豹哥嵌入式讲堂:ARM Cortex-M开发之文件详解(2)- 链接文件(.icf)


  大家好,我是豹哥,猎豹的豹,犀利哥的哥。前日豹哥给大家讲的是嵌入式开发里的linker文件

  在前一节课source文件里,豹哥给我们系统地介绍了source文件,source文件是嵌入式工程里出类拔萃的input文件,那么还有没有其余品种的input文件?既然豹哥这么提问了,那答案自然是有啊。前些天豹哥要讲的linker文件就属于另一种input文件。
  linker文件顾名思义就是嵌入式工程在链接阶段所要用到的文书,source文件在编译进度做到将来(此时一度是机械可识其他二进制机器码数据),必要再通过链接器从而将二进制数据有序社团起来形成最后的二进制可执行文件,该二进制文件最后会被下载进芯片内部非易失性存储器里。linker文件就是用来提醒链接器怎么着社团编译生成的二进制数据。
  linker文件是跟IDE唇齿相依的,本文以IAR
EWARM为例介绍linker文件,其余IDE下的linker文件可触类旁通。

一、 嵌入式系统中的section

  在讲linker文件往日,豹哥必须先跟大家清理一个嵌入式系统中很关键的概念-section。那么什么样是section?大家写的C或者汇编source文件里都是种种应用代码,那几个代码按职能可以分为很多品类,比如常量、变量、函数、堆栈等,而同等档次的代码的成团便是一个section,链接器在链接时协会数量的为主单元便是section。那么一个压倒一切的嵌入式系统中到底有些许种section呢?上边列出了IAR里默认的持有section,那个常见section在连续介绍linker文件里会被波及。

//常见Section
.bss                 // Holds zero-initialized static and global variables.
CSTACK               // Holds the stack used by C or C++ programs.
.data                // Holds static and global initialized variables.
.data_init           // Holds initial values for .data sections when the linker directive initialize is used.
HEAP                 // Holds the heap used for dynamically allocated data.
.intvec              // Holds the reset vector table
.noinit              // Holds __no_init static and global variables.
.rodata              // Holds constant data.
.text                // Holds the program code.
.textrw              // Holds __ramfunc declared program code.
.textrw_init         // Holds initializers for the .textrw declared section.

//较冷僻Section
.exc.text            // Holds exception-related code.
__iar_tls.$$DATA     // Holds initial values for TLS variables.
.iar.dynexit         // Holds the atexit table.
.init_array          // Holds a table of dynamic initialization functions.
IRQ_STACK            // Holds the stack for interrupt requests, IRQ, and exceptions.
.preinit_array       // Holds a table of dynamic initialization functions.
.prepreinit_array    // Holds a table of dynamic initialization functions.
Veneer$$CMSE         // Holds secure gateway veneers.

//更冷僻Section
.debug               // Contains debug information in the DWARF format
.iar.debug           // Contains supplemental debug information in an IAR format
.comment             // Contains the tools and command lines used for building the file
.rel or .rela        // Contains ELF relocation information
.symtab              // Contains the symbol table for a file
.strtab              // Contains the names of the symbol in the symbol table
.shstrtab            // Contains the names of the sections.

Note:上述section的详细解释请查阅IAR软件安装目录下\IAR
Systems\Embedded Workbench
xxx\arm\doc\EWARM_DevelopmentGuide.ENU.pdf文档里的Section
reference一节。

二、解析linker文件

  知道了section概念,那便可起首深切了然linker文件,什么是linker文件?linker文件是按IDE规定的语法写成的用来提醒链接器分配各section在嵌入式系统存储器中存放地点的文件。大家都了然嵌入式系统存储着首要分为两类:ROM(非易失性),RAM(易失性),所以相应的这一个section依照存放的存储器地方不一样也分为两类性质:readonly,
readwrite。实际上linker文件的干活就是将readonly
section放进ROM,readwrite section放进RAM。
  那么究竟该怎么编写工程的linker文件呢?正如前方所言,linker文件也是有语法的,而且那语法是由IDE指定的,所以必须要先了然IDE制定的语法规则,linker文件语法规则绝对简便易行,最常用的严重性字就是之类8个:

// 动词类关键字
define                // 定义各种空间范围、长度
initialize            // 设置section初始化方法
place in              // 放置section于某region中(具体地址由链接器分配)
place at              // 放置section于某绝对地址处

// 名词类关键字
symbol                // 各种空间范围、长度的标识
memory                // 整个ARM内存空间的标识
region                // 在整个ARM内存空间中划分某region空间的标识
block                 // 多个section的集合块的标识

Note:上述linker语法的详尽表达请查阅IAR软件安装目录下\IAR
Systems\Embedded Workbench
xxx\arm\doc\EWARM_DevelopmentGuide.ENU.pdf文档里的The linker
configuration file一节。

  到这边大家早已足以早先喜欢地写linker文件了,是否有点等不及了?来吗,只需要三步走,Let’s
do it。
  此处假若MCU物理空间为:ROM(0x0 – 0x1ffff)、RAM(0x10000000 –
0x1000ffff),豹哥要写的linker须求如下:

  • 暂停向量表必须放置于ROM开首地址0x0,且必须256字节对齐
  • STACK大小为8KB,HEAP大小为1KB,且必须8字节对齐
  • SATCK必须放置在RAM伊始地址0x10000000
  • 其余section放置在不利的region里,具体空间由链接器自动分配

2.1 定义物理空间

  第一步大家先定义3块互不重叠的半空中ROM_region、RAM_region、STACK_region,其中ROM_region对应的是忠实的ROM空间,RAM_region和STACK_region组合成真实的RAM空间。

// 定义物理空间边界
define symbol __ICFEDIT_region_ROM_start__ = 0x00000000;
define symbol __ICFEDIT_region_ROM_end__   = __ICFEDIT_region_ROM_start__ + (128*1024 - 1);
define symbol __ICFEDIT_region_RAM_start__ = 0x10000000;
define symbol __ICFEDIT_region_RAM_end__   = __ICFEDIT_region_RAM_start__ + (64*1024 - 1);
define symbol __ICFEDIT_intvec_start__     = __ICFEDIT_region_ROM_start__;

// 定义堆栈长度
define symbol __ICFEDIT_size_cstack__      = (8*1024);
define symbol __ICFEDIT_size_heap__        = (1*1024);

// 定义各region具体空间范围
define memory mem with size = 4G;
define region ROM_region    = mem:[from __ICFEDIT_region_ROM_start__ to __ICFEDIT_region_ROM_end__];
define region STACK_region  = mem:[from __ICFEDIT_region_RAM_start__ to  __ICFEDIT_region_RAM_start__ + __ICFEDIT_size_cstack__ - 1];
define region RAM_region    = mem:[from __ICFEDIT_region_RAM_start__ + __ICFEDIT_size_cstack__  to __ICFEDIT_region_RAM_end__];

2.2 定义section集合

  第二步是自定义section集合块,细心的恋人可以看到右侧花括号里含有的都是上一节介绍的连串默许section,大家会把装有同样属性的section集合成到一个block里,方便下一步的放置工作。

// 定义堆栈块及其属性
define block CSTACK    with alignment = 8, size = __ICFEDIT_size_cstack__   { };
define block HEAP      with alignment = 8, size = __ICFEDIT_size_heap__     { };

// 定义section集合块
define block Vectors with alignment=256 { readonly section .intvec };
define block CodeRelocate               { section .textrw_init };
define block CodeRelocateRam            { section .textrw };
define block ApplicationFlash           { readonly, block CodeRelocate };
define block ApplicationRam             { readwrite, block CodeRelocateRam, block HEAP };

  有对象可能会疑窦,为啥要定义CodeRelocate、CodeRelocateRam那七个block?按道理说那多个block对应的section可以分级放进ApplicationFlash和ApplicationRam,这干什么多此一举?仔细阅读过豹哥前一篇文章source文件详解的恋人一定就知晓答案了,在那篇作品里介绍的startup.c文件里有一个叫init_data_bss()的函数,那几个函数会形成开头化CodeRelocateRam块的效益,它找寻的就是CodeRelocate段名字,这几个名字比系统默许的textrw名字看起来更清晰易懂。

2.3 安置section集合

  第三步便是处理放置那么些section集合块了,在停放集合块从前还有initialize
manually语句,为啥会有那么些话语?仍旧得结合前面提及的startup.c文件里的init_data_bss()函数来说,这一个函数是开发者自己已毕的data,bss段的初步化,所以那里要求通告IDE,你不必要再帮我做开始化工作了。

// 设置初始化方法
initialize manually { readwrite };
initialize manually { section .data};
initialize manually { section .textrw };
do not initialize   { section .noinit };

// 放置section集合块
place at start of ROM_region { block Vectors };
//place at address mem:__ICFEDIT_intvec_start__ { block Vectors };
place in ROM_region          { block ApplicationFlash };
place in RAM_region          { block ApplicationRam };
place in STACK_region        { block CSTACK };

  当然如若您期望IDE帮你活动初始化data,bss,textrw段,那么可以用上边语句替换initialize
manually语句。

initialize by copy { readwrite, section .textrw };

  设置好初始化方法后,便是停放section集合块了,放置格局首要有两种,place
in和place
at,前者用于指定空间块放置(不点名具体地址),后者是指定具体地址放置。

  至此一个基本的linker文件便马到功成了,是还是不是so easy?

番外一、自定义section

  有耐心看到那里的仇敌,豹哥必须得放个大招奖励一下,前边讲的都是怎么处理系统默许段,那么有没有可能在代码里自定义段呢?想象一下你有这么的要求,你要求在您的选取里开发一块1KB的可更新的数据区,你想把这一个数据区指定到地址0x18000

  • 0x183ff的范围内,你要求在动用里定义4 Byte的只读config
    block常量指向这么些可更新数据区首地址(那段config
    block只会被外表debugger或者bootloader更新),如何已毕?

    // C文件中
    /////////////////////////////////////////////////////
    // 用@操作符指定变量myConfigBlock[4]放进自定义.myBuffer section
    const uint8_t myConfigBlock[4] @ “.myBuffer” = {0x00, 0x01, 0x02, 0x03};

    // Linker文件中
    /////////////////////////////////////////////////////
    // 自定义指定的mySection_region,并把.myBuffer放到那一个region
    define region mySection_region = mem:[from 0x0x18000 to 0x183ff];
    place at start of mySection_region { readonly section .myBuffer };

  上边做到了将代码中的常量放入自定义段?,那么怎么将代码中的函数也放进自定义段呢?继续看下来

// C文件中
/////////////////////////////////////////////////////
// 用#pragma location指定函数myFunction()放进自定义.myTask section
#pragma location = ".myTask"
void myFunction(void)
{
    __NOP();
}

// Linker文件中
/////////////////////////////////////////////////////
// 把.myTask放到mySection_region
place in mySection_region { readonly section .myTask };

  看起来水到渠成了,最终还有一个注意事项,假如myConfigBlock在代码中尚无被引用,IDE在链接的时候可能会忽略那几个变量(IDE认为它没用,所以优化了),那么怎么让IDE强制链接myConfigBlock呢?IAR留了个后门,在options->Linker->Input选项卡中的Keep
symbols输入框里填入你想强制链接的对象名(注意是代码中的对象名,而非linker文件中的自定义段名)即可。

Note:关于番外内容的越来越多细节请查阅IAR软件设置目录下\IAR
Systems\Embedded Workbench
xxx\arm\doc\EWARM_DevelopmentGuide.ENU.pdf文档里的Pragma
directives一节。

  至此,嵌入式开发里的linker文件豹哥便介绍落成了,掌声在什么地方~~~