ARM基础知识教程六

ARM映像文件

1.ELF格式文件的结构

1.1映像文件组成部分

**一个映像文件有一个或多个域组成
**每个域包含一个或多个输出段
**每个输出段包含一个或多个输入段
**各输入段中包含了目标文件中的代码和数据

输入段中包含了四类内容：代码、已经初始化的数据、未经初始化的存储区域、内容初始化成0的存储区域。每个输入段有相应的属性，可以为只读的（RO）、可读写的（RW）以及初始化成0的（ZI）。ARM连接器根据个输入段的属性将这些输入段分组，再组成不同的输出段及域。

一个输出段中包含了一系列的具有相同的RO、RW和ZI属性的输入段。输出段的属性与其中包含的输入段的属性相同。在一个输出段的内部，各输入段是按照一定的规则排序的，这将在1.3节油详细地介绍。
一个域中包含1-3个输出段，其中个输出段的属性各不相同。各输出段的排列顺序是由其属性决定的。其中RO属性的输出段排在最前面，其次是RW属性的输出段，最后是ZI属性的输出段。一个域通常映射到一个物理存储器上，如ROM或RAM。

1.2ARM映像文件各组成部分的地址影射

ARM映像文件各组成部分在存储系统中的地址有两种：一种是映像文件位于存储器中时（也就是该映像文件运行之前）的地址，称之为加载地址；一种是映像文件运行时的地址，称之为运行时地址。之所以有这两种地址，是因为映像文件在运行时，其中的有些域是可以移动的新的存储区域。比如，已经初始化的RW属性的数据所在的段运行之前可能保存系统的ROM中，在运行时，他被移动至RAM中。
通常，一个映像文件包含若干个域，各域又包含若干的输出段。ARM连接器需要知道如下的信息，已决定如何生成相应的映像文件。
**分组信息 决定如何将个输入段组织成相应的输出段和域。
**定位信息 决定个域在存储空间地址中的起始地址。
根据映像文件中地址映射的复杂程度，有两种方法来告诉arm连接器这些相关信息。对于映像文件中地址映射关系比较简单的情况，可以使用命令行选项；对于映像文件中地址映射关系比较复杂的情况，可以使用一个配置文件。

2.arm映像文件的入口点

2.1arm映像文件的入口点有两种类型：一种是映像文件运行时的入口点，称为初始入口点（initial entry point），另一种是普通入口点（entry point）.
初始入口点是映像文件运行时的入口点，每个映像文件只有一个唯一的初始入口点，它保存在ELF头文件中。如果映像文件是被操作系统加载的，操作系统是通过跳转到该初始入口点处来加载该映像文件。
普通的入口点是在汇编中用ENTRY伪操作定义。他通常用于标志该段代码是通过异常中断处理程序进入的。这样连接器删除无用的段时不会将该段代码删除。一个映像文件中可以定义多个普通入口点。
应该注意的是，初始入口点可以使普通入口点，但也可以不是普通入口点。

2.2定义初始入口点

初始入口点必须满足下面两个条件：
**初始入口点必须位于映像文件的运行时域内。
**饱含初始入口点的运行时域不能被覆盖，他的加载地址和运行地址必须是相同的。
可以使用连接选项-entry address来指定映像文件的初始入口点。这时，address指定了映像文件的初始入口点的地址值。
对于地址0x0处为rom的嵌入式应用系统，可以使用-entry 0x0来指定映像文件的初始入口点。这样当系统复位后，自动跳转到该入口开始执行。
如果映像文件是被一个加载器加载的，该映像文件该映像文件必须包含一个初始化入口点。这种映像文件通常还包含了其他普通入口点，这些普通入口点一般为异常中断处理程序的入口地址。
当用户没有指定-entry address时，连接器根据下面的规则决定映像文件的初始入口点。
**如果输入的目标文件中只有一个普通入口点，该普通入口点被连接器当成映像文件的初始入口点。
**如果输入的目标文件中没有一个普通入口点，或者其中的普通入口点多于一个，则连接器生成的映像文件中不包含初始入口点，并产生警告信息。

2.3普通入口点的用法

普通入口点是在汇编中用ENTRY 伪操作定义。在嵌入式应用中，各异常中断的处理程序入口使用普通入口点标示。这样连接器在删除无用段时不会将该段代码删除。
一个映像文件中可以定义多个普通入口点。没有指定连接选项-entry addres时，如果输入的目标文件中只有一个普通入口点，该入口点被连接器当成映像文件的初始入口点。

3输入段的排序规则

连接器根据输入段的属性来组织这些输入段，具有相同属性的输入段被放到域中一段连续的空间中，组成一个输出段。在一个输出段中，各输入段的起始地址与

输出段的起始地址和该输出段中个输入段的排列顺序有关。
通常情况下，一个输出段中个输入段的排列顺序由下面几个因素决定的。用户可以通过连接选项-first和-last来改变这些规则。
**输入段的属性。
**输入段的名称
**各输入段在连接命令行的输入段列表中的排列顺序
按照输入段的属性，其排列顺序如下所示：
**只读的代码段
**只读的数据段
**可读写的代码段
**其他已经初始化的数据段
**未出世化的数据
对于具有相同属性的输入段，按照其名称来排序。这是输入段名称是区分大小写的，按照其ASCII码顺序进行排序。
对于具有相同属性和名城的输入段，按照其在输入段列表中的顺序进行排序。也就是说，几十个输入段的属性和名称保持不变，如果其在编译时，各输入段在输

入段列表中的排列顺序不同，生成的映像文件也将不同。
可以通过连接选项-first和-last来改变这些规则。如果连接时使用了配置文件，可以在配置文件中通过伪属性FIRST和LAST达到相同的效果。
连接选项-first和-last不能改变根据输入段进行排序的规则，它只能改变根据输入段名称和其在输入列表中的顺序的排序规则。也就是说，如果使用-first指定

一个输入段，只有该输入段所在的输出段位于运行时域的开始位置时，该输入段才能位于整个运行时域的开始位置。
各个输入段排好顺序后，在确定各个输入段的起始地址之前，何以通过填充补丁是个输入段满足地址对齐的要求。

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ARM连接器介绍

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ARM连接器armlink将编译得到的ELF格式文件以及相关的C/C++运行时库连接生成相应的结果文件。armlink可以完成下面的操作：
**连接编译后得到的目标文件相应的c/c++运行时库，生成可执行的影像文件。
**将一些目标文件进行连接，生成一个新的目标文件，供将来进一步连接时使用，这成为部分连接。
**指定代码和数据在内存中的位置。
**生成被连接文件的调试信息和相互间的引用信息。
Armlink在进行部分连接和完全生成可执行文件时作进行的操作是不同的。下面分别介绍：
（1）解析输入的目标文件之间的符号引用关系。
（2）根据输入目标文件对c/c++函数的调用关系，从c/c++运行时库中提取相应模块。
（3）将各个输入段排序，组成相应的输出段。
（4）删除重复的调试信息。
（5）根据用户指定的分组和定位信息，建立映像文件的地址映射关系。
（6）重定位需要重定位的值。
（7）生成可执行的映像文件。
armlink在进行部分连接生成新的目标文件时执行下面的操作。
（1）删除重复的调试信息
（2）最小化符号表的大小
（3）保留那些未被解析的符号
（4）生成新的目标文件
下面根据各armlink的命令行选项的功能分类列举了armlink的命令行选项，各选项的具体用法将在后面有详细地介绍。
**提供关于armlink的帮助信息
**指定输出文件的名称和类型：*-output;*-partial;*-elf
**使用选项文件，其中可以包含一些连接选项。
**制定可执行映像文件的内存映射关系。*-rwpi;*-ropi;*-rw_base;*-ro_base;*-spit;*-scatter
**控制可执行映射文件的内容。*-first;*-last
**生成与映像文件的相关信息
**控制armlink生成相关的诊断信息。