ld命令和uboot中的lds文件实例和简单实例分析.docx
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ld命令和uboot中的lds文件实例和简单实例分析
ld选项和lds文件
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0.Contents
1.概论
2.基本概念
3.脚本格式
4.简单例子
5.简单脚本命令
6.对符号的赋值
7.SECTIONS命令
8.MEMORY命令
9.PHDRS命令
10.VERSION命令
11.脚本内的表达式
12.暗含的连接脚本
1.概论
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每一个链接过程都由链接脚本(linkerscript,一般以lds作为文件的后缀名)控制.链接脚本主要用于规定如何把输入文件内的section放入输出文件内,并控制输出文件内各部分在程序地址空间内的布局.但你也可以用连接命令做一些其他事情.
连接器有个默认的内置连接脚本,可用ld--verbose查看.连接选项-r和-N可以影响默认的连接脚本(如何影响?
).
-T选项用以指定自己的链接脚本,它将代替默认的连接脚本.你也可以使用以增加自定义的链接命令.
以下没有特殊说明,连接器指的是静态连接器.
2.基本概念
--------------------------------------------------------------------------------
链接器把一个或多个输入文件合成一个输出文件.
输入文件:
目标文件或链接脚本文件.
输出文件:
目标文件或可执行文件.
目标文件(包括可执行文件)具有固定的格式,在UNIX或GNU/Linux平台下,一般为ELF格式.若想了解更多,可参考UNIX/Linux平台可执行文件格式分析
有时把输入文件内的section称为输入section(inputsection),把输出文件内的section称为输出section(outputsectin).
目标文件的每个section至少包含两个信息:
名字和大小.大部分section还包含与它相关联的一块数据,称为sectioncontents(section内容).一个section可被标记为“loadable(可加载的)”或“allocatable(可分配的)”.
loadablesection:
在输出文件运行时,相应的section内容将被载入进程地址空间中.
allocatablesection:
内容为空的section可被标记为“可分配的”.在输出文件运行时,在进程地址空间中空出大小同section指定大小的部分.某些情况下,这块内存必须被置零.
如果一个section不是“可加载的”或“可分配的”,那么该section通常包含了调试信息.可用objdump-h命令查看相关信息.
每个“可加载的”或“可分配的”输出section通常包含两个地址:
VMA(virtualmemoryaddress虚拟内存地址或程序地址空间地址)和LMA(loadmemoryaddress加载内存地址或进程地址空间地址).通常VMA和LMA是相同的.
在目标文件中,loadable或allocatable的输出section有两种地址:
VMA(virtualMemoryAddress)和LMA(LoadMemoryAddress).VMA是执行输出文件时section所在的地址,而LMA是加载输出文件时section所在的地址.一般而言,某section的VMA==LMA.但在嵌入式系统中,经常存在加载地址和执行地址不同的情况:
比如将输出文件加载到开发板的flash中(由LMA指定),而在运行时将位于flash中的输出文件复制到SDRAM中(由VMA指定).
可这样来理解VMA和LMA,假设:
(1).datasection对应的VMA地址是0x08050000,该section内包含了3个32位全局变量,i、j和k,分别为1,2,3.
(2).textsection内包含由"printf("j=%d",j);"程序片段产生的代码.
连接时指定.datasection的VMA为0x08050000,产生的printf指令是将地址为0x08050004处的4字节内容作为一个整数打印出来.
如果.datasection的LMA为0x08050000,显然结果是j=2
如果.datasection的LMA为0x08050004,显然结果是j=1
还可这样理解LMA:
.textsection内容的开始处包含如下两条指令(inteli386指令是10字节,每行对应5字节):
jmp0x08048285
movl$0x1,%eax
如果.textsection的LMA为0x08048280,那么在进程地址空间内0x08048280处为“jmp0x08048285”指令,0x08048285处为movl$0x1,%eax指令.假设某指令跳转到地址0x08048280,显然它的执行将导致%eax寄存器被赋值为1.
如果.textsection的LMA为0x08048285,那么在进程地址空间内0x08048285处为“jmp0x08048285”指令,0x0804828a处为movl$0x1,%eax指令.假设某指令跳转到地址0x08048285,显然它的执行又跳转到进程地址空间内0x08048285处,造成死循环.
符号(symbol):
每个目标文件都有符号表(SYMBOLTABLE),包含已定义的符号(对应全局变量和static变量和定义的函数的名字)和未定义符号(未定义的函数的名字和引用但没定义的符号)信息.
符号值:
每个符号对应一个地址,即符号值(这与c程序内变量的值不一样,某种情况下可以把它看成变量的地址).可用nm命令查看它们.(nm的使用方法可参考本blog的GNUbinutils笔记)
3.脚本格式
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链接脚本由一系列命令组成,每个命令由一个关键字(一般在其后紧跟相关参数)或一条对符号的赋值语句组成.命令由分号‘;’分隔开.
文件名或格式名内如果包含分号';'或其他分隔符,则要用引号‘"’将名字全称引用起来.无法处理含引号的文件名.
/**/之间的是注释.
4.简单例子
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在介绍链接描述文件的命令之前,先看看下述的简单例子:
以下脚本将输出文件的textsection定位在0x10000,datasection定位在0x8000000:
SECTIONS
{
.=0x10000;
.text:
{*(.text)}
.=0x8000000;
.data:
{*(.data)}
.bss:
{*(.bss)}
}
解释一下上述的例子:
.=0x10000:
把定位器符号置为0x10000(若不指定,则该符号的初始值为0).
.text:
{*(.text)}:
将所有(*符号代表任意输入文件)输入文件的.textsection合并成一个.textsection,该section的地址由定位器符号的值指定,即0x10000.
.=0x8000000:
把定位器符号置为0x8000000
.data:
{*(.data)}:
将所有输入文件的.textsection合并成一个.datasection,该section的地址被置为0x8000000.
.bss:
{*(.bss)}:
将所有输入文件的.bsssection合并成一个.bsssection,该section的地址被置为0x8000000+.datasection的大小.
连接器每读完一个section描述后,将定位器符号的值*增加*该section的大小.注意:
此处没有考虑对齐约束.
5.简单脚本命令
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-1-
ENTRY(SYMBOL):
将符号SYMBOL的值设置成入口地址.
入口地址(entrypoint):
进程执行的第一条用户空间的指令在进程地址空间的地址)
ld有多种方法设置进程入口地址,按一下顺序:
(编号越前,优先级越高)
1,ld命令行的-e选项
2,连接脚本的ENTRY(SYMBOL)命令
3,如果定义了start符号,使用start符号值
4,如果存在.textsection,使用.textsection的第一字节的位置值
5,使用值0
-2-
INCLUDEfilename:
包含其他名为filename的链接脚本
相当于c程序内的的#include指令,用以包含另一个链接脚本.
脚本搜索路径由-L选项指定.INCLUDE指令可以嵌套使用,最大深度为10.即:
文件1内INCLUDE文件2,文件2内INCLUDE文件3...,文件10内INCLUDE文件11.那么文件11内不能再出现INCLUDE指令了.
-3-
INPUT(files):
将括号内的文件做为链接过程的输入文件
ld首先在当前目录下寻找该文件,如果没找到,则在由-L指定的搜索路径下搜索.file可以为-lfile形式,就象命令行的-l选项一样.如果该命令出现在暗含的脚本内,则该命令内的file在链接过程中的顺序由该暗含的脚本在命令行内的顺序决定.
-4-
GROUP(files):
指定需要重复搜索符号定义的多个输入文件
file必须是库文件,且file文件作为一组被ld重复扫描,直到不在有新的未定义的引用出现.
-5-
OUTPUT(FILENAME):
定义输出文件的名字
同ld的-o选项,不过-o选项的优先级更高.所以它可以用来定义默认的输出文件名.如a.out
-6-
SEARCH_DIR(PATH):
定义搜索路径,
同ld的-L选项,不过由-L指定的路径要比它定义的优先被搜索.
-7-
STARTUP(filename):
指定filename为第一个输入文件
在链接过程中,每个输入文件是有顺序的.此命令设置文件filename为第一个输入文件.
-8-
OUTPUT_FORMAT(BFDNAME):
设置输出文件使用的BFD格式
同ld选项-oformatBFDNAME,不过ld选项优先级更高.
-9-
OUTPUT_FORMAT(DEFAULT,BIG,LITTLE):
定义三种输出文件的格式(大小端)
若有命令行选项-EB,则使用第2个BFD格式;若有命令行选项-EL,则使用第3个BFD格式.否则默认选第一个BFD格式.
TARGET(BFDNAME):
设置输入文件的BFD格式
同ld选项-bBFDNAME.若使用了TARGET命令,但未使用OUTPUT_FORMAT命令,则最用一个TARGET命令设置的BFD格式将被作为输出文件的BFD格式.
另外还有一些:
ASSERT(EXP,MESSAGE):
如果EXP不为真,终止连接过程
EXTERN(SYMBOLSYMBOL...):
在输出文件中增加未定义的符号,如同连接器选项-u
FORCE_COMMON_ALLOCATION:
为commonsymbol(通用符号)分配空间,即使用了-r连接选项也为其分配
NOCROSSREFS(SECTIONSECTION...):
检查列出的输出section,如果发现他们之间有相互引用,则报错.对于某些系统,特别是内存较紧张的嵌入式系统,某些section是不能同时存在内存中的,所以他们之间不能相互引用.
OUTPUT_ARCH(BFDARCH):
设置输出文件的machinearchitecture(体系结构),BFDARCH为被BFD库使用的名字之一.可以用命令objdump-f查看.
可通过man-S1ld查看ld的联机帮助,里面也包括了对这些命令的介绍.
6.对符号的赋值
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在目标文件内定义的符号可以在链接脚本内被赋值.(注意和C语言中赋值的不同!
)此时该符号被定义为全局的.每个符号都对应了一个地址,此处的赋值是更改这个符号对应的地址.
e.g.通过下面的程序查看变量a的地址:
/*a.c*/
#include
inta=100;
intmain(void)
{
printf("&a=0x%p",&a);
return0;
}
/*a.lds*/
a=3;
$gcc-Wall-oa-without-ldsa.c
&a=0x8049598
$gcc-Wall-oa-with-ldsa.ca.lds
&a=0x3
注意:
对符号的赋值只对全局变量起作用!
一些简单的赋值语句
能使用任何c语言内的赋值操作:
SYMBOL=EXPRESSION;
SYMBOL+=EXPRESSION;
SYMBOL-=EXPRESSION;
SYMBOL*=EXPRESSION;
SYMBOL/=EXPRESSION;
SYMBOL>=EXPRESSION;
SYMBOL&=EXPRESSION;
SYMBOL|=EXPRESSION;
除了第一类表达式外,使用其他表达式需要SYMBOL被定义于某目标文件.
.是一个特殊的符号,它是定位器,一个位置指针,指向程序地址空间内的某位置(或某section内的偏移,如果它在SECTIONS命令内的某section描述内),该符号只能在SECTIONS命令内使用.
注意:
赋值语句包含4个语法元素:
符号名、操作符、表达式、分号;一个也不能少.
被赋值后,符号所属的section被设值为表达式EXPRESSION所属的SECTION(参看11.脚本内的表达式)
赋值语句可以出现在连接脚本的三处地方:
SECTIONS命令内,SECTIONS命令内的section描述内和全局位置;如下,
floating_point=0;/*全局位置*/
SECTIONS
{
.text:
{
*(.text)
_etext=.;/*section描述内*/
}
_bdata=(.+3)&~4;/*SECTIONS命令内*/
.data:
{*(.data)}
}
PROVIDE关键字
该关键字用于定义这类符号:
在目标文件内被引用,但没有在任何目标文件内被定义的符号.
例子:
SECTIONS
{
.text:
{
*(.text)
_etext=.;
PROVIDE(etext=.);
}
}
当目标文件内引用了etext符号,确没有定义它时,etext符号对应的地址被定义为.textsection之后的第一个字节的地址.
7.SECTIONS命令
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SECTIONS命令告诉ld如何把输入文件的sections映射到输出文件的各个section:
如何将输入section合为输出section;如何把输出section放入程序地址空间(VMA)和进程地址空间(LMA).该命令格式如下:
SECTIONS
{
SECTIONS-COMMAND
SECTIONS-COMMAND
...
}
SECTION-COMMAND有四种:
(1)ENTRY命令
(2)符号赋值语句
(3)一个输出section的描述(outputsectiondescription)
(4)一个section叠加描述(overlaydescription)
如果整个连接脚本内没有SECTIONS命令,那么ld将所有同名输入section合成为一个输出section内,各输入section的顺序为它们被连接器发现的顺序.
如果某输入section没有在SECTIONS命令中提到,那么该section将被直接拷贝成输出section.
输出section描述
输出section描述具有如下格式:
SECTION[ADDRESS][(TYPE)]:
[AT(LMA)]
{
OUTPUT-SECTION-COMMAND
OUTPUT-SECTION-COMMAND
...
}[>REGION][AT>LMA_REGION][:
PHDR:
PHDR...][=FILLEXP]
[]内的内容为可选选项,一般不需要.
SECTION:
section名字
SECTION左右的空白、圆括号、冒号是必须的,换行符和其他空格是可选的.
每个OUTPUT-SECTION-COMMAND为以下四种之一,
符号赋值语句
一个输入section描述
直接包含的数据值
一个特殊的输出section关键字
输出section名字(SECTION):
输出section名字必须符合输出文件格式要求,比如:
a.out格式的文件只允许存在.text、.data和.bsssection名.而有的格式只允许存在数字名字,那么此时应该用引号将所有名字内的数字组合在一起;另外,还有一些格式允许任何序列的字符存在于section名字内,此时如果名字内包含特殊字符(比如空格、逗号等),那么需要用引号将其组合在一起.
输出section地址(ADDRESS):
ADDRESS是一个表达式,它的值用于设置VMA.如果没有该选项且有REGION选项,那么连接器将根据REGION设置VMA;如果也没有REGION选项,那么连接器将根据定位符号‘.’的值设置该section的VMA,将定位符号的值调整到满足输出section对齐要求后的值,输出section的对齐要求为:
该输出section描述内用到的所有输入section的对齐要求中最严格的.
例子:
.text.:
{*(.text)}
和
.text:
{*(.text)}
这两个描述是截然不同的,第一个将.textsection的VMA设置为定位符号的值,而第二个则是设置成定位符号的修调值,满足对齐要求后的.
ADDRESS可以是一个任意表达式,比如ALIGN(0x10)这将把该section的VMA设置成定位符号的修调值,满足16字节对齐后的.
注意:
设置ADDRESS值,将更改定位符号的值.
输入section描述:
最常见的输出section描述命令是输入section描述.
输入section描述是最基本的连接脚本描述.
输入section描述基础:
基本语法:
FILENAME([EXCLUDE_FILE(FILENAME1FILENAME2...)SECTION1SECTION2...)
FILENAME文件名,可以是一个特定的文件的名字,也可以是一个字符串模式.
SECTION名字,可以是一个特定的section名字,也可以是一个字符串模式
例子是最能说明问题的,
*(.text):
表示所有输入文件的.textsection
(*(EXCLUDE_FILE(*crtend.o*otherfile.o).ctors)):
表示除crtend.o、otherfile.o文件外的所有输入文件的.ctorssection.
data.o(.data):
表示data.o文件的.datasection
data.o:
表示data.o文件的所有section
*(.text.data):
表示所有文件的.textsection和.datasection,顺序是:
第一个文件的.textsection,第一个文件的.datasection,第二个文件的.textsection,第二个文件的.datasection,...
*(.text)*(.data):
表示所有文件的.textsection和.datasection,顺序是:
第一个文件的.textsection,第二个文件的.textsection,...,最后一个文件的.textsection,第一个文件的.datasection,第二个文件的.datasection,...,最后一个文件的.datasection
下面看连接器是如何找到对应的文件的.
当FILENAME是一个特定的文件名时,连接器会查看它是否在连接命令行内出现或在INPUT命令中出现.
当FILENAME是一个字符串模式时,连接器仅仅只查看它是否在连接命令行内出现.
注意:
如果连接器发现某文件在INPUT命令内出现,那么它会在-L指定的路径内搜寻该文件.
字符串模式内可存在以下通配符:
*:
表示任意多个字符
?
:
表示任意一个字符
[CHARS]:
表示任意一个CHARS内的字符,可用-号表示范围,如:
a-z
:
表示引用下一个紧跟的字符
在文件名内,通配符不匹配文件夹分隔符/,但当字符串模式仅包含通配符*时除外.
任何一个文件的任意section只能在SECTIONS命令内出现一次.看如下例子,
SECTIONS{
.data:
{*(.data)}
.data1:
{data.o(.data)}
}
data.o文件的.datasection在第一个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内被使用了,那么在第二个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内将不会再被使用,也就是说即使连接器不报错,输出文件的.data1section的内容也是空的.
再次强调:
连接器依次扫描每个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内的文件名,任何一个文件的任何一个section都只能使用一次.
读者可以用-M连接命令选项来产生一个map文件,它包含了所有输入section到输出section的组合信息.
再看个例子,
SECTIONS{
.text:
{*(.text)}
.DATA:
{[A-Z]*(.data)}
.data:
{*(.data)}
.bss:
{*(.bss)}
}
这个例子中说明,所有文件的输入.te
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- ld 命令 uboot 中的 lds 文件 实例 简单 分析