指令。
对于这样的代码：
.text .global _start _start: ...... ldr r0, =_start
ldr是伪指令，它最终要转换为真实的指令。它怎么获得_start的链接地址呢？
_start的链接地址在链接时，由链接脚本确定。
3.3.3 如何获得更详细的信息
在链接脚本里可以定义各类符号，在代码里读取这些符号的值。
比如对于下面的链接脚本，可以使用__bss_start、__bss_end得到BSS段的起始、结束地址：
__bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(.COMMON) } __bss_end = .;
上述代码里，有一个".“，它被称为"Location Counter”，表示当前地址：可读可写。
它表示的是链接地址。
. = 0xABC; /* 设置当前地址为0xABC */ _abc_addr = . ; /* 设置_abc_addr等于当前地址 */ . = . + 0x100; /* 当前地址增加0x100 */ . = ALIGN(4); /* 当前地址向4对齐 */
注意："Location Counter"只能增大，不能较小。
3.4. 编写程序重定位数据段
3.4.1 修改链接脚本
我们故意只重定位数据段，在后面的课程再来重定位代码段并引入更多知识。
数据段要被复制到哪去？需要在链接脚本里确定一下：增加了__data_start
SECTIONS { . = 0xC0200000; /* 对于STM32MP157设置链接地址为0xC0200000, 对于IMX6ULL设为0x80200000 */ . = ALIGN(4); .text : { *(.text) } . = ALIGN(4); __data_start = .; .rodata : { *(.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(.COMMON) } __bss_end = .; }
3.4.2 编写程序
修改start.S：
ldr r0, =__data_start /* 目的: 链接地址 */ /* 计算data段的当前地址: * _start的链接地址 - _start的当前地址 = __data_start的链接地址 - data段的当前地址 * data段的当前地址 = __data_start的链接地址 - (_start的链接地址 - _start的当前地址) */ adr r1, _start ldr r2, =_start sub r2, r2, r1 sub r1, r0, r2 /* 计算data段的长度 */ ldr r2, =__bss_start ldr r3, =__data_start sub r2, r2, r3 bl memcpy /* 需要3个参数: dest, src, len */
