ARM 裸机二进制链接

Question

我有一个 ARM 板，ROM 为 0x80000000，RAM 为 0x20000000。Board 在 0x80000000 处开始执行原始二进制代码。

我设法在其上运行了一个简单的 ARM 汇编程序，但我必须使用 C 而不是 ASM。我知道我需要使用某种链接器脚本，然后手动将 .data 部分复制到 RAM 并清除 .bss、设置堆栈等，但我还没有找到如何做到这一点的可靠解决方案，尤其是链接器脚本（在我看来它非常混乱）。

此外，我无法让链接器输出原始二进制文件而不是 ELF，但这没什么大不了的，因为我以后可以使用 objcopy。

提前致谢。

Answer 1

此示例适用于 STM32F051 MCU：

非常简单的应用程序“闪烁”（没有延迟）：

// define used registers
#define RCC_AHB1 *(volatile unsigned int *)(0x40021014)
#define GPIOC_MODER *(volatile unsigned int *)(0x48000800)
#define GPIOC_BSRR *(volatile unsigned int *)(0x48000818)

// main program
void mainApp() {
    RCC_AHB1 = 1 << 19;  // enable clock for GPIOC
    GPIOC_MODER = 1 << (9 * 2);  // set output on GPIOC.P9
    while (1) {
        GPIOC_BSRR = 1 << 9;  // set output on GPIOC.P9
        GPIOC_BSRR = 1 << (9 + 16);  // clear output on GPIOC.P9
    }
}

// variables for testing memory initialisation
int x = 10;
int y = 0;
int z;

这里也是用 C 编写的非常简单的启动文件（也可以在 C++ 中工作），它启动应用程序mainApp并.data初始化从 ROM初始化的静态变量，并且.bss只设置为零，有初始化为零的变量和未初始化的变量。

extern void mainApp();

// external variables defined in linker script
// address in FLASH where are stored initial data for .data section
extern unsigned int _data_load;
// defines start and end of .data section in RAM
extern unsigned int _data_start;
extern unsigned int _data_end;
// defines start and end of .bss section in RAM
extern unsigned int _bss_start;
extern unsigned int _bss_end;

void resetHandler() {
    unsigned int *src, *dst;

    // copy .data area
    src = &_data_load;
    dst = &_data_start;
    while (dst < &_data_end) {
        *dst++ = *src++;
    }

    // clear .bss area
    dst = &_bss_start;
    while (dst < &_bss_end) {
        *dst++ = 0;
    }

    mainApp();

    while(1);
}

// _stacktop is defined in linker script
extern unsigned int _stacktop;

// vector table, will be placed on begin of FLASH memory, is defined in linker script
// only reset vector defined, need add other used vectors (especially NMI)
__attribute__((section(".vectors"), used)) void *isr_vectors[] = {
    &_stacktop,  // first vector is not vector but initial stack position
    (void *)resetHandler,  // vector which is called after MCU start
};

最后定义存储器的位置和大小的链接器脚本、向量部分、程序（文本）、数据（.data 和 .bss）以及堆栈顶部

MEMORY {
    FLASH(rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 64K
    SRAM(rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 8K
}

SECTIONS {
    . = ORIGIN(FLASH);
    .text : {
        *(.vectors)
        *(.text)
    } >FLASH

    . = ORIGIN(SRAM);
    .data ALIGN(4) : {
        _data_start = .;
        *(.data)
        . = ALIGN(4);
        _data_end = .;
    } >SRAM AT >FLASH

    .bss ALIGN(4) (NOLOAD) : {
        _bss_start = .;
        *(.bss)
        . = ALIGN(4);
        _bss_end = .;
    } >SRAM

    _stacktop = ORIGIN(SRAM) + LENGTH(SRAM);
    _data_load = LOADADDR(.data);
}

使用这些命令构建它（一次构建和链接）：

$ arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m0 -mthumb -nostartfiles main.c startup.c -T stm32f051x8.ld -o main.elf

在符号表中可以看到存储数据的位置：

$ arm-none-eabi-nm -C -l -n -S main.elf
08000000 00000008 T isr_vectors
08000008 00000034 T mainApp
0800003c 0000005c T resetHandler
08000098 A _data_load
20000000 D _data_start
20000000 00000004 D x
20000004 D _data_end
20000004 B _bss_start
20000004 00000004 B y
20000008 B _bss_end
20000008 00000004 B z
20002000 A _stacktop

您也可以查看列表：

arm-none-eabi-objdump -S main.elf

原始二进制：

arm-none-eabi-objcopy -O binary main.elf main.bin