U-BOOT之四：u-boot.lds分析

u-boot.lds决定了u-boot可执行映像的连接方式，以及各个段的装载地址（装载域）和执行地址（运行域）。

GNU官方网站上对.lds文件形式的完整描述：

SECTIONS{
...
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
{contents } >region :phdr=fill
...
}
secname和contents是必须的，前者用来命名这个段，后者用来确定代码中的什么部分放在这个段，以下是对这个描述中的一些关键字的解释。
secname：段名
contents：决定哪些内容放在本段，可以是整个目标文件，也可以是目标文件中的某段（代码段、数据段等）
start：是段的重定位地址，本段连接（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可以用任意一种描述地址的符号来描述。
AT（ldadr）：定义本段存储（加载）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各段分别保存于输出文件中不同的位置。
例：

/*nand.lds */
SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o}
second 0x30000000 : AT(4096) { main.o}
}
以上，head.o放在0x00000000地址开始处，init.o放在head.o后面，他们的运行地址也是0x00000000，即连接和存储地址相同（没有AT指定）；

main.o放在4096（0x1000，是AT指定的，存储地址）开始处，但它的运行地址在0x30000000，运行之前需要从0x1000（加载地址处）复制到0x30000000（运行地址处），此过程也就需要读取flash，把程序拷贝到相应位置才能运行。这就是存储地址和运行地址的不同，称为加载时域和运行时域，可以在.lds连接脚本文件中分别指定。

装载地址－－－》运行之前各段的地址

运行地址－－－》运行时各段的地址

编写好的.lds文件，在用arm-linux-ld连接命令时带-Tfilename来调用执行，如
arm-linux-ld-Tnand.lds x.o y.o -o xy.o。也用-Ttext参数直接指定连接地址，如
arm-linux-ld-Ttext 0x30000000 x.o y.o -oxy.o。
既然程序有了两种地址，就涉及到一些跳转指令的区别。
ARM汇编中，常有两种跳转方法：b跳转指令、ldr指令向PC赋值。
要特别注意这两条指令的意思：
（1）bstep：b跳转指令是相对跳转，依赖当前PC的值，偏移量是通过该指令本身的bit[23:0]算出来的，这使得使用b指令的程序不依赖于要跳到的代码的位置，只看指令本身。
（2）ldrpc, =step ：该指令是一个伪指令编译后会生成以下代码：
ldrpc,0x30008000
<0x30008000>
step是从内存中的某个位置（step）读出数据并赋给PC，同样依赖当前PC的值，但是偏移量是step的连接地址（运行时的地址），所以可以用它实现从Flash到RAM的程序跳转。
（3）此外，有必要回味一下adr伪指令，U-boot中那段relocate代码就是通过adr实现当前程序是在RAM中还是flash中：
relocate:/* 把U-Boot重新定位到RAM*/
adr r0, _start /* r0是代码的当前位置*/

/*adr伪指令，汇编器自动通过当前PC的值算出这条指令中"_start"的值，执行到_start时PC的值放到r0中：当此段在flash中执行时r0= _start = 0；当此段在RAM中执行时_start=_TEXT_BASE(在board/smdk2410/config.mk中指定的值为0x33F80000，即u-boot在把代码拷贝到RAM中去执行的代码段的开始)*/

ldrr1, _TEXT_BASE /* 测试判断是从Flash启动，还是RAM*/
/* 此句执行的结果r1始终是0x33FF80000，因为此值是链接指定的*/
cmpr0, r1 /* 比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位*/

 

下面是u-boot-1.3.4的u-boot.lds（/cpu/arm920t/），简单分析如下：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*指定输出可执行文件是elf格式,32位ARM指令,小端 */
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm","elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)   /* 指定输出文件的平台体系是ARM */
ENTRY(_start)             /*指定可执行映像文件的起始段的段名是_start*/
SECTIONS
{
/*指定可执行image文件的全局入口点，通常这个地址都放在ROM(flash)0x0位置。必须使编译器知道这个地址，通常都是修改此处来完成*/
. = 0x00000000;         /* 起始地址为0x00000000 */

. = ALIGN(4);             /* 字对齐，即就是4字节对齐*/
.text :                          /* 代码段*/
{
cpu/arm920t/start.o (.text)                  /* 代码段第一部分代码*/
board/fs2410/lowlevel_init.o (.text)     /* 代码段第二部分，这段由自己添加，由于在编译连接时发现，lowlevel_init.o代码段总是被连接在4kB之后，导致start.s执行到该段代码时，总是无法找到这段代码（注明：从nandflash启动才会存在这个问题）。*/
*(.text)                        /*其余代码段*/
}

. = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) } /* 只读数据段，所有的只读数据段都放在这个位置*/

. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }       /* 可读写数据段，所有的可读写数据段都放在这里*/

. = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }            /*指定got段,got段式是uboot自定义的一个段,非标准段*/

. = .;
__u_boot_cmd_start = .; /*把__u_boot_cmd_start赋值为当前位置,即起始位置*/
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } /* u_boot_cmd段，所有的u-boot命令相关的定义都放在这个位置，因为每个命令定义等长，所以只要以__u_boot_cmd_start为起始地址进行查找就可以很快查找到某一个命令的定义，并依据定义的命令指针调用相应的函数进行处理用户的任务*/
__u_boot_cmd_end = .;   /*u_boot_cmd段结束位置，由此可以看出，这段空间的长度并没有严格限制，用户可以添加一些u-boot的命令，最终都会在连接是存放在这个位置。*/

. = ALIGN(4);
__bss_start = .;               /*把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置*/
.bss (NOLOAD) : { *(.bss) } /*指定bss段，这里NOLOAD的意思是这段不需装载，仅在执行域中才会有这段*/
_end = .;                         /*把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置*/
}

      上面start.o中的代码装载地址和运行地址都为0x00000000,但是在start.o中会有一个u-boot自拷贝及重定位过程，start.o执行到最后时，整个u-boot已经被复制到了内存的TEXT_BASE(0x33f80000)位置，开始执行下面的跳转语句：
ldr pc, _start_armboot  /*将标号_start_armboot的值传给pc，实际上是将start_armboot函数的首地址传给pc但是此时的start_armboot应该是在内存中，因为start_armboot一定是在4kB之后，而nandflash4kB之后的代码是无法直接访问的，必须先读入内存。而这时候u-boot的代码已经被拷贝并重定位到内存中，所以此处加在到pc的地址应当是内存中的地址，即33f800之后的某一地址*/
_start_armboot: .word start_armboot