s3c2440裸机-代码重定位（2.编程实现代码重定位）

代码重定位（2.编程实现代码重定位）

1.引入链接脚本

我们上一节讲述了为什么要重定位代码，那么怎么去重定位代码呢？

上一节我们发现"arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000"这种方式编译出来的bin文件有800多M,这肯定是不行的，那么需要怎么把.data段重定位到sdram呢？

可以通过AT参数指定.data段在编译时的存放位置，我们发现这样指定太不方便了，而且不好确定要放在bin文件的哪个位置。这里就要引入链接脚本，它可以帮我们解决这个不必要的麻烦。

链接脚本格式

格式如下图：

我们来看一个具体的例子：

SECTIONS
{
	. = 0x00000000; //表示当前地址为0

	. = ALIGN(4);  //设置当前位置让4字节对齐
	.text  :   
	{
	  cpu/arm920t/start.o	(.text)
	  board/lyb2440/boot_init.o (.text)
	  *(.text)
	}	//表示.text段从0x4开始存放,其中可以手动调整代码段的位置，
	    //比如让start.o，boot_init.o中的函数放在最前面,然后存放剩余的代码段

	. = ALIGN(4); //设置当前位置让4字节对齐
	.rodata : { *(.rodata) } //从该位置开始存放所有的.rodata段

	. = ALIGN(4); //设置当前位置让4字节对齐
	.data : 0x30000000 : AT(0x800) { *(.data) } //从该位置开始存放所有的.data段 设置运行

	__bss_start = .; //设置.bss段的起始位置
	.bss : { *(.bss) } //从该位置开始存放所有的.bss段
	_end = .;//设置.bss段的结束位置（也就是整个链接脚本的结束为止）
}

这个是我从uboot中裁剪过来的链接脚本，从注释我已把链接脚本的结构讲解的差不多了。这里.data段指定了程序的运行（链接）地址为sdram的base_addr（0x30000000），通过AT指定加载（在bin文件的存放）地址0x800。

2.如何重定位代码

我们先编写一个链接脚本如下所示：

SECTIONS {
   .text   0  : { *(.text) }
   .rodata  : { *(.rodata) }
   .data 0x30000000 : AT(0x800) { *(.data) }
   .bss  : { *(.bss) *(.COMMON) }
}

我们上一节分析了nor启动时无法写全局变量，那么现在有两种重定位方法:

1. 只重定位数据段

   只重定位数据段的过程用下图更直观：

   

   对于nor启动时，我们可以直接从nor上取指令执行，所以可以只进行数据段的重定位，我们编写链接脚本relocate.lds如下所示：

    SECTIONS {
       .text   0  : { *(.text) }//所有文件的.text
       .rodata  : { *(.rodata) } //只读数据段
       .data 0x30000000 : AT(0x800) { *(.data) } //放在0x800,但运行时在0x3000000
       .bss  : { *(.bss) *(.COMMON) }//所有文件的bss段，所有文件的.COMMON段
    }
   

   Makefile如下所示：

    all:
    arm-linux-gcc -c -o led.o led.c
    arm-linux-gcc -c -o uart.o uart.c
    arm-linux-gcc -c -o init.o init.c
    arm-linux-gcc -c -o main.o main.c
    arm-linux-gcc -c -o start.o start.S
    #arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000  start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
    arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
    arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin
    arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
   

   编译出sdram.bin,然后修改start.s进行.data段的重定位。我们需要将以0x800为.data段基地址的整个数据段copy到0x30000000处去，start.s修改如下：

    .text
    .global _start
    
    _start:
    
    	/* 关闭看门狗 */
    	/* 初始化时钟 */
    	/* 设置栈 */
    	/*初始化sdram*/
    ...
    	/* 重定位data段，把加载地址0x800（bin文件中在nor中）的数据段的内容重定位到sdram的baseaddr */
    	mov r1, #0x800
    	ldr r0, [r1]
    	mov r1, #0x30000000
    	str r0, [r1]
    
    	bl main
    
    halt:
    	b halt
   

   这里是用的相对跳转指令bl main，因为还没有重定位整个完整的代码，所以不能用ldr绝对跳转。前面的初始化时钟、sdram我就不写了，参考
   时钟编程(二、配置时钟寄存器)、
   (三、UART编程实现)、
   内存控制器(五、SDRAM编程实现)

   缺点：
   这里只是人为的对.data段写死了,那么当我有多个全局变量时，还要计算重定位的次数,而且我们也不知道有多少个全局变量，所以这重定位方式有缺陷。那么我们对这种重定位.data断的方法做一个改进，将链接脚本修改如下：

    SECTIONS
    {
       .text   0  : { *(.text) }
       .rodata  : { *(.rodata) }
       .data 0x30000000 : AT(0x800) 
       { 
          data_load_addr = LOADADDR(.data);	/* data段在bin文件中的地址, 加载地址 */
          data_start = . ;			/* data段在重定位地址, 运行时的地址 */
          *(.data) 				
          data_end = . ;			/* data段结束地址 */
       }
       .bss  : { *(.bss) *(.COMMON) }
    }
   

   上面的链接脚本用一个变量data_load_addr指定了加载地址(data段在bin文件中的地址，即0x800），用变量data_start指定了运行地址（即为0x30000000），那么用data_end - data_start就是我们数据段的总长度。

   对start.s做出如下修改：

    	/* 重定位data段 */
    	ldr r1, =data_load_addr  /* data段在bin文件中的地址, 加载地址 */
    	ldr r2, =data_start 	 /* data段在重定位地址, 运行时的地址 */
    	ldr r3, =data_end 	     /* data段结束地址 */
    
    cpy:
    	ldrb r4, [r1]
    	strb r4, [r2]
    	add r1, r1, #1
    	add r2, r2, #1
    	cmp r2, r3
    	ble cpy
    
    	bl main
    
    halt:
    	b halt
   

   注意，这里start.s中用到了链接脚本中的变量，r4作为临时变量，依次从data_load_addr读取出来后写入到data_start。

   优点：可以不用计算有多少个全局变量，链接脚本自动帮我们弄好了。
   缺点：由于我们的程序可能会大于SRAM或者nor的容量，那么就必须连代码段也一起进行重定位，
   下面这种重定位方式更好，在实际应用中也是用的下面这种方式去做的重定位。

2. 重定位整个程序

   重定位整个程序的过程用下图更直观：

   

   我们修改链接脚本如下：

    SECTIONS
    {
    	. = 0x30000000;
    
    	. = ALIGN(4);
    	.text      :
    	{
    	  *(.text)
    	}
    
    	. = ALIGN(4);
    	.rodata : { *(.rodata) }
    
    	. = ALIGN(4);
    	.data : { *(.data) }
    
    	. = ALIGN(4);
    	__bss_start = .;
    	.bss : { *(.bss) *(.COMMON) }
    	_end = .;
    }
   

   在这里我们将代码段的地址设置为0x3000_0004，然后紧接着放.rodata段，然后再紧接着放.data段。这样我们的bin文件就不再有“空洞”了。

   修改start.s如下：

    .text
    .global _start
    
    _start:
    	...
    	...
    	/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
    	mov r1, #0
    	ldr r2, =_start 	    /* 第1条指令运行时的地址，也就是.text段的runtime addr，在这里是0x3000_0004*/
    	ldr r3, =__bss_start    /* bss段的起始地址,也就是整个程序的结束地址  */
    
    cpy:
    	ldrb r4, [r1]
    	strb r4, [r2]
    	add r1, r1, #1
    	add r2, r2, #1
    	cmp r2, r3
    	ble cpy
    
    	bl main  	
    halt:
    	b halt
   

   我们来分析下这段重定位：整个bin文件程序的长度（.text + .rodata + .data）为__bss_start - _start,那么我们是把bin文件从存储介质的0地址copy到程序的运行地址0x3000_0004，这样我们访问.data段时就是访问sdram中重定位后的数据段了。