【Linux】制作U-Boot烧写镜像到SD卡的过程（中篇：LDS文件）

男娘i 2022-01-29 02:01 273阅读 0赞

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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95bmd6bWlhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

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][Linux_lds]。

## 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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95bmd6bWlhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

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：

![20190521170539439.png][]

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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95bmd6bWlhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95bmd6bWlhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95bmd6bWlhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220129/30d143aa094d4f6e86ef915898e36a1e.png
[Linux_lds]: http://www.cnblogs.com/li-hao/p/4107964.html
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[20190521170539439.png]: /images/20220129/e8f7fd0ad9e94c09b0d53316d5a711e1.png
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