4、应用程序映像结构：可执行映像的组成、.text/.data/.bss段详解、映像的加载地址与运行地址

好，咱们接着聊。上一章我们把 Bootloader 怎么跳转讲清楚了，但有个关键问题一直没细说——跳过去的是什么？

说白了，跳转的目标是一个可执行映像。这个映像长什么样？里面装了什么？地址怎么安排的？这些搞不清楚，跳转就是瞎跳。

我个人习惯，在讲任何跳转逻辑之前，先让学生把映像结构吃透。因为 Bootloader 的很多 bug，根源都在这里。

4.1 可执行映像的组成

一个编译好的应用程序，烧到 Flash 里，或者加载到 RAM 里，它不是一个简单的二进制大块。它是有结构的。

我一般把它拆成三部分来看：

• 头部信息：包括中断向量表、启动代码、一些元数据。这部分是 CPU 上电后最先执行的。
• 代码段和数据段：就是 .text、.data、.bss 这些。
• 附加信息：比如 CRC 校验值、版本号、签名等。这些是 Bootloader 用来做校验和管理的。

你想想看，Bootloader 拿到一个映像文件，它首先要解析头部，确认这个映像是不是合法的，然后才能决定要不要跳过去。

4.2 .text / .data / .bss 段详解

这三个段，是嵌入式开发里最基础也最容易出问题的概念。我见过太多人栽在这上面。

.text 段（代码段）

这个段存放的是你的程序指令。说白了，就是编译器把你写的 C 代码翻译成的机器码。

特点：

• 只读：运行时不会修改它。所以它通常放在 Flash 里。
• 可共享：如果多个任务执行同一段代码，可以共用一份 .text。
• 位置有关 vs 位置无关：这个后面会细讲，但你要知道，Bootloader 跳转时特别在意这个。

我记得有一次，同事把 .text 段链接到了 RAM 地址，结果程序一跑就崩。查了半天，发现是链接脚本写错了，把只读代码放到了 RAM 里，上电后内容全是乱的。

.data 段（已初始化数据段）

这个段存放的是你定义了初始值的全局变量和静态变量。比如：

int g_counter = 100;  // 这个变量在 .data 段
static char g_buf[64] = "hello";  // 这个也在 .data 段

问题来了：这些变量有初始值，但初始值存在哪里？

嗯，这里要注意。编译后，.data 段的初始值其实是放在 Flash 里的。但运行时，这些变量必须在 RAM 里才能读写。所以 Bootloader 或者启动代码，必须做一件事——把 .data 段从 Flash 拷贝到 RAM。

.bss 段（未初始化数据段）

这个段存放的是没有初始值，或者初始值为 0 的全局变量和静态变量。比如：

int g_flag;  // 这个在 .bss 段
static int g_temp;  // 这个也在 .bss 段

.bss 段的特点是：它不占用 Flash 空间。编译后的映像文件里，.bss 段只记录了一个大小信息，没有实际数据。

为什么？因为运行时，这些变量默认就是 0。启动代码只需要在 RAM 里把这块区域清零就行了。

你想想看，如果你的程序有 1MB 的 .bss 变量，但 Flash 里只存了几个字节的描述信息，这多省空间。

段名	存储内容	存储位置（加载时）	存储位置（运行时）	初始化方式
.text	程序指令	Flash	Flash（或 RAM）	无需初始化
.data	已初始化全局/静态变量	Flash	RAM	从 Flash 拷贝到 RAM
.bss	未初始化/零初始化变量	不占用	RAM	RAM 区域清零

4.3 映像的加载地址与运行地址

这两个概念，是 Bootloader 跳转的核心。搞不懂它们，跳转就是碰运气。

加载地址（Load Address）：映像在非易失性存储器（比如 Flash）中存放的位置。说白了，就是烧录时放哪。

运行地址（Run Address）：映像在运行时应该位于的内存地址。CPU 从这个地址取指令、读写数据。

大多数情况下，加载地址和运行地址是一样的。比如你的程序直接在 Flash 里运行，那加载地址就是 Flash 地址，运行地址也是 Flash 地址。

但有些情况不一样：

• 程序需要拷贝到 RAM 里运行：比如为了速度，或者 Flash 太慢。这时候加载地址是 Flash，运行地址是 RAM。
• Bootloader 把应用程序搬到了不同的 Flash 位置：比如 OTA 升级后，新程序放在了一个临时区域，需要搬回主区域。

我建议你在设计 Bootloader 时，一定要明确这两个地址。链接脚本里通常用 LOAD_ADDRESS 和 RUN_ADDRESS 来区分。

举个例子，一个典型的链接脚本片段：

MEMORY
{
    FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
    RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
}

SECTIONS
{
    .text :
    {
        *(.text)
        *(.rodata)
    } > FLASH  /* 运行地址在 Flash */

    .data : 
    {
        *(.data)
    } > RAM AT > FLASH  /* 运行地址在 RAM，加载地址在 Flash */

    .bss :
    {
        *(.bss)
    } > RAM  /* 运行地址在 RAM，无加载地址 */
}

你看，.data 段后面有个 AT > FLASH，这就是告诉链接器：这个段的初始数据放在 Flash 里，但运行时请放到 RAM 里。

启动代码要做的，就是根据这个信息，把 .data 从 Flash 拷贝到 RAM，然后把 .bss 清零。

嗯，这里有个坑。如果你的 Bootloader 跳转前没有正确初始化这些段，应用程序一运行就会访问到错误的数据。我见过最典型的情况是：.bss 没清零，全局变量初始值随机，程序行为完全不可预测。

所以，我的建议是：在 Bootloader 跳转前，确保目标应用程序的启动环境是干净的。要么让应用程序自己的启动代码做初始化，要么 Bootloader 帮它做。但一定要明确谁负责，别互相推诿。

好了，映像结构这块就讲这么多。下一章我们聊聊跳转时的栈指针和 PC 指针怎么设置，那才是跳转的临门一脚。