嵌入式链接脚本（LINK SCRIPT）介绍

1. 概论

每一个链接过程都由链接脚本(linkerscript, 一般以lds作为文件的后缀名)控制. 链接脚本主要用于规定如何把输入文件内的section放入输出文件内, 并控制输出文件内各部分在程序地址空间内的布局. 但你也可以用连接命令做一些其他事情. 连接器有个默认的内置连接脚本, 可用ld--verbose查看. 连接选项-r和-N可以影响默认的连接脚本(如何影响). -T选项用以指定自己的链接脚本, 它将代替默认的连接脚本。你也可以使用<暗含的连接脚本>以增加自定义的链接命令. 以下没有特殊说明，连接器指的是静态连接器.

. 基本概念

链接器把一个或多个输入文件合成一个输出文件. 输入文件: 目标文件或链接脚本文件. 输出文件: 目标文件或可执行文件.

有时把输入文件内的section称为输入section(inputsection), 把输出文件内的section称为输出section(outputsectin). 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还包含与它相关联的一块数据, 称为section contents(section内容). 一个section可被标记为“loadable(可加载的)”或“allocatable(可分配的)”. loadable section: 在输出文件运行时, 相应的section内容将被载入进程地址空间中. 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. 某些情况下, 这块内存必须被置零. 如果一个section不是“可加载的”或“可分配的”, 那么该section通常包含了调试信息. 可用objdump -h命令查看相关信息. 每个“可加载的”或“可分配的”输出section通常包含两个地址: VMA(virtual memory address虚拟内存地址或程序地址空间地址)和LMA(load memory address加载内存地址或进程地址空间地址). 通常VMA和LMA是相同的.

可这样来理解VMA和LMA, 假设: (1) .data section对应的VMA地址是0x08050000, 该section内包含了3个32位全局变量, i、j和k, 分别为1,2,3. (2) .text section内包含由"printf( "j=%d ", j );"程序片段产生的代码. 连接时指定.datasection的VMA为0x08050000,产生的printf指令是将地址为0x08050004处的4字节内容作为一个整数打印出来。 如果.datasection的LMA为0x08050000，显然结果是j=2 如果.datasection的LMA为0x08050004，显然结果是j=1 还可这样理解LMA: .text section内容的开始处包含如下两条指令(intel i386指令是10字节，每行对应5字节): jmp 0x08048285 movl $0x1,%eax 如果.textsection的LMA为0x08048280,那么在进程地址空间内0x08048280处为“jmp0x08048285”指令,0x08048285处为movl$0x1,%eax指令. 假设某指令跳转到地址0x08048280,显然它的执行将导致%eax寄存器被赋值为1. 如果.textsection的LMA为0x08048285,那么在进程地址空间内0x08048285处为“jmp0x08048285”指令,0x0804828a处为movl$0x1,%eax指令. 假设某指令跳转到地址0x08048285,显然它的执行又跳转到进程地址空间内0x08048285处, 造成死循环. 符号(symbol): 每个目标文件都有符号表(SYMBOL TABLE), 包含已定义的符号(对应全局变量和static变量和定义的函数的名字)和未定义符号(未定义的函数的名字和引用但没定义的符s号)信息. 符号值: 每个符号对应一个地址, 即符号值(这与c程序内变量的值不一样, 某种情况下可以把它看成变量的地址). 可用nm命令查看它们.

3. 脚本格式

链接脚本由一系列命令组成, 每个命令由一个关键字(一般在其后紧跟相关参数)或一条对符号的赋值语句组成. 命令由分号‘;’分隔开. 文件名或格式名内如果包含分号';'或其他分隔符, 则要用引号‘"’将名字全称引用起来. 无法处理含引号的文件名. /* */之间的是注释。

4. 简单例子

在介绍链接描述文件的命令之前, 先看看下述的简单例子:

术语：把定位器符号

一般就是那个. s 以下脚本将输出文件的text section定位在0x10000, data section定位在0x8000000:

 SECTIONS
 {
 . = 0x10000;
 .text : { *(.text) }
 . = 0x8000000;
 .data : { *(.data) }
 .bss : { *(.bss) }
 }

解释一下上述的例子: . = 0x10000 : 把定位器符号置为0x10000 (若不指定, 则该符号的初始值为0). .text : { *(.text) } : 将所有(*符号代表任意输入文件)输入文件的.textsection合并成一个.textsection,该section的地址由定位器符号的值指定, 即0x10000. . = 0x8000000 ：把定位器符号置为0x8000000 .data : { *(.data) } : 将所有输入文件的.text section合并成一个.data section, 该section的地址被置为0x8000000. .bss : { *(.bss) } : 将所有输入文件的.bss section合并成一个.bss section，该section的地址被置为0x8000000+.datasection的大小. 连接器每读完一个section描述后, 将定位器符号的值*增加*该section的大小. 注意: 此处没有考虑对齐约束.

5. 简单脚本命令

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入口地址(entry point): 进程执行的第一条用户空间的指令在进程地址空间的地址) ld有多种方法设置进程入口地址, 按一下顺序: (编号越前, 优先级越高) 1, ld命令行的-e选项 2, 连接脚本的ENTRY(SYMBOL)命令 3, 如果定义了start符号, 使用start符号值 4, 如果存在.textsection, 使用.textsection的第一字节的位置值 5, 使用值0 - 2 -

相当于c程序内的的#include指令, 用以包含另一个链接脚本. 脚本搜索路径由-L选项指定.INCLUDE指令可以嵌套使用, 最大深度为10. 即: 文件1内INCLUDE文件2, 文件2内INCLUDE文件3... ,文件10内INCLUDE文件11. 那么文件11内不能再出现INCLUDE指令了. - 3 -

ld首先在当前目录下寻找该文件, 如果没找到, 则在由-L指定的搜索路径下搜索. file可以为-lfile形式，就象命令行的-l选项一样. 如果该命令出现在暗含的脚本内, 则该命令内的file在链接过程中的顺序由该暗含的脚本在命令行内的顺序决定. - 4 -

file必须是库文件, 且file文件作为一组被ld重复扫描，直到不在有新的未定义的引用出现。 - 5 -

同ld的-o选项, 不过-o选项的优先级更高. 所以它可以用来定义默认的输出文件名. 如a.out - 6 -

同ld的-L选项, 不过由-L指定的路径要比它定义的优先被搜索。 - 7 -

在链接过程中, 每个输入文件是有顺序的. 此命令设置文件filename为第一个输入文件。 - 8 -

同ld选项-oformat BFDNAME, 不过ld选项优先级更高. - 9 -

若有命令行选项-EB, 则使用第2个BFD格式; 若有命令行选项-EL，则使用第3个BFD格式.否则默认选第一个BFD格式.

同ld选项-bBFDNAME. 若使用了TARGET命令, 但未使用OUTPUT_FORMAT命令, 则最用一个TARGET命令设置的BFD格式将被作为输出文件的BFD格式. 另外还有一些: ASSERT(EXP, MESSAGE)：如果EXP不为真，终止连接过程 EXTERN(SYMBOL SYMBOL ...)：在输出文件中增加未定义的符号，如同连接器选项-u FORCE_COMMON_ALLOCATION：为commonsymbol(通用符号)分配空间，即使用了-r连接选项也为其分配 NOCROSSREFS(SECTION SECTION ...)：检查列出的输出section，如果发现他们之间有相互引用，则报错。对于某些系统，特别是内存较紧张的嵌入式系统，某些section是不能同时存在内存中的，所以他们之间不能相互引用。 OUTPUT_ARCH(BFDARCH)：设置输出文件的machine architecture(体系结构)，BFDARCH为被BFD库使用的名字之一。可以用命令objdump-f查看。 可通过 man-S 1 ld查看ld的联机帮助, 里面也包括了对这些命令的介绍.

6. 对符号的赋值

在目标文件内定义的符号可以在链接脚本内被赋值. (注意和C语言中赋值的不同!) 此时该符号被定义为全局的. 每个符号都对应了一个地址, 此处的赋值是更改这个符号对应的地址. e.g. 通过下面的程序查看变量a的地址:

 /* a.c */
 #include <stdio.h>
 int a = 100;
 int main(void)
 {
     printf( "&a=0x%p ", &a );
     return 0;
 }
 /* a.lds */
 a = 3;

 $ gcc -Wall -o a-without-lds a.c
 &a = 0x8049598
 $ gcc -Wall -o a-with-lds a.c a.lds
 &a = 0x3

一些简单的赋值语句 能使用任何c语言内的赋值操作:

 SYMBOL = EXPRESSION ;
 SYMBOL += EXPRESSION ;
 SYMBOL -= EXPRESSION ;
 SYMBOL *= EXPRESSION ;
 SYMBOL /= EXPRESSION ;
 SYMBOL <<= EXPRESSION ;
 SYMBOL >>= EXPRESSION ;
 SYMBOL &= EXPRESSION ;
 SYMBOL |= EXPRESSION ;

除了第一类表达式外, 使用其他表达式需要SYMBOL被定义于某目标文件。 . 是一个特殊的符号，它是定位器，一个位置指针，指向程序地址空间内的某位置(或某section内的偏移，如果它在SECTIONS命令内的某section描述内)，该符号只能在SECTIONS命令内使用。 注意：赋值语句包含4个语法元素：符号名、操作符、表达式、分号；一个也不能少。 被赋值后，符号所属的section被设值为表达式EXPRESSION所属的SECTION(参看11. 脚本内的表达式) 赋值语句可以出现在连接脚本的三处地方：SECTIONS命令内，SECTIONS命令内的section描述内和全局位置；如下，

 floating_point = 0; /* 全局位置 */
 SECTIONS
 {
 .text :
 {
 *(.text)
 _etext = .; /* section描述内 */
 }
 _bdata = (. + 3) & ~ 4; /* SECTIONS命令内 */
 .data : { *(.data) }
 }

PROVIDE关键字 该关键字用于定义这类符号：在目标文件内被引用，但没有在任何目标文件内被定义的符号。 例子：

 SECTIONS
 {
 .text :
 {
 *(.text)
 _etext = .;
 PROVIDE(etext = .);
 }
 }

当目标文件内引用了etext符号，确没有定义它时，etext符号对应的地址被定义为.textsection之后的第一个字节的地址。

7. SECTIONS命令

SECTIONS命令告诉ld如何把输入文件的sections映射到输出文件的各个section:如何将输入section合为输出section;如何把输出section放入程序地址空间(VMA)和进程地址空间(LMA).该命令格式如下: SECTIONS { SECTIONS-COMMAND SECTIONS-COMMAND ... } SECTION-COMMAND有四种: (1) ENTRY命令 (2) 符号赋值语句 (3) 一个输出section的描述(outputsection description) (4) 一个section叠加描述(overlaydescription) 如果整个连接脚本内没有SECTIONS命令, 那么ld将所有同名输入section合成为一个输出section内, 各输入section的顺序为它们被连接器发现的顺序. 如果某输入section没有在SECTIONS命令中提到, 那么该section将被直接拷贝成输出section。 输出section描述 输出section描述具有如下格式: SECTION [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)] { OUTPUT-SECTION-COMMAND OUTPUT-SECTION-COMMAND ... } [>REGION] [AT>LMA_REGION] [:PHDR :PHDR ...] [=FILLEXP] [ ]内的内容为可选选项, 一般不需要. SECTION：section名字 SECTION左右的空白、圆括号、冒号是必须的，换行符和其他空格是可选的。 每个OUTPUT-SECTION-COMMAND为以下四种之一， 符号赋值语句 一个输入section描述 直接包含的数据值 一个特殊的输出section关键字 输出section名字(SECTION)： 输出section名字必须符合输出文件格式要求，比如：a.out格式的文件只允许存在.text、.data和.bsssection名。而有的格式只允许存在数字名字，那么此时应该用引号将所有名字内的数字组合在一起；另外，还有一些格式允许任何序列的字符存在于section名字内，此时如果名字内包含特殊字符(比如空格、逗号等)，那么需要用引号将其组合在一起。 输出section地址(ADDRESS)： ADDRESS是一个表达式，它的值用于设置VMA。如果没有该选项且有REGION选项，那么连接器将根据REGION设置VMA；如果也没有REGION选项，那么连接器将根据定位符号‘.’的值设置该section的VMA，将定位符号的值调整到满足输出section对齐要求后的值，输出section的对齐要求为：该输出section描述内用到的所有输入section的对齐要求中最严格的。 例子： .text . : { *(.text) } 和 .text : { *(.text) } 这两个描述是截然不同的，第一个将.textsection的VMA设置为定位符号的值，而第二个则是设置成定位符号的修调值，满足对齐要求后的。 ADDRESS可以是一个任意表达式，比如ALIGN(0x10)这将把该section的VMA设置成定位符号的修调值，满足16字节对齐后的。 注意：设置ADDRESS值，将更改定位符号的值。 输入section描述： 最常见的输出section描述命令是输入section描述。 输入section描述是最基本的连接脚本描述。 输入section描述基础： 基本语法：FILENAME([EXCLUDE_FILE(FILENAME1 FILENAME2 ...) SECTION1 SECTION2 ...) FILENAME文件名，可以是一个特定的文件的名字，也可以是一个字符串模式。 SECTION名字，可以是一个特定的section名字，也可以是一个字符串模式 例子是最能说明问题的， *(.text) ：表示所有输入文件的.text section (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *otherfile.o) .ctors)) ：表示除crtend.o、otherfile.o文件外的所有输入文件的.ctorssection。 data.o(.data) ：表示data.o文件的.datasection data.o ：表示data.o文件的所有section *(.text .data) ：表示所有文件的.textsection和.datasection，顺序是：第一个文件的.text section，第一个文件的.data section，第二个文件的.textsection，第二个文件的.datasection，... *(.text) *(.data) ：表示所有文件的.text section和.data section，顺序是：第一个文件的.textsection，第二个文件的.textsection，...，最后一个文件的.textsection，第一个文件的.datasection，第二个文件的.datasection，...，最后一个文件的.datasection 下面看连接器是如何找到对应的文件的。 当FILENAME是一个特定的文件名时，连接器会查看它是否在连接命令行内出现或在INPUT命令中出现。 当FILENAME是一个字符串模式时，连接器仅仅只查看它是否在连接命令行内出现。 注意：如果连接器发现某文件在INPUT命令内出现，那么它会在-L指定的路径内搜寻该文件。 字符串模式内可存在以下通配符： * ：表示任意多个字符 ：表示任意一个字符 [CHARS]：表示任意一个CHARS内的字符，可用-号表示范围，如：a-z ：表示引用下一个紧跟的字符 在文件名内，通配符不匹配文件夹分隔符/，但当字符串模式仅包含通配符*时除外。 任何一个文件的任意section只能在SECTIONS命令内出现一次。看如下例子，

 SECTIONS {
 .data : { *(.data) }
 .data1 : { data.o(.data) }
 }

data.o文件的.datasection在第一个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内被使用了，那么在第二个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内将不会再被使用，也就是说即使连接器不报错，输出文件的.data1section的内容也是空的。 再次强调：连接器依次扫描每个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内的文件名，任何一个文件的任何一个section都只能使用一次。 读者可以用-M连接命令选项来产生一个map文件，它包含了所有输入section到输出section的组合信息。 再看个例子，

 SECTIONS {
 .text : { *(.text) }
 .DATA : { [A-Z]*(.data) }
 .data : { *(.data) }
 .bss : { *(.bss) }
 }

这个例子中说明，所有文件的输入.text section组成输出.text section；所有以大写字母开头的文件的.datasection组成输出.DATAsection，其他文件的.datasection组成输出.datasection；所有文件的输入.bsssection组成输出.bsssection。 可以用SORT()关键字对满足字符串模式的所有名字进行递增排序，如SORT(.text*)。 通用符号(commonsymbol)的输入section： 在许多目标文件格式中，通用符号并没有占用一个section。连接器认为：输入文件的所有通用符号在名为COMMON的section内。 例子， .bss { *(.bss) *(COMMON) } 这个例子中将所有输入文件的所有通用符号放入输出.bsssection内。可以看到COMMOMsection的使用方法跟其他section的使用方法是一样的。 有些目标文件格式把通用符号分成几类。例如，在MIPSelf目标文件格式中，把通用符号分成standard common symbols(标准通用符