[ArmCompiler6--armlink]armlink使用介绍

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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;

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。
这里写图片描述

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

这里写图片描述
这里写图片描述
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。示例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:

这里写图片描述
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

这里写图片描述

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

这里写图片描述
对应的链接command:

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