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title:2019-8-10-linux

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程序的组成

1. 代码段：用于存放数据
2. 数据段：用于存放全变量（有初始值，且不为零）
3. 只读数据段：用于存放只读数据，如：const 变量
4. bss段：用于存放未初始化的全局变量，或初始化为零的全局变量
5. comment段：用于存放代码的一些注释信息

• 其中bss段和comment的内容不存放在bin文件中。

代码重定位

1. 为什么需要代码的重定位

• 2440的启动方式有两种，nor flash启动和nand flash启动。（1） 首先讲解norflash启动的特点，noflash启动时，norflash中的内容可以像内存一样写，但是不能像内存一样读，因此会出现程序中变量进行修改无效的情况，其内部深层次的原因是，程序中的全局变量和静态变量都存放在bin上，写在norflash中，直接修改无效，因此需要重定位。（2）若采用nand flash启动，2440默认会将nand flash的前4k内容拷贝到sram中，此时sram的地址是从0开始的。但是，当代码的大小超过4k时，我们必须采用代码重定位，前4k的代码需要将整个程序拷贝到，sdram中运行。

2. 重定位的两种方式
   

   

基本概念

• 链接器把一个或多个输入文件合并成一个输出文件，目标文件的每个section至少包含两个信息：名字和大小，大部分section还包括与它关联的一块数据块，一个section可被标记为“loadable”或“allocatable”。loadable section: 在输出文件运行时，相应的section内容将被加载到进程地址空间中。allocatable section：内容为空的section可被标记为可分配的，在输出文件运行时，在进程地址空间中空出大小同section指定大小的部分，在某些情况下，这块内存必须被置零。
• 每一个“loadable”或“allocatable”输出section通常包含两个地址：VMA（virtual memory address）和LMA（load memory address），通常VMA和LMA是相同的。但在嵌入式系统中，经常存在加载地址和执行地址不相同的情况：比如将输出文件加载到开发板的flash中（由LMA决定），而在运行时将位于flash中的输出文件复制到SDRAM中（VMA决定）。

链接脚本的作用

• NORFLASH启动时，NORFLASH中的内容可以向内存一样读，但是不能想内存一样写，因此makefile时，我们需要将data数据段的内容写到SDRAM中，即将数据段的内容指定地址到0x30000000地址处。
• makefile的作用主要为预处理、编译、汇编和链接四个部分，链接的其中一个作用为符号的解析和地址的重定位，我们可以指定代码的起始地址和数据的起始地址。
• 当数据段和代码段之间的间隔较大时，为避免程序链接时，出现较大的空洞，造成程序文件过大，可以运用链接脚本。

链接脚本介绍

GNU链接脚本
链接脚本介绍

• 两个必须的（secname，contents），其他optional
  1. secname：段名，用以命名此段。
  2. contents：决定那些内容放在本段，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）。
  3. 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可以用任意一种描述地址的符号来描述。
  4. BLOCK（align）指定块对齐。比如，前一个段从0x30000000到0x300003F1，此处标记为ALIGN(4)，表示此处最小占用4Bytes。
  5. NOLOAD：告述加载器程序运行时不加载这段到内存。
  6. 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各段分别保存在输出文件中的不同位置。

链接脚本代码实例分析

SECTIONS
{
    . = 0x30000000;		//设置运行时地址

    . = ALIGN(4);		 //设置内存对齐方式
    .text      :			   //设置secname
    {
      *(.text)				//存放所有文件的代码段
    }						  //未设置存储地址，默认存储地址与运行地址相同

    . = ALIGN(4);    //同上
    .rodata : { *(.rodata) }//同上（只读数据段）

    . = ALIGN(4);	//同上
    .data : { *(.data) }//同上（数据段）

    . = ALIGN(4);
    __bss_start = .;//将当前地址赋值给_bss_start变量
    .bss : { *(.bss) *(.COMMON) }//同上
    _end = .; //将当前地址赋值给_end变量
}

C函数怎么使用lds文件中的变量

如何编写位置无关码

• 使用相对跳转命令 b或bl

• 重定位之间，不可使用绝对地址，不可访问全局变量/静态变量，也不可访问有初始值的数组（因为初始值放在rodata里，使用绝对地址来访问）；

• 重定位之后，使用ldr pc = xxx，跳转到从定位之后的地址；

• 写位置无关码，其实就是不使用绝对地址，判断有没有使用绝对地址，除了前面的几条规则，最根本的方法是查看反汇编代码

• 反汇编文件里面，B或者BL某个值，只是起到方便查看的作用，并不是真的跳转

重定位代码实例分析

方式一

void copy2sdram(volatile unsigned int *src,volatile unsigned int *dest,unsigned int len) /* src,dest,len */ {
        unsigned int i = 0;

        while (i < len)
        {
            *dest++ = *src++;			//++的优先级要高于*
            i += 4;
        }
    }


    void clean_bss(volatile unsigned int *start,volatile unsigned int *end) /* start,end */ {
        while (start <= end)
        {
            *start++ = 0;			//++的优先级要高于*
        }
    }
--------------------- 

    /* 重定位text,rodata,data段整个程序 */
    mov r0,#0
    ldr r1,=_start         /* 第1条指令运行时的地址 */
    ldr r2,=__bss_start    /* bss段的起始地址 */
    sub r2,r2,r1          /*长度*/


    bl copy2sdram  /* src,len */

    /* 清除BSS段 */
    ldr r0,=__bss_start
    ldr r1,=_end

    bl clean_bss  /* start,end */
---------------------

重点：

• 汇编中，为C语言传入的参数，依次就是R1、R2、R3

方式二

假设我们不想通过汇编传入参数，而是通过C语言直接取参数。

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title:2019-8-13-linux

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ATPCS中各寄存器的使用规则及其名称

ARM——THUMB子程序调用规则 ATPCS

• 基本的ATPCS规则包括寄存器使用规则、数据栈使用规则、参数传递规则。

寄存器的使用规则总结

• 子程序间通过寄存器r0-r3来传递参数，这时可以使用他们的别名a0-a3。被调用的子程序返回前无需恢复r0~r3的内容
• 在子程序中，使用r4-r11来保存局部变量，这时可以使用它们的别名v1-v8。如果在子程序中使用了它们的某些寄存器，子程序进入时要保存这些寄存器的值，在返回前恢复它们；对于子程序中没有使用的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器r4~r7来保存局部变量。（保存r4-r11寄存器中的值是CPU自动运行的，不需要我们写程序来操作）
• 寄存器r12作为子程序间scratch寄存器，别名为ip。
• 寄存器r13作为数据栈指针，别名为sp。在子程序中寄存器r13不能用作其他用途。它的值在进入和退出子程序时必须相等。
• 寄存器r14被称为连接寄存器，别名为lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址（比如将lr的值保存到数据栈中），r14可以用作其他用途。
• 寄存器r15是程序计数器，别名为pc。它不能用做其他用途。

数据栈使用规则

• 数据栈有两个增长方向：向内存地址减少的方向增长时，称为DESCENDING栈；向内存地址增加的方向增长时，称为ASCENDING栈。
• 所谓数据栈的增长就是移动指针。但栈指针指向栈顶元素时，称为FULL栈；当栈指针指向栈顶元素相邻的一个空的数据单元时，称为EMPTY栈。
• 综合这两个特点，数据栈可以分为一下4种：

• ATPCS规定数据栈为FD类型，并且对数据栈的操作是8字节对齐。

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title:2019-8-19-linux

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MakeFile中的符号

• $^
  表示所有的依赖
• $<
  表示第一个依赖

汇编中标签的含义

.global _start
_start:b reset

• 标签就是在某一行程序代码前作一个标记，标签代表的就是这行代码的地址

.global _armboot_start
_armboot_start:
.word _start

• .word expression 就是在当前位置放置一个word类型的值，这个值就是expression，此处的含义就是建立一个全局标签_armboot_start，在这个位置上放置_start的值，则下面的语句会把地址_armboot_start处的内容（_ start）装载到r2中

ldr r2,_armboot_start

• 这样做的目的是因为LDR指令的格式为：LDR{条件} RD，<地址>。

中断发生时CPU的处理过程

CPU处理中断程序

1. 首先保存中断发生时，下一条要执行的指令的地址。
2. 拷贝CPSR中的值到SPAR中。
3. 改变CPSR中CPU的模式设置位，进入异常模式。
4. 从中断向量表中，拷贝中断处理程序的地址到PC中。

CPU从中断服务程序返回到主程序

1. 将LR寄存器中的值，拷贝到PC寄存器中。
2. 将SPSR中内容，拷贝到CPSR寄存器中。
3. 清除相关中断标志位。

ARM的七种工作模式

七种模式的概述

1. 用户模式（USR）：属于正常的用户模式，ARM处理器正常的程序执行状态
2. 快速中断模式（FIQ）：用于处理快速中断，对高速数据传输或通道处理
3. 外部中断模式（IRQ）：对于一般情况下的中断进行处理。
4. 管理模式（SVC）：属于操作系统使用的保护模式，处理软件中断SWI RESET
5. 数据访问终止模式（ABT）：当数据或指令预取终止式进入该模式，可用于处理处理器故障、实现虚拟存储器和存储保护。
6. 系统模式（SYS）：运行具有特权的操作系统任务。
7. 未定义指令终止模式（UND）：处理未定义的指令陷阱，当未定义的指令执行式进入该模式，可用于支持硬件协处理器的仿真。

各模式之间的切换逻辑

• 除了用户模式之外，其他六种均为特权模式。处理器模式可以通过控制进行切换，也可以通过外部中断或异常处理过程进行切换。大多数的用户程序运行在用户模式下，这时，应用程序不能访问一些受操作系统保护的系统，应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。当需要进行处理器模式的切换时，应用程序可以产生异常中断，在异常处理中进行处理器模式的切换。