如何从C获取ld链接程序脚本中定义的变量的值

Question

我正在编写一个程序来运行裸机。我正在尝试从自定义链接描述文件中获取变量以在C中使用，这是我尝试过的。

从C：

extern unsigned long* __START_OF_PROG_MEMORY;
volatile unsigned long *StartOfProgram = (unsigned long*) (&__START_OF_PROG_MEMORY);

链接描述文件：

SECTIONS
{
    . = 0x80000;
    PROVIDE(__START_OF_PROG_MEMORY = .);
    .text : { KEEP(*(.text.boot)) *(.text .text.* .gnu.linkonce.t*) }
    .rodata : { *(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r*) }
    PROVIDE(_data = .);
    .data : { *(.data .data.* .gnu.linkonce.d*) }
    .bss (NOLOAD) : {
        . = ALIGN(16);
        __bss_start = .;
        *(.bss .bss.*)
        *(COMMON)
        __bss_end = .;
    }
    _end = .;
    PROVIDE(__END_OF_PROG_MEMORY = .);

   /DISCARD/ : { *(.comment) *(.gnu*) *(.note*) *(.eh_frame*) }
}
__bss_size = (__bss_end - __bss_start)>>3;

是获取链接描述文件中定义的变量内容的正确方法吗？

Answer 1

1. 在源代码中访问链接器脚本变量的官方文档：

请参阅本页底部的示例：https : //sourceware.org/binutils/docs/ld/Source-Code-Reference.html

因此，当您在源代码中使用链接描述文件定义的符号时，您应该始终获取该符号的地址，而不要尝试使用其值。例如，假设您要将内存中名为 .ROM 的部分的内容复制到名为 .FLASH 的部分中，并且链接描述文件包含以下声明：

start_of_ROM   = .ROM;
end_of_ROM     = .ROM + sizeof (.ROM);
start_of_FLASH = .FLASH;

然后执行复制的 C 源代码将是：

extern char start_of_ROM, end_of_ROM, start_of_FLASH;

memcpy (& start_of_FLASH, & start_of_ROM, & end_of_ROM - & start_of_ROM);

请注意“&”运算符的使用。这些是正确的。或者，可以将符号视为向量或数组的名称，然后代码将再次按预期工作：

[==>这是我的首选方法<==]：

extern char start_of_ROM[], end_of_ROM[], start_of_FLASH[];

memcpy (start_of_FLASH, start_of_ROM, end_of_ROM - start_of_ROM);

请注意如何使用此方法不需要使用“&”运算符。

2. 您的具体情况：

因此，如果我想获取链接器脚本变量的值以__START_OF_PROG_MEMORY在我的 C 程序中使用，我会这样做：

#include <stdint.h>

// linkerscript variable; NOT an array; `[]` is required to access a 
// linkerscript variable like a normal variable--see here: 
// https://sourceware.org/binutils/docs/ld/Source-Code-Reference.html
extern uint32_t __START_OF_PROG_MEMORY[];
// Read and use the `__START_OF_PROG_MEMORY` linkerscript variable
uint32_t start_of_program = (uint32_t)__START_OF_PROG_MEMORY;

3. 请注意，如果您为 STM32 微控制器执行此操作：

获取程序存储器起始地址（通常是闪存——程序的起始位置）的另一个技巧是简单地获取g_pfnVectors全局 ISR 向量表数组的地址，该数组在启动程序集文件中定义（例如：“ startup_stm32f746xx.s ”）。为此，请执行以下操作：

// true array (vector table of all ISRs), from the startup assembly .s file
extern uint32_t g_pfnVectors[];  

// Get the starting address of where the application/program **is stored**
// **in flash memory**:

// (My preferred approach, as I find it more clear) Get the address of the 
// first element of this array and cast it to a 4-byte unsigned integer
uint32_t application_start_address = (uint32_t)&g_pfnVectors[0]; 
// OR (same thing as the line just above, just in a different way)
uint32_t application_start_address = (uint32_t)g_pfnVectors;

瞧！这很神奇:)。

重要信息（有关 STM32 微控制器的更多详细信息）：

1. 存储在闪存中的应用程序/程序位置：我不是说application_start_address程序开始运行的第一个字节（这是初始程序计数器（PC）），也不是说它是程序堆栈内存的第一个字节从RAM（这是初始堆栈指针 (SP)）开始。我的意思是它是闪存中存储程序的第一个字节。这里差别很大。为了管理闪存中的两个应用程序，例如，对于 OTA（空中下载）更新，我说的application_start_address是闪存中存储程序的第一个位置。

2. 初始堆栈指针 (SP)：如果您在RAM中寻找堆栈内存开始的第一个位置，则该地址位置将作为全局向量表中的第一个字（4 个字节）存储在闪存g_pfnVectors中（同样，通常在闪存中内存），并且可以像这样获取或读取：

   // Initial Stack Pointer (SP) value where the program stack begins.
   uint32_t initial_stack_ptr_location_in_ram = g_pfnVectors[0];
   

   参见编程手册PM0253，第 42 页，图 10。矢量表，这里（我的一些附加注释为蓝色，并以黄色突出显示）：

3. 初始程序计数器 (PC)：如果您要查找程序开始运行的第一个字节，则该地址位置是重置向量（它是形式的函数void Reset_Handler(void)，并在启动文件中的汇编中定义）) 并且这个 4 字节函数地址（通常）存储在 flash 中，作为全局向量表中的第 2 个字（4 个字节）g_pfnVectors（同样，哪个向量表（数组）通常在闪存中；另外：参见上图)，因此Reset_Handler()可以g_pfnVectors像这样从数组中获取或读取函数的地址：

   // The initial program run location (Program Counter (PC)), where the program 
   // begins to _run_, is the `Reset_Handler()` function, whose address is stored
   // as the 2nd word (index 1) of the `g_pfnVectors` array.
   uint32_t start_of_run_location_in_ram = g_pfnVectors[1];
   

   请参见上图，以及下面的启动 .s 文件和链接器脚本 .ld“加载”文件。

4. 大会.S“启动”文件和链接脚本.LD“负荷”文件：并注意startup_stm32f767xx.s启动文件放置g_pfnVectors在开始阵列.isr_vector部分，与该STM32F767ZITx_FLASH.ld链接脚本存储.isr_vector部分作为非常第一次的事情在FLASH。这意味着存储在闪存中的应用程序的第一个字节是g_pfnVectors全局向量表数组的第一个字节。此外，您可以从上面的启动文件中看到，g_pfnVectors全局向量表数组存储以下（4 字节）字，按此顺序：

   g_pfnVectors:
     .word  _estack
     .word  Reset_Handler
   
     .word  NMI_Handler
     .word  HardFault_Handler
     .word  MemManage_Handler
     .word  BusFault_Handler
     /* etc. etc. */
   

   请注意，初始堆栈指针 (SP) 存储为第一个（4 字节）字，并设置为_estack，代表“堆栈结束”，是上面链接描述文件中定义的地址。第二个字是Reset_Handler函数的地址，它在启动文件中定义并在链接描述文件中声明为程序入口点，或程序运行时位置的开始。因此，该Reset_Handler()函数的地址是初始程序计数器 (PC)。以下是如何将其设置为链接描述文件中的入口点：

   /* Entry Point */
   ENTRY(Reset_Handler)
   

5. 总结：我再说一遍，我们在这里讨论3 个独立且不同的事物：

   1. 在闪存存储程序位置：在start_of_program，这是地址位置闪光灯在程序存储在闪存中。阅读它：

      uint32_t application_start_address = (uint32_t)&g_pfnVectors[0];
      

   2. 初始堆栈指针（SP）：的initial_stack_ptr_location_in_ram，这是地址位置在RAM其中堆栈指针开始，用于向在运行时被放置在上变量程序栈。阅读它：

      uint32_t initial_stack_ptr_location_in_ram = g_pfnVectors[0];
      

   3. 初始程序计数器（PC）的start_of_run_location_in_ram，这是地址位置（通常在闪，但在从闪存复制到RAM取决于你的链接脚本和启动文件，你可以选择从RAM中运行整个程序，如果你喜欢程序启动，在启动文件的顶部）程序首先从哪里开始运行，以及您的Reset_Handler()向量（“void(void)”函数）所在的位置。要“重新启动”你的应用程序，你需要做一些事情，然后调用这个Reset_Handler()函数从头开始运行你的程序。Reset_Handler()从全局向量表中读取此函数的地址：

      uint32_t start_of_run_location_in_ram = g_pfnVectors[1];
      

      1. 更进一步：或者，如果您想将此地址声明为函数指针，然后实际调用它，您可以这样做：

         typedef void (*void_void_func_t)(void);
         void_void_func_t reset_func = (void_void_func_t)g_pfnVectors[1];
         reset_func();
         

         或者，只需调用 Reset_Handler()func ：

         // Declare the existence of the function with a forward declaration 
         // since it's defined in the .s startup assembly file
         void Reset_Handler(void); 
         Reset_Handler();
         

         但是：请记住，您不应该在任何时候都“随意”地调用此重置函数。相反，STM32 文档在某处指出，在实际调用 reset 之前，您应该做一些事情来准备芯片以调用 reset。所以，先做这几件事，然后在你想重新启动应用程序时调用重置函数。另请注意，另一种（可能更安全/更容易）重置微控制器的方法是仅使用看门狗。将看门狗超时设置为最小，关闭看门狗的所有中断和挠痒痒，进入无限空循环，直到看门狗复位芯片。

有关的：

• [我的问答：请参阅此处的问答以获取出色的信息和更多示例！]是否在 C 中访问链接描述文件变量未定义行为的“值”？
• [我的问题]为什么 STM32 gcc 链接器脚本会自动丢弃这些标准库中的所有输入部分：libc.a、libm.a、libgcc.a？

Answer 2

通常它是这样做的

// Volatile is normally not needed but it seems you have a special case
extern unsigned char __START_OF_PROG_MEMORY[];
unsigned char * const StartOfProgram = &__START_OF_PROG_MEMORY;

（请参阅Binutils ML 中的这篇文章）。