求职笔记 . MCU. 链接脚本

链接脚本的作用

链接脚本（Linker Script）的作用解析
链接脚本是编译链接阶段的核心配置文件，用于指导链接器（如 GNU ld）如何组织目标文件（.o）的代码和数据，生成最终的可执行文件或固件映像。其核心作用可分为以下五大方面：

定义内存布局（Memory Regions）
链接脚本通过划分物理存储区域，明确代码和数据的存放位置，例如：

嵌入式系统：
- FLASH 存储代码（.text）和只读数据（.rodata）。
- RAM 存储变量（.data、.bss）和运行时堆栈。

示例代码：

MEMORY {
    FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 256K 
    RAM (rwx)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K 
}

控制段（Sections）的合并与分配

段合并：将多个目标文件的同名段（如 .text、.data）合并为单一连续块。

段分配：指定段所属的内存区域，例如：

SECTIONS {
    .text : { *(.text*) } > FLASH   /* 代码段存入 FLASH */
    .data : { *(.data*) } > RAM AT> FLASH  /* 初始值在 FLASH，运行时在 RAM */
}

符号地址与入口点定义

符号定义：生成全局符号供程序使用，例如代码起始地址 _etext：
ld
```
_etext = .;   /* 定义 .text 段的结束地址 */
```
在 C 代码中可通过 extern char _etext; 访问。
入口点设置：指定程序启动地址（如复位向量 Reset_Handler）：
ld
```
ENTRY(Reset_Handler)
```

优化存储布局与性能

对齐优化：通过 ALIGN 指令对齐段地址，提升内存访问效率。

.bss : {
    . = ALIGN(4);  /* 4 字节对齐 */
    *(.bss*)
} > RAM

填充与压缩：通过 FILL 或 OVERLAY 减少存储空间浪费。

支持硬件特性与启动流程

中断向量表定位：确保向量表位于设备要求的固定地址（如 Cortex-M 的 0x00000000）。
ld
```
.isr_vector : {
    KEEP(*(.isr_vector))  /* 强制保留向量表 */
} > FLASH
```
启动代码配置：初始化数据段（.data）和清零 BSS 段（.bss），需与启动文件（startup_*.s）配合。

实例分析


/* Entry Point */
ENTRY(Reset_Handler)

/* Highest address of the user mode stack */
_estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM); /* end of "RAM" Ram type memory */

_Min_Heap_Size = 0x0; /* required amount of heap */
_Min_Stack_Size = 256; /* required amount of stack */

/* Memories definition */
MEMORY
{
  RAM    (xrw)    : ORIGIN = 0x20000000,   LENGTH = 16K
  FLASH    (rx)    : ORIGIN = 0x8000000,   LENGTH = 128K
}

/* Define output sections */
SECTIONS
{
  /* The startup code goes first into FLASH */
  .isr_vector (READONLY):
  {
    . = ALIGN(4);
    KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
    . = ALIGN(4);
  } >FLASH

  /* The program code and other data goes into FLASH */
  .text (READONLY):
  {
    . = ALIGN(4);
    *(.text)           /* .text sections (code) */
    *(.text*)          /* .text* sections (code) */
    *(.glue_7)         /* glue arm to thumb code */
    *(.glue_7t)        /* glue thumb to arm code */
    *(.eh_frame)

    KEEP (*(.init))
    KEEP (*(.fini))

    . = ALIGN(4);
    _etext = .;        /* define a global symbols at end of code */
  } >FLASH

  /* Constant data goes into FLASH */
  .rodata (READONLY):
  {
    . = ALIGN(4);
    *(.rodata)         /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
    *(.rodata*)        /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
    . = ALIGN(4);
  } >FLASH

  .ARM.extab   (READONLY): { *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*) } >FLASH
  .ARM (READONLY): {
    __exidx_start = .;
    *(.ARM.exidx*)
    __exidx_end = .;
  } >FLASH

  .preinit_array    (READONLY)  :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
    KEEP (*(.preinit_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
  } >FLASH
  .init_array(READONLY)  :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
    KEEP (*(.init_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
  } >FLASH
  .fini_array (READONLY) :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.fini_array.*)))
    KEEP (*(.fini_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
  } >FLASH

  /* used by the startup to initialize data */
  _sidata = LOADADDR(.data);

  /* Initialized data sections goes into RAM, load LMA copy after code */
  .data : 
  {
    . = ALIGN(4);
    _sdata = .;        /* create a global symbol at data start */
    *(.data)           /* .data sections */
    *(.data*)          /* .data* sections */

    . = ALIGN(4);
    _edata = .;        /* define a global symbol at data end */
  } >RAM AT> FLASH

  
  /* Uninitialized data section */
  . = ALIGN(4);
  .bss :
  {
    /* This is used by the startup in order to initialize the .bss secion */
    _sbss = .;         /* define a global symbol at bss start */
    __bss_start__ = _sbss;
    *(.bss)
    *(.bss*)
    *(COMMON)

    . = ALIGN(4);
    _ebss = .;         /* define a global symbol at bss end */
    __bss_end__ = _ebss;
  } >RAM

  /* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */
  ._user_heap_stack :
  {
    . = ALIGN(8);
    PROVIDE ( end = . );
    PROVIDE ( _end = . );
    . = . + _Min_Heap_Size;
    . = . + _Min_Stack_Size;
    . = ALIGN(8);
  } >RAM

  

  /* Remove information from the standard libraries */
  /DISCARD/ :
  {
    libc.a ( * )
    libm.a ( * )
    libgcc.a ( * )
  }

  .ARM.attributes 0 : { *(.ARM.attributes) }
}

以下是针对 gd32f350.ld 链接脚本的逐段分析，按代码顺序解释其作用：

1. 入口点定义

ENTRY(Reset_Handler)

作用：指定程序的入口点为 Reset_Handler，这是芯片复位后执行的第一条指令（通常位于启动文件 startup_*.s 中）。

2. 栈顶地址定义

_estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM); /* end of "RAM" */

作用：定义用户模式栈的初始栈顶地址为 RAM 的末尾（最高地址）。栈从高地址向低地址增长。

3. 堆栈最小大小

_Min_Heap_Size = 0x0;   /* 堆的最小大小（未启用堆） */
_Min_Stack_Size = 256;   /* 栈的最小大小（256字节） */

说明：堆未启用（0x0），栈保留 256 字节空间，供中断和函数调用使用。

4. 存储器区域定义

MEMORY {
  RAM    (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 16K
  FLASH  (rx)  : ORIGIN = 0x8000000,  LENGTH = 128K
}

RAM：起始地址 0x20000000，长度 16KB，可执行（x）、可读（r）、可写（w）。
FLASH：起始地址 0x08000000（注意 0x8000000 可能为笔误，通常 Cortex-M 的 FLASH 基址为 0x08000000），长度 128KB，可读（r）、可执行（x）。

5. 段（SECTIONS）分配

5.1 中断向量表

.isr_vector (READONLY) {
  . = ALIGN(4);
  KEEP(*(.isr_vector)) /* 中断向量表 */
  . = ALIGN(4);
} >FLASH

作用：将 .isr_vector 段（中断向量表）放置在 FLASH 的起始位置，强制 4 字节对齐。
KEEP：确保该段不被链接器优化删除。

5.2 程序代码段

.text (READONLY) {
  . = ALIGN(4);
  *(.text)        /* 代码段 */
  *(.text*)       /* 其他代码段（如内联函数） */
  *(.glue_7)      /* ARM/Thumb 代码粘合 */
  *(.glue_7t)
  *(.eh_frame)    /* 异常处理框架（C++） */
  KEEP(*(.init))  /* 初始化代码 */
  KEEP(*(.fini))  /* 终止代码 */
  . = ALIGN(4);
  _etext = .;     /* 代码段结束地址 */
} >FLASH

作用：存放所有代码（.text）、ARM/Thumb 粘合代码、C++ 异常处理框架等。
_etext：符号标记代码段结束，用于后续数据初始化。

5.3 只读数据段

.rodata (READONLY) {
  . = ALIGN(4);
  *(.rodata)      /* 只读数据（如常量字符串） */
  *(.rodata*)     /* 其他只读数据 */
  . = ALIGN(4);
} >FLASH

作用：存放只读常量数据，如全局常量、字符串等。

5.4 ARM 异常处理段

.ARM.extab (READONLY) { *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*) } >FLASH
.ARM (READONLY) {
  __exidx_start = .;
  *(.ARM.exidx*)
  __exidx_end = .;
} >FLASH

作用：
- .ARM.extab：存放异常展开信息（用于 C++ 异常）。
- .ARM.exidx：存放异常索引表，__exidx_start 和 __exidx_end 标记其范围。

5.5 初始化/终止函数数组

.preinit_array (READONLY) {
  PROVIDE_HIDDEN(__preinit_array_start = .);
  KEEP(*(.preinit_array*))
  PROVIDE_HIDDEN(__preinit_array_end = .);
} >FLASH

.init_array (READONLY) {
  PROVIDE_HIDDEN(__init_array_start = .);
  KEEP(*(SORT(.init_array.*)))
  KEEP(*(.init_array*))
  PROVIDE_HIDDEN(__init_array_end = .);
} >FLASH

.fini_array (READONLY) {
  PROVIDE_HIDDEN(__fini_array_start = .);
  KEEP(*(SORT(.fini_array.*)))
  KEEP(*(.fini_array*))
  PROVIDE_HIDDEN(__fini_array_end = .);
} >FLASH

作用：存放全局构造函数（.init_array）和析构函数（.fini_array）的指针数组。
PROVIDE_HIDDEN：生成隐藏符号，避免与其他同名符号冲突。

5.6 初始化数据段

_sidata = LOADADDR(.data); /* .data 的加载地址（FLASH） */

.data {
  . = ALIGN(4);
  _sdata = .;        /* 数据段起始地址（RAM） */
  *(.data)           /* 已初始化全局变量 */
  *(.data*)
  . = ALIGN(4);
  _edata = .;        /* 数据段结束地址（RAM） */
} >RAM AT> FLASH

作用：已初始化的全局变量存储在 RAM 中，但其初始值保存在 FLASH 中。
>RAM AT> FLASH：运行时地址（VMA）在 RAM，加载地址（LMA）在 FLASH。
启动代码需将 _sidata（FLASH 中的初始值）复制到 _sdata（RAM 中的目标地址）。

5.7 未初始化数据段（BSS）

.bss {
  _sbss = .;         /* BSS 段起始地址 */
  __bss_start__ = _sbss;
  *(.bss)            /* 未初始化全局变量 */
  *(.bss*)
  *(COMMON)          /* 未初始化的全局变量（C 语言） */
  . = ALIGN(4);
  _ebss = .;         /* BSS 段结束地址 */
  __bss_end__ = _ebss;
} >RAM

作用：未初始化的全局变量和静态变量在此段分配，启动代码需将 _sbss 到 _ebss 的内存清零。

5.8 用户堆栈区域

._user_heap_stack {
  . = ALIGN(8);
  PROVIDE(end = .);      /* 堆起始地址 */
  PROVIDE(_end = .);
  . += _Min_Heap_Size;   /* 保留堆空间（此处为 0） */
  . += _Min_Stack_Size;  /* 保留栈空间（256字节） */
  . = ALIGN(8);
} >RAM

作用：在 RAM 末尾保留堆和栈空间。由于 _Min_Heap_Size = 0，此处仅保留 256 字节栈空间。

5.9 丢弃标准库段

/DISCARD/ {
  libc.a (*)
  libm.a (*)
  libgcc.a (*)
}

作用：禁止链接标准库（libc、libm、libgcc），通常用于减少代码体积或自定义库实现。

5.10 ARM 属性段

.ARM.attributes 0 : { *(.ARM.attributes) }

作用：存放 ARM 架构相关属性信息（非运行必需，通常用于调试）。

总结

此链接脚本为 GD32F350 微控制器定制，主要功能包括：

将中断向量表和代码段放置在 FLASH 起始位置。
已初始化数据（.data）从 FLASH 加载到 RAM。
未初始化数据（.bss）在 RAM 中分配并清零。
在 RAM 末尾保留栈空间。
禁用标准库以减少体积。

启动代码需完成以下任务：

复制 .data 段从 FLASH 到 RAM。
清零 .bss 段。
初始化堆栈指针为 _estack。

链接脚本的作用 ​

实例分析 ​

1. 入口点定义 ​

2. 栈顶地址定义 ​

3. 堆栈最小大小 ​

4. 存储器区域定义 ​

5. 段（SECTIONS）分配 ​

5.1 中断向量表 ​

5.2 程序代码段 ​

5.3 只读数据段 ​

5.4 ARM 异常处理段 ​

5.5 初始化/终止函数数组 ​

5.6 初始化数据段 ​

5.7 未初始化数据段（BSS） ​

5.8 用户堆栈区域 ​

5.9 丢弃标准库段 ​

5.10 ARM 属性段 ​

总结 ​