【Linux】制作U-Boot烧写镜像到SD卡的过程（中篇：LDS文件）

上一篇文章，讲述了制作U-Boot烧写镜像到SD卡的过程，其中运用make的方式来进行将.s文件编译成.bin文件，那make是什么意思？它主要实现了什么？

先讲一下，如果不采用make的方式该怎样实现这个过程。

准备工作

先准备两个.s文件，myboot.s和mylowlevel_init.s。为了使用讲解一下链接过程，本文故意将gpio_out和led2_on两个过程写在两个文件中。

myboot.s：

b reset			//8种异常的处理，都是跳转到reset
b reset
b reset
b reset
b reset
b reset
b reset

reset:
	bl gpio_out
	bl led2_on
	mov r0, r1				//5句无用代码
	mov r1, r2
	mov r2, r3
	mov r3, r4
	mov r4, r5
1:					//标号
	b 1b					//死循环

gpio_out:
	ldr r11, =0xE0200280			//获得寄存器地址
	ldr r12, =0x00001111			//配置成输出状态
	str r12, [r11]					//将r12寄存器的值放回r11

	ldr r11, =0xE0200284
	ldr r12, =0xF
	str r12, [r11]
	mov pc, lr

mylowlevel_init.s：

.globl led2_on
led1_on:
	ldr r11, =0xE0200284
	ldr r12, [r11]
	bic r12, r12, #(1<<1)			//将r12的第二位清零，回写到r12
	str r12, [r11]
	mov pc, lr

下面就先将.s文件汇编成.o文件，利用arm-linux-gcc命令。

arm-linux-gcc -c mystart.s
arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s

那么两个.o文件怎么链接成一个可执行文件呢？

.o链接成可执行文件

LDS文件

当对一个.c文件进行处理，经过预编译、编译、汇编后，最终会生成.o文件。最后一步，将所有的.o文件进行链接，从而生成最终的可执行文件。

那么如何进行链接呢？

汇编后的.o文件会由好多段（section）组成，其中最基本的段就是：bss段，data段和text段。这些段的含义如下：

• bss段：bss段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，属于静态内存分配；
• data段：数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域，属于静态内存分配；
• text段：代码段（code segment/text segment）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读（某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序）。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。

在链接的过程中，当然不会喜欢将这些段直接拼接，而是希望它们按种类进行分别拼接，也就是说：

对于标准C程序而言，链接是固定的。它是ld调用一个缺省的链接脚本来完成的。因此对于一般的应用开发者，几乎感觉不到ld以及链接脚本的存在。

但是如果在一些特殊情况下，主要是底层非操作系统程序。里面很多代码，特别是汇编代码。必须要链接到指定的位置。而且这个时候的程序入口不一定也不是main了。这种情况在bootloader、Linux内核以及裸机程序下比较普遍，这时就要手工编写lds文件了。

总而言之，创建.o可执行文件的最后一步就是链接。它是由ld或者是用gcc间接调用ld来完成的。它主要任务和把外部库和应用程序目标代码的各个段放到正确位置。

那么，本文就先创建一个简单的LDS文件（myboot.lds）来进行链接：

SECTIONS
{
	. = 0xD0020010						//链接完的可执行文件开始运行的地址（即定位器位置）
	.text : {
		mystart.o				//mystart.o的.text最前面
		* (.text)				//剩余文件的.text都放在后面，先后顺序不管
	}
	.data : {
		* (.data)			//所有文件的.data放在一起
	}
	.bss_start = .;				//.bss_start在当前位置
	.bss : {					//可能在其他的文件中用到
		* (.bss)
	}
	.bss_end = .;				//.bss_end在当前位置
}

想要了解更多的内容，可以参考博文：Linux下的lds链接脚本详解。

链接

链接部分使用arm-linux-ld指令：

arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o

查看文件

查看一下mystart.o文件：

arm-linux-objdump -S mystart.o

运行结果如图所示：

可以看到，由于未链接所以地址从0开始。前面8句都是跳转到地址20，地址20就是reset语句。但是，可以看到所有的汇编代码相同，但是机器指令却是不同的。

根据机器指令，如何计算出汇编代码呢？

根据ARM的手册，可以查看这些机器指令的含义，这里就不展开了。ea000006就表示向后跳转6条指令；而pc指针等于当前地址+8，即指向后两条指令处。总共是向后跳转8条指令，也就是reset处。这样就可以理解了。

另外，还看到led2_on的汇编代码，由于还未进行链接不知道跳转到哪里去，所以显示的地址为0。

除此之外，还看到gpio_out的代码有所变化，r11变成了fp，r12变成了ip，这其实就是ARM内核将r11、r12寄存器增加了新的功能，但是在一般情形下，也可以当做普通寄存器，不需要管。

还有，由于ARM的每条指令为4个字节，但是立即数0xE0200280直接就已经是4个字节了。因此，ARM就将这一条指令变成了两条指令，一条指令将0xE0200280放在一个新的地址上，另一条指令通过相对指针偏转指令来进行读取。

40:     e59fb014    ldr    fp,    [pc, #20]
5c:		e0200280    .word 		0xe0200280

顺便也查看一下mylowlevel_init.o文件

arm-linux-objdump -S mylowlevel_init.o

运行结果如图所示：

就不再进行分析了。

最后看一下u-boot可执行文件：

arm-linux-objdump -S myboot

运行结果如图所示：

可以看到，起始地址和led2_on的地址都没有问题。

后续工作

得到了可执行文件，但是由于myboot的文件较大，需要生成纯二进制.bin文件。使用objcopy命令：

arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin

然后，添加HeaderInfo信息：

./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k

最后烧写到SD卡中：

sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot.16k of=/dev/sdb seek=1

总结起来：

arm-linux-gcc -c mystart.s
arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s			//.s文件生成.o文件

arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o	//.o文件生成可执行文件

arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin			//只保留二进制文件

./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k					//添加HeaderInfo

sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot.16k of=/dev/sdb seek=1		//烧写到SD卡

可以看到，如果讲需求改成点亮LED3的话，只需要修改mylowlevel_init.s即可。但是这些命令都还要再次输入一遍，这是很麻烦的事情！

有没有什么简单的办法呢？这就是make的功能了，请看下一篇博文。