第2章链接脚本入门

第2章：链接脚本入门：GNU LD链接脚本语法，SECTIONS命令与内存区域定义

好，咱们进入正题。上一章聊了内存布局的宏观概念，这一章就得动真格的了——写链接脚本。说实话，我刚开始接触Bootloader开发时，最头疼的就是这个链接脚本。看着那些花括号、点号、星号，完全不知道在干什么。后来踩了无数坑才明白，这东西其实就是告诉链接器：「我的代码放哪，数据放哪，别给我乱塞」。

2.1 链接脚本到底是个啥？

说白了，链接脚本就是一张「地图」。编译器把每个C文件编译成目标文件（.o），这些目标文件里有很多段：代码段（.text）、数据段（.data）、BSS段（.bss）等等。链接器的任务就是把它们拼到一起，拼成最终的二进制文件。

但问题来了——拼到一起放哪？是放在0x08000000还是0x20000000？这得由你说了算。链接脚本就是用来干这个的。

我记得第一次写STM32的Bootloader时，没注意链接脚本里的FLASH起始地址，结果代码烧进去直接跑飞。嗯，从那以后我每次改链接脚本都会反复确认三遍地址对不对。

2.2 GNU LD脚本的基本结构

一个典型的GNU LD链接脚本，长这样：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(Reset_Handler)

MEMORY
{
    FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K
    RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 40K
}

SECTIONS
{
    .text :
    {
        *(.vectors)
        *(.text)
        *(.text.*)
        *(.rodata)
        *(.rodata.*)
        _etext = .;
    } > FLASH

    .data : AT (ADDR(.text) + SIZEOF(.text))
    {
        _sdata = .;
        *(.data)
        *(.data.*)
        _edata = .;
    } > RAM

    .bss :
    {
        _sbss = .;
        *(.bss)
        *(.bss.*)
        *(COMMON)
        _ebss = .;
    } > RAM
}

看着有点复杂？别急，咱们拆开来看。

2.3 MEMORY命令：定义内存区域

MEMORY命令用来声明你的芯片有哪些内存区域，以及它们的地址范围和属性。格式很简单：

MEMORY
{
    名字 (属性) : ORIGIN = 起始地址, LENGTH = 长度
}

属性有几种：

r：可读
w：可写
x：可执行
!：取反，比如!rx表示不可读不可执行

我个人习惯把FLASH设为rx（可读可执行），RAM设为rwx（可读可写可执行）。为什么RAM要可执行？因为有时候Bootloader需要把代码拷贝到RAM里跑，比如做在线升级时。

注意： 我曾经犯过一个低级错误——把FLASH的LENGTH写成了128K，但实际芯片只有64K。链接器不会报错，它只会默默地把代码塞到不存在的地址上。结果就是：烧录成功，运行失败。所以一定要核对芯片手册上的内存大小。

2.4 SECTIONS命令：编排输出段

SECTIONS命令是链接脚本的核心。它告诉链接器：每个输入段应该放到哪个输出段，以及这个输出段放在哪个内存区域。

基本语法：

SECTIONS
{
    段名 :
    {
        输入段列表
    } > 内存区域
}

这里的「段名」就是输出段的名字，比如.text、.data、.bss。输入段列表用通配符匹配，比如：

*(.text)：所有目标文件的.text段
*(.text.*)：所有目标文件的.text.xxx段（编译器有时会生成这种子段）
*(.rodata)：只读数据段

你想想看，为什么要有通配符？因为你的工程可能有几十个.c文件，每个都生成一个.text段。用通配符就能一把抓，不用一个一个写。

2.5 位置计数器「.」

在SECTIONS里，你会经常看到一个点号「.」。这个点号叫位置计数器，它表示当前地址。比如：

.text :
{
    *(.vectors)
    *(.text)
    _etext = .;
} > FLASH

这里的_etext = .;意思是：把当前地址赋值给符号_etext。这个符号可以在C代码里用extern声明后直接使用，用来获取代码段的结束地址。

我在项目中经常用这个技巧来计算代码大小，或者确定数据段的加载地址。比如：

extern uint32_t _etext;
// 在代码里可以这样用
uint32_t code_size = (uint32_t)&_etext - 0x08000000;

2.6 加载地址 vs 运行地址

这是新手最容易搞混的地方。看这句：

.data : AT (ADDR(.text) + SIZEOF(.text))

AT (...)指定的是加载地址（LMA），而> RAM指定的是运行地址（VMA）。什么意思呢？

加载地址：数据在烧录文件里存放的位置（通常在FLASH）
运行地址：程序运行时数据实际所在的位置（通常在RAM）

为什么会这样？因为RAM掉电会丢数据，所以初始化数据必须存在FLASH里。上电后，Bootloader要把这些数据从FLASH拷贝到RAM里。这就是.data段需要两个地址的原因。

关键点： 如果你忘了写AT (...)，链接器会默认加载地址等于运行地址。对于.data段来说，这意味着数据会被放在RAM里，但烧录文件里却没有它——上电后RAM里全是随机值，程序直接崩掉。我当年就因为这个bug调了整整两天。

2.7 常用符号定义

在链接脚本里定义符号，可以在C代码里直接引用。常用的有：

符号名	含义	典型用途
`_etext`	代码段结束地址	计算代码大小
`_sdata`	数据段起始地址	拷贝数据到RAM
`_edata`	数据段结束地址	判断拷贝是否完成
`_sbss`	BSS段起始地址	清零BSS段
`_ebss`	BSS段结束地址	判断清零范围
`_stack_top`	栈顶地址	初始化栈指针

这些符号的命名没有强制规定，但业界基本都这么用。我个人习惯再加一个_flash_start和_ram_start，方便在代码里获取内存区域的基地址。

2.8 一个完整的Bootloader链接脚本示例

最后，给你看一个我实际项目中用过的链接脚本（简化版）：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(Reset_Handler)

MEMORY
{
    FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 64K
    RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K
}

_estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);

SECTIONS
{
    .isr_vector :
    {
        *(.isr_vector)
    } > FLASH

    .text :
    {
        *(.text)
        *(.text.*)
        *(.glue_7)
        *(.glue_7t)
        *(.gnu.linkonce.t.*)
    } > FLASH

    .rodata :
    {
        *(.rodata)
        *(.rodata.*)
        *(.gnu.linkonce.r.*)
    } > FLASH

    .ARM.extab : { *(.ARM.extab*) } > FLASH
    .ARM.exidx : { *(.ARM.exidx*) } > FLASH

    _sidata = LOADADDR(.data);

    .data : AT (_sidata)
    {
        _sdata = .;
        *(.data)
        *(.data.*)
        *(.gnu.linkonce.d.*)
        _edata = .;
    } > RAM

    .bss :
    {
        _sbss = .;
        *(.bss)
        *(.bss.*)
        *(.gnu.linkonce.b.*)
        *(COMMON)
        _ebss = .;
    } > RAM

    ._user_heap_stack :
    {
        . = ALIGN(8);
        PROVIDE ( end = . );
        PROVIDE ( _end = . );
        . = . + _Min_Heap_Size;
        . = . + _Min_Stack_Size;
        . = ALIGN(8);
    } > RAM
}

小技巧： 注意看_sidata = LOADADDR(.data);这一行。LOADADDR()函数可以获取某个段的加载地址。这样就不用手动计算AT的表达式了，代码更清晰，也不容易算错。

嗯，到这里链接脚本的基础语法就讲完了。你可能会觉得内容有点多，但别担心——写链接脚本就像骑自行车，刚开始觉得别扭，多写几次就顺手了。下一章我会讲怎么用这个链接脚本配合启动代码，把Bootloader真正跑起来。

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