ARM連接器-ARM映像文件

1、ARM連接器-ARM映像文件 1 第11章 ARM連接器 11.1 ARM映像文件 ARM中各種源文件(包括匯編程序、C語(yǔ)言程 序以及C+程序)經(jīng)過(guò)ARM編譯器編譯后生 成ELF格式的目標(biāo)文件。這些目標(biāo)文件和相 應(yīng)的C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)經(jīng)過(guò)ARM連接器處理后， 生成ELF格式的映像文件(image)。這種ELF 格式的映像文件可以被寫(xiě)入嵌入設(shè)備的ROM 中。 本節(jié)介紹這種ELF格式的映像文件的結(jié)構(gòu)。 ARM連接器-ARM映像文件 2 本小節(jié)介紹本小節(jié)介紹ARM映像文件的組成部分，映像文件的組成部分， 以及這些組成部分的地址映射方式。以及這些組成部分的地址映射方式。 1. ARM映像文件的組成部分映

2、像文件的組成部分 2. ARM映像文件各組成部分的地映像文件各組成部分的地 址映射址映射 ARM連接器-ARM映像文件 3 1. ARM映像文件中的兩類入口點(diǎn) 2. 定義初始入口點(diǎn) 3. 普通入口點(diǎn)的用法 ARM連接器-ARM映像文件 4 通常情況下，一個(gè)輸出段中各輸入段的排列順序是由通常情況下，一個(gè)輸出段中各輸入段的排列順序是由 下面幾個(gè)因素決定的。用戶也可以通過(guò)連接選項(xiàng)下面幾個(gè)因素決定的。用戶也可以通過(guò)連接選項(xiàng)-first 和和-last來(lái)改變這些規(guī)則。來(lái)改變這些規(guī)則。 輸入段的屬性。 輸入段的名稱。 各輸入段在連接命令行的輸入段列表中的排列順序。 按照輸入段的屬性，其排列順序如下所示：按

3、照輸入段的屬性，其排列順序如下所示： 只讀的代碼段。 只讀的數(shù)據(jù)段。 可讀寫(xiě)的代碼段。 其他已經(jīng)初始化的數(shù)據(jù)段。 未初始化的數(shù)據(jù)。 ARM連接器-ARM映像文件 5 11.2 ARM連接器介紹 ARM開(kāi)發(fā)包中包含了連接器開(kāi)發(fā)包中包含了連接器armlink，它將編，它將編 譯得到的譯得到的ELF格式的目標(biāo)文件以及相關(guān)的格式的目標(biāo)文件以及相關(guān)的 C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)進(jìn)行連接，生成相應(yīng)的結(jié)果文運(yùn)行時(shí)庫(kù)進(jìn)行連接，生成相應(yīng)的結(jié)果文 件。具體來(lái)說(shuō)，件。具體來(lái)說(shuō)，armlink可以完成以下操作：可以完成以下操作： 連接編譯后得到的目標(biāo)文件和相應(yīng)的C/C+運(yùn)行時(shí) 庫(kù)，生成可執(zhí)行的映像文件。 將一些目標(biāo)文件進(jìn)行連接

4、，生成一個(gè)新的目標(biāo)文件， 供將來(lái)進(jìn)一步連接時(shí)使用，這成為部分連接。 指定代碼和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置。 生成被連接文件的調(diào)試信息和相互間的引用信息。 ARM連接器-ARM映像文件 6 11.2 ARM連接器介紹 Armlink在進(jìn)行完全連接生成可執(zhí)行的映像文件時(shí)執(zhí)行下面的在進(jìn)行完全連接生成可執(zhí)行的映像文件時(shí)執(zhí)行下面的 操作。操作。 解析輸入的目標(biāo)文件之間的符號(hào)引用關(guān)系。 根據(jù)輸入目標(biāo)文件對(duì)C/C+函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，從C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)中提取 相應(yīng)模塊。 將個(gè)輸入段排序，組成相應(yīng)的輸出段。 刪除重復(fù)的調(diào)試信息段。 根據(jù)用戶指定的分組和定位信息，建立映像文件的地址映射關(guān)系。 重定位需要重定位的值。 生成可

5、執(zhí)行的映像文件。 Armlink在進(jìn)行部分連接生成新的目標(biāo)文件時(shí)執(zhí)行下面的操作。在進(jìn)行部分連接生成新的目標(biāo)文件時(shí)執(zhí)行下面的操作。 刪除重復(fù)的調(diào)試信息段。 最小化符號(hào)表的大小。 保留那些未被解析的符號(hào)。 生成新的目標(biāo)文件。 ARM連接器-ARM映像文件 7 11.3 ARM連接器生成的符號(hào) ARM連接器定義了一些符號(hào)，這些符號(hào)中都包含字符連接器定義了一些符號(hào)，這些符號(hào)中都包含字符 $。ARM連接器在生成映像文件時(shí)，用它們來(lái)代表映連接器在生成映像文件時(shí)，用它們來(lái)代表映 像文件中各域的起始地址以及存儲(chǔ)區(qū)域界限、各輸出像文件中各域的起始地址以及存儲(chǔ)區(qū)域界限、各輸出 段的起始地址以及存儲(chǔ)區(qū)域界限、各輸入

6、段的起始地段的起始地址以及存儲(chǔ)區(qū)域界限、各輸入段的起始地 址以及存儲(chǔ)區(qū)域界限。比如，址以及存儲(chǔ)區(qū)域界限。比如， Load$region_name$Base代表域代表域region_name加加 載時(shí)的起始地址；載時(shí)的起始地址；image$region_ name$Base代代 表域表域region_name運(yùn)行時(shí)的起始地址。運(yùn)行時(shí)的起始地址。 這些符號(hào)可以被匯編程序引用，用于地址重定位。這這些符號(hào)可以被匯編程序引用，用于地址重定位。這 些符號(hào)可以被些符號(hào)可以被C程序作為外部符號(hào)引用。程序作為外部符號(hào)引用。 所有這些符號(hào)，只有在其被應(yīng)用程序引用時(shí)，所有這些符號(hào)，只有在其被應(yīng)用程序引用時(shí)，ARM連

7、連 接器才會(huì)生成該符號(hào)。接器才會(huì)生成該符號(hào)。 ARM連接器-ARM映像文件 8 連接器生成的與域相關(guān)的符號(hào)如表連接器生成的與域相關(guān)的符號(hào)如表11.1所示。所示。 各符號(hào)的命名規(guī)則是：如果使用了地址映射配各符號(hào)的命名規(guī)則是：如果使用了地址映射配 置文件置文件(scatter文件文件)，該文件規(guī)定了映像文件，該文件規(guī)定了映像文件 中各域的名稱；如果未使用地址映射配置文件中各域的名稱；如果未使用地址映射配置文件 (scatter文件文件)，連接器按照下面的規(guī)則確定各，連接器按照下面的規(guī)則確定各 符號(hào)中的符號(hào)中的region_name： 對(duì)于只讀的域，使用名稱ER_RO。 對(duì)于可讀寫(xiě)的域，使用名稱ER

8、_RW。 對(duì)于使用0初始化的域，使用名稱ER_ZI。 ARM連接器-ARM映像文件 9 如果未使用地址映射配如果未使用地址映射配 置文件置文件(scatter文件文件)， 連接器生成的與輸出段連接器生成的與輸出段 相關(guān)的符號(hào)如相關(guān)的符號(hào)如 表表11.3所所 示；如果使用了地址映示；如果使用了地址映 射配置文件射配置文件(scatter文文 件件)，表，表11.3中所列的符中所列的符 號(hào)沒(méi)有意義，如果應(yīng)用號(hào)沒(méi)有意義，如果應(yīng)用 程序使用了這些符號(hào)將程序使用了這些符號(hào)將 可能得到錯(cuò)誤的結(jié)果，可能得到錯(cuò)誤的結(jié)果， 這時(shí)應(yīng)該使用上一小節(jié)這時(shí)應(yīng)該使用上一小節(jié) 中介紹的與域相關(guān)的符中介紹的與域相關(guān)的符 號(hào)。

9、號(hào)。 符號(hào)名稱含 義 Image $RO$Base RO輸出段運(yùn)行時(shí)起始地址 Image$RO$Limi t RO輸出段運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域界 限 Image $RW$Base RW輸出段運(yùn)行時(shí)起始地址 Image$RW$Limi t RW輸出段運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域界 限 Image $ZI$BaseZI輸出段運(yùn)行時(shí)起始地址 Image$ZI$LimitZI輸出段運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域界限 ARM連接器-ARM映像文件 10 ARM連接器為映像文件中的每一個(gè)輸入段生成兩個(gè)符連接器為映像文件中的每一個(gè)輸入段生成兩個(gè)符 號(hào)，如表號(hào)，如表11.4所示。所示。 符號(hào)名稱含 義 SectionNam e$Base Sect

10、ionName輸入段 運(yùn)行時(shí)起始地址 SectionNam e $Limit SectionName輸入段 運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域 界限 ARM連接器-ARM映像文件 11 11.4 連接器的優(yōu)化功能 ARM連接器的優(yōu)化功能主要包括刪除映像文件連接器的優(yōu)化功能主要包括刪除映像文件 中重復(fù)的部分以及插入小代碼段實(shí)現(xiàn)中重復(fù)的部分以及插入小代碼段實(shí)現(xiàn)ARM狀態(tài)狀態(tài) 到到Thumb狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及長(zhǎng)距離跳轉(zhuǎn)。具體介狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及長(zhǎng)距離跳轉(zhuǎn)。具體介 紹如下。紹如下。 1. 刪除重復(fù)的調(diào)試信息段刪除重復(fù)的調(diào)試信息段 2. 刪除重復(fù)的代碼段刪除重復(fù)的代碼段 3. 刪除未使用的段刪除未使用的段 4. 生成小代碼段生成小

11、代碼段(veneer) ARM連接器-ARM映像文件 12 11.5 運(yùn)行時(shí)庫(kù)的使用 ARM連接器使用連接器使用C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的基本步驟如運(yùn)行時(shí)庫(kù)的基本步驟如 下：下： ARM連接器-ARM映像文件 13 ARM中中C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)就是一些運(yùn)行時(shí)庫(kù)就是一些ELF格式的目標(biāo)文件的集合，格式的目標(biāo)文件的集合， 這些目標(biāo)文件是按照這些目標(biāo)文件是按照ar格式組織在一起的。格式組織在一起的。ARM連接器在使用連接器在使用 一般目標(biāo)文件和一般目標(biāo)文件和C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)時(shí)有所不同。其主要區(qū)別如下運(yùn)行時(shí)庫(kù)時(shí)有所不同。其主要區(qū)別如下 所示。所示。 在ARM連接器的輸入列表中的所用目標(biāo)文件將被無(wú)條件地包含到輸出

12、 的映像文件中，而不論該目標(biāo)文件是否被其他的目標(biāo)文件引用。 而連接器在使用C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)時(shí)，有所不同，主要遵守下面的規(guī)則： 如果在連接器的輸入列表中顯式地指定了C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的某成員， 則該成員將被無(wú)條件地包含到輸出的映像文件中，而不論該成員是 否被其他的目標(biāo)文件引用。 如果C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)中某成員被其他的目標(biāo)文件按nonweak方式引 用，或者被其他已經(jīng)被包含的C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)中的成員按nonweak 方式引用，則該C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)中的成員將會(huì)被包含到輸出的映像 文件中。 被按weak方式引用的C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)中的成員不會(huì)被包含到輸出的 映像文件中。 ARM連接器-ARM映像文件 14

13、可以通過(guò)下面可以通過(guò)下面3種方法來(lái)指定種方法來(lái)指定ARM標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)C/C+運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí) 庫(kù)的路徑。其中連接選項(xiàng)庫(kù)的路徑。其中連接選項(xiàng)-libpath指定的指定的ARM標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路徑優(yōu)先級(jí)高于使用環(huán)境變量運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路徑優(yōu)先級(jí)高于使用環(huán)境變量 ARMLIB指定的指定的ARM標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路徑。運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路徑。 使用連接選項(xiàng)-libpath來(lái)指定ARM標(biāo)準(zhǔn)C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路 徑。這時(shí)指定的是包含路徑armlib和cpplib的父路徑。 使用Code Warrior IDE中關(guān)于連接選項(xiàng)的控制面板來(lái)指定 ARM標(biāo)準(zhǔn)C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路徑。 使用環(huán)境變量ARMLIB來(lái)指定A

14、RM標(biāo)準(zhǔn)C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)的路 徑。這時(shí)ARMLIB被設(shè)置成包含路徑armlib和cpplib的父路 徑。 ARM連接器-ARM映像文件 15 適應(yīng)于不同的編譯選項(xiàng)和連接選項(xiàng)，適應(yīng)于不同的編譯選項(xiàng)和連接選項(xiàng)， 各各C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)具有不同的種類。運(yùn)行時(shí)庫(kù)具有不同的種類。 各種不同種類的各種不同種類的C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)是依運(yùn)行時(shí)庫(kù)是依 靠其名稱來(lái)識(shí)別的?？科涿Q來(lái)識(shí)別的。C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)運(yùn)行時(shí)庫(kù) 的命名格式如下所示。的命名格式如下所示。 root_. ARM連接器-ARM映像文件 16 在從上面的操作中得到需要使用的在從上面的操作中得到需要使用的C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)，運(yùn)行時(shí)庫(kù)， ARM連接器掃描這些連接

15、器掃描這些C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)，加載相應(yīng)的對(duì)運(yùn)行時(shí)庫(kù)，加載相應(yīng)的對(duì) 象，解析各目標(biāo)文件中的符號(hào)。具體操作步驟如下：象，解析各目標(biāo)文件中的符號(hào)。具體操作步驟如下： ARM連接器按順序掃描各C/C+運(yùn)行時(shí)庫(kù)，以完成所有的 nonweak方式的引用關(guān)系。這樣，如果有多個(gè)目標(biāo)可以滿 足引用關(guān)系，在排在前面的庫(kù)被使用。這是一個(gè)必須注意 的特點(diǎn)。 如果某個(gè)庫(kù)的成員滿足引用要求，該成員被加載，從而解 析了相應(yīng)的符號(hào)。該成員函數(shù)的引入也可能實(shí)現(xiàn)了weak方 式的引用。 在引入某個(gè)成員后，在解析了一些符號(hào)同時(shí)，可能帶來(lái)新 的需要解析的符號(hào)。 這種解析過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到解析完所有的符號(hào)，或者確 定某些符號(hào)不能被解析為

16、止。 ARM連接器-ARM映像文件 1711.6 從一個(gè)映像文件中使用 另一個(gè)映像文件中的符號(hào) 在在ARM中，從一個(gè)映像文件中訪問(wèn)另一個(gè)映像中，從一個(gè)映像文件中訪問(wèn)另一個(gè)映像 文件中的符號(hào)是通過(guò)文件中的符號(hào)是通過(guò)symdefs文件實(shí)現(xiàn)的。本文件實(shí)現(xiàn)的。本 節(jié)介紹這些相關(guān)的技術(shù)。節(jié)介紹這些相關(guān)的技術(shù)。 ARM連接器-ARM映像文件 18 symdefs文件是一種目標(biāo)文件。與普通的目標(biāo)文件不同的是，文件是一種目標(biāo)文件。與普通的目標(biāo)文件不同的是， 其中只包含了符號(hào)和其對(duì)應(yīng)的數(shù)值，沒(méi)有包含代碼和數(shù)據(jù)。其中只包含了符號(hào)和其對(duì)應(yīng)的數(shù)值，沒(méi)有包含代碼和數(shù)據(jù)。 一個(gè)一個(gè)symdefs文件通常包括文件通常包括3

17、部分：一個(gè)標(biāo)識(shí)符；可選的注釋部分：一個(gè)標(biāo)識(shí)符；可選的注釋 部分；包含符號(hào)和其對(duì)應(yīng)的數(shù)值的部分。下面是一個(gè)部分；包含符號(hào)和其對(duì)應(yīng)的數(shù)值的部分。下面是一個(gè)symdefs 文件的簡(jiǎn)單例子。它包括了一個(gè)文件的簡(jiǎn)單例子。它包括了一個(gè)symdefs文件通常包含的文件通常包含的3部部 分。分。 標(biāo)識(shí)符：標(biāo)識(shí)符： # 注釋：注釋： ; value type name, this is an added comment 1. 標(biāo)識(shí)符字符串 2. 注釋 3. 符號(hào)及其對(duì)應(yīng)的值 ARM連接器-ARM映像文件 19 在完成所有的其他連接操作后，在完成所有的其他連接操作后，ARM連接器可連接器可 以生成一個(gè)以生成一個(gè)s

18、ymdefs文件。對(duì)于部分連接和失文件。對(duì)于部分連接和失 敗的連接操作，敗的連接操作，ARM連接器不會(huì)產(chǎn)生連接器不會(huì)產(chǎn)生symdefs 文件。文件。 使用連接選項(xiàng)使用連接選項(xiàng)-symdefs 生成相應(yīng)的生成相應(yīng)的symdefs 文件時(shí)可以有下面兩種情況：文件時(shí)可以有下面兩種情況： 如果連接選項(xiàng)中指定的文件不存在，在ARM連接 器生成包括所有全局符號(hào)的symdefs文件。 如果連接選項(xiàng)中指定的文件已存在，則該文件的內(nèi) 容將限制ARM連接器生成的symdefs文件中包括那 些符號(hào)。 ARM連接器-ARM映像文件 20 使用使用symdefs文件的方法和使用普通的目標(biāo)文件相同，文件的方法和使用普通的

19、目標(biāo)文件相同， 將其作為輸入文件。將其作為輸入文件。ARM連接器從連接器從symdefs文件中提文件中提 取需要的符號(hào)及其相關(guān)信息，將這些信息加入到輸出取需要的符號(hào)及其相關(guān)信息，將這些信息加入到輸出 符號(hào)表中，這些符號(hào)具有符號(hào)表中，這些符號(hào)具有ABSOLUTE和和GLOBAL屬屬 性。性。ARM連接器像對(duì)待從其他目標(biāo)文件中提取的符號(hào)連接器像對(duì)待從其他目標(biāo)文件中提取的符號(hào) 一樣對(duì)待這些符號(hào)。一樣對(duì)待這些符號(hào)。 在從在從symdefs文件中提取符號(hào)及其相關(guān)信息時(shí)，在下文件中提取符號(hào)及其相關(guān)信息時(shí)，在下 列情況下，列情況下，ARM連接器認(rèn)為該符號(hào)為非法符號(hào)，將產(chǎn)連接器認(rèn)為該符號(hào)為非法符號(hào)，將產(chǎn) 生錯(cuò)

20、誤信息：生錯(cuò)誤信息： 該符號(hào)的某一列信息為空時(shí)。 該符號(hào)的某一列具有非法的數(shù)值時(shí)。 ARM連接器-ARM映像文件 21 11.7 隱藏或者重命名全局符號(hào) 本節(jié)介紹如何將輸出文件中的符號(hào)隱藏或者重本節(jié)介紹如何將輸出文件中的符號(hào)隱藏或者重 命名。這樣可以避免全局符號(hào)名稱沖突。命名。這樣可以避免全局符號(hào)名稱沖突。ARM 提供的提供的steering格式的文件就是用于這一目的。格式的文件就是用于這一目的。 ARM連接器-ARM映像文件 22 steering文件是一個(gè)文本文件，其格式如下：文件是一個(gè)文本文件，其格式如下： 第1個(gè)非空格字符為字符“#”或者“;”的行是注釋行， 注釋行是被作為空行來(lái)對(duì)待的

21、。 其中可以包含空行，以提高可讀性?？招袑⒈?ARM連接器忽略。 既非空行，也非注釋行的行，可以是一個(gè)完整的命 令，也可以是一個(gè)命令的一部分，因?yàn)橐粋€(gè)命令可 以跨多個(gè)行。 一個(gè)命令行的最后一個(gè)非空格字符如果為字符 “，”，表示下面的一行是本命令的續(xù)行部分。 ARM連接器-ARM映像文件 23 steering文件中的命令有操作碼和操作數(shù)文件中的命令有操作碼和操作數(shù) 組成。其中，操作碼是大小寫(xiě)無(wú)關(guān)的，操組成。其中，操作碼是大小寫(xiě)無(wú)關(guān)的，操 作數(shù)是大小寫(xiě)相關(guān)的。這些命令只對(duì)全局作數(shù)是大小寫(xiě)相關(guān)的。這些命令只對(duì)全局 符號(hào)有效，對(duì)于局部符號(hào)是無(wú)效的。符號(hào)有效，對(duì)于局部符號(hào)是無(wú)效的。 steering文

22、件中的命令包括：文件中的命令包括： RENAME(重命名)命令、HIDE (隱藏符 號(hào))命令和SHOW (顯示符號(hào))命令。 ARM連接器-ARM映像文件 24 11.8 ARM連接器命令行選項(xiàng) ARM連接器的命令行格式如下所示。連接器的命令行格式如下所示。 armlink -help -vsn -partial -output file -elf -ro-base address -ropi -rw-base address -rwpi -split -scatter file -debug|- nodebug -remove (RO/RW/ZI)|-noremove -entry locat

23、ion -keep section-id -first section-id -last section-id -libpath pathlist - scanlib|-noscanlib -locals|-nolocals -callgraph -info topics -map - symbols -symdefs file -edit file -xref -xreffrom object(section) -xrefto object(section) -errors file -list file -verbose -unmangled |-mangled - via file -s

24、trict -unresolved symbol input- ARM連接器-ARM映像文件 25 11.8 ARM連接器命令行選項(xiàng) 其中選項(xiàng)的含義及用法如下所示。其中選項(xiàng)的含義及用法如下所示。 1. help 2. vsn 3. partial 4. output file 5. elf 6. ro-base address 7. ropi 8. rw-base address 9. rwpi 10. split 11. scatter file 12. debug 13. nodebug 14. remove(RW/RO/ZI) 15. -unremove 16. entry locati

25、on 17. keep section-id 18. first section-id 19. last section-id ARM連接器-ARM映像文件 26 11.8 ARM連接器命令行選項(xiàng) 20. libpath pathlist 21. -scanlib 22. -noscanlib 23. -locals 24. -nolocals 25. -callgraph 26. info topics 27. -map 28. -symbols 29. symdefs file 30. edit file 31. xref 32. xreffrom object(section) 33.

26、xrefto object(section) 34. errors file 35. list file 36. verbose 37. unmangled 38. mangled 39. via file 40. strict 41. unresolved symbol 42. input- ARM連接器-ARM映像文件 27 11.9 使用scatter文件定義映像文件的地址映射 每個(gè)域可以包括多達(dá)每個(gè)域可以包括多達(dá)3個(gè)輸出段，每個(gè)輸出段是由具個(gè)輸出段，每個(gè)輸出段是由具 有相同屬性的若干輸入段組成。這樣在生成映像文件有相同屬性的若干輸入段組成。這樣在生成映像文件 時(shí)，時(shí)，ARM連接器就需要知道下述的信息。連接器就需要知道下述的信息。 分組信息 決定如何將各輸入段組織成相應(yīng)的輸出段和域。 定位信息 決定各域