第13课.代码重定位

痴心易碎 提交于 2020-01-11 18:40:33

1.重定位的引入

NOR FLASH 可以像内存一样的读,但不能像内存一样的写。无法直接去修改全局变量和静态变量
NAND FLASH 把前面4k的代码放入SRAM。如果程序大于4k时,前面4k的代码需要把整个程序读出来
针对以上情况,引入重定位

程序结构

代码段:text
数据段(全局变量):data
只读全局变量(const):rodata
初始值为0,或者无初始值的全局变量:bss
注释段:common

注:

bss和common段不保存在bin中

2.连接脚本的改进

SECTIONS {
...
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
  { contents } >region :phdr =fill
...
}

secname和contents是必须的,其他可选
secname:段名,用来命名此段
contents:决定哪些内容放在本段,可以是整个目标文件(.o)也可以是目标文件中的某段(代码段,数据段等)。start.o或者这样start.o *(.text)
start:是段的重定位地址,即本段运行的地址。如果代码中有位置无关指令,程序运行时这个段必须放在这个地址上。start可以用在任意一种描述地址的符号来描述
BLOCK(align)指定快对齐。比如,前面一个段从0x30000000到0x300003F1此处标记ALIGN(4),表示此处最小占用4Bytes,即使下一个段是紧挨这个段,那么下一个段的起始位置(也就是运行地址)为0x0x300003F4。
NOLOAD:告诉加载器程序运行时不加载该段到内存
AT(ldadr):定义本段存储的地址,如果不使用这个选项,则加载地址等于运行地址,通过这个选项可以控制隔断分别保存于输出文件中不同的位置。

3.简单链接脚本讲解

Makefile

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

1.使用链接脚本时,它将所以的.o文件生成了一个.elf格式的文件。含有地址信息(load addr)
2.使用加载器。把elf文件读入内存(读到load addr)
    对裸板,加载器是JTAG调试工具
    对APP,加载器也是APP
3.运行
4.如果load addr != runtime addr程序本身要重定位

4.通过汇编来实现重定位

重定位的流程

1.代码被编译成一个bin文件
2.bin文件烧写到flash中
3.flash中的代码被重定位(拷贝)到sdram中
启动开发板时,代码先从flash上运行

重定位的两种方式

A.只重定位数据段(适用于单片机)

说明:

代码段和数据段运行时的地址是分开的
代码段运行时的地址是 0
数据段运行时的地址是 0x30000000

Makefile

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

sdram.lds

SECTIONS{
    .text 0 : {*(.text)}
    .rodata : {*(.rodata)}
    .data 0x30000000 : AT(0x800)
    {
        data_load_addr = LOADADDR(.data);
        . = ALIGN(4);
        data_start = . ;
        *(.data)
        data_end = . ;
    }

    . = ALIGN(4);
    bss_start = .;
    .bss : {*.(bss) *(.COMMON)}
    bss_end = .;
}

start.S

    bl sdram_init    /*    初始化sdram    */

    /*  重定位data段    */
    ldr r1, =data_load_addr
    ldr r2, =data_start
    ldr r3, =data_end

cpy:
    ldr r4, [r1]
    str r4, [r2]
    add r1, r1, #4
    add r2, r2, #4
    cmp r2, r3
    ble cpy         /*  小于或等于跳转 */

    /*  清楚bss段  */
    ldr r1, =bss_start
    ldr r2, =bss_end
    mov r3, #0

clean:
    str r3, [r1]
            add r1, r1, #4
    cmp r1, r2
    ble clean

B.重定位整个程序(常用)

说明:

代码段和数据段是一体的

注意事项

1.链接脚本中指定runtime addr为SDRAM
2.重定位之前的代码与位置无关(此时代码在flash上运行),用位置无关码写成
注:重定位拷贝代码后应该有两份代码,一份在flash中,一份在SDRAM中

sdram.lds

SECTIONS{
    . = 0x30000000;
    
    __code_start = .;
    . = ALIGN(4);
    .text : {*(.text)}
    
    . = ALIGN(4);
    .rodata : {*(.rodata)}
    
    . = ALIGN(4);
    .data : {*(.data)}
    
    . = ALIGN(4);
    __bss_start = .;
    .bss : { *(.bss) *(.COMMON) }
    _end = .;
}

start.S

    bl sdram_init

    /*  重定位text, rodata, data段  */
    mov r1, #0
    ldr r2, =_start
    ldr r3, =_bss_start

cpy:
    ldr r4, [r1]
    str r4, [r2]
    add r1, r1, #4
    add r2, r2, #4
    cmp r1, r2
    ble cpy

    /*  清楚bss段  */
    ldr r1, =_bss_start
    ldr r2, = _end
    mov r3, #0

clean:
    str r3, [r1]
    add r1, r1, #4
    cmp r1, r2
    ble clean

5.相对跳转,绝对跳转

相对跳转:b/bl
说明:相对跳转,它是相对于当前运行时所处的环境而言的。比如说现在在NorFlash运行代码,则会跳到NorFlash上去执行代码。而不会去SDRAM上去执行代码
eg:
    bl main

绝对跳转:ldr pc, =???
当NorFlash上完成了SDRAM的初始化和重定位后,就可以使用绝对跳转。使程序从NorFlash上跳转到SDRAM上。
eg:
    ldr pc, =main

图解

注释:
    黑色为相对跳转
    红色为绝对跳转

注意事项

重定位之前,不可使用绝对地址,即不可访问全局变量,静态变量,不可访问有初始值的数组。因为这些放在data段。

6.c语言来实现SDRAM重定位

知识补充

1.C程序中不保存lds文件中的变量
2.借助symbol table保存lds文件中的变量,使用时加上"&"得到它的地址从而得到它的值

start.S

/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram

/* 清除BSS段 */
bl clean_bss

init.c

void copy2sdram(void)
{
    extern int __code_start, __bss_start;

    volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start;
    volatile unsigned int *end  = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
    volatile unsigned int *src = 0;
    
    while(dest < end)
    {
        *dest++ = *src++;
    }
}

void clean_bss(void)
{
    extern int _end, __bss_start;

    volatile unsigned int *start  = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
    volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&_end;

    while(start < dest)
    {
        *start++ = 0;
    }
}
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