第13课.代码重定位

1.重定位的引入

NOR FLASH 可以像内存一样的读，但不能像内存一样的写。无法直接去修改全局变量和静态变量
NAND FLASH 把前面4k的代码放入SRAM。如果程序大于4k时，前面4k的代码需要把整个程序读出来
针对以上情况，引入重定位

程序结构

代码段：text
数据段（全局变量）：data
只读全局变量（const）：rodata
初始值为0，或者无初始值的全局变量：bss
注释段：common

注：

bss和common段不保存在bin中

2.连接脚本的改进

SECTIONS {
...
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
  { contents } >region :phdr =fill
...
}

secname和contents是必须的，其他可选
secname：段名，用来命名此段
contents：决定哪些内容放在本段，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）。start.o或者这样start.o *(.text)
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可以用在任意一种描述地址的符号来描述
BLOCK（align）指定快对齐。比如，前面一个段从0x30000000到0x300003F1此处标记ALIGN(4)，表示此处最小占用4Bytes，即使下一个段是紧挨这个段，那么下一个段的起始位置（也就是运行地址）为0x0x300003F4。
NOLOAD：告诉加载器程序运行时不加载该段到内存
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隔断分别保存于输出文件中不同的位置。

3.简单链接脚本讲解

Makefile

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

1.使用链接脚本时，它将所以的.o文件生成了一个.elf格式的文件。含有地址信息（load addr）
2.使用加载器。把elf文件读入内存（读到load addr）
    对裸板，加载器是JTAG调试工具
    对APP，加载器也是APP
3.运行
4.如果load addr != runtime addr程序本身要重定位

4.通过汇编来实现重定位

重定位的流程

1.代码被编译成一个bin文件
2.bin文件烧写到flash中
3.flash中的代码被重定位（拷贝）到sdram中
启动开发板时，代码先从flash上运行

重定位的两种方式

A.只重定位数据段（适用于单片机）

说明：

代码段和数据段运行时的地址是分开的
代码段运行时的地址是 0
数据段运行时的地址是 0x30000000

Makefile

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

sdram.lds

SECTIONS{
	.text 0 : {*(.text)}
	.rodata : {*(.rodata)}
	.data 0x30000000 : AT(0x800)
	{
		data_load_addr = LOADADDR(.data);
		. = ALIGN(4);
		data_start = . ;
		*(.data)
		data_end = . ;
	}

	. = ALIGN(4);
	bss_start = .;
	.bss : {*.(bss) *(.COMMON)}
	bss_end = .;
}

start.S

	bl sdram_init    /*    初始化sdram    */

	/*	重定位data段	*/
	ldr r1, =data_load_addr
	ldr r2, =data_start
	ldr r3, =data_end

cpy:
	ldr r4, [r1]
	str r4, [r2]
	add r1, r1, #4
	add r2, r2, #4
	cmp r2, r3
	ble cpy			/*	小于或等于跳转	*/

	/*	清楚bss段	*/
	ldr r1, =bss_start
	ldr r2, =bss_end
	mov r3, #0

clean:
	str r3, [r1]
            add r1, r1, #4
	cmp r1, r2
	ble clean

B.重定位整个程序（常用）

说明：

代码段和数据段是一体的

注意事项

1.链接脚本中指定runtime addr为SDRAM
2.重定位之前的代码与位置无关（此时代码在flash上运行），用位置无关码写成
注：重定位拷贝代码后应该有两份代码，一份在flash中，一份在SDRAM中

sdram.lds

SECTIONS{
	. = 0x30000000;
	
	__code_start = .;
	. = ALIGN(4);
	.text : {*(.text)}
	
	. = ALIGN(4);
	.rodata : {*(.rodata)}
	
	. = ALIGN(4);
	.data : {*(.data)}
	
	. = ALIGN(4);
	__bss_start = .;
	.bss : { *(.bss) *(.COMMON) }
	_end = .;
}

start.S

	bl sdram_init

	/*	重定位text, rodata, data段	*/
	mov r1, #0
	ldr r2, =_start
	ldr r3, =_bss_start

cpy:
	ldr r4, [r1]
	str r4, [r2]
	add r1, r1, #4
	add r2, r2, #4
	cmp r1, r2
	ble cpy

	/*	清楚bss段	*/
	ldr r1, =_bss_start
	ldr r2, = _end
	mov r3, #0

clean:
	str r3, [r1]
	add r1, r1, #4
	cmp r1, r2
	ble clean

5.相对跳转，绝对跳转

相对跳转：b/bl
说明：相对跳转，它是相对于当前运行时所处的环境而言的。比如说现在在NorFlash运行代码，则会跳到NorFlash上去执行代码。而不会去SDRAM上去执行代码
eg:
    bl main

绝对跳转：ldr pc， =???
当NorFlash上完成了SDRAM的初始化和重定位后，就可以使用绝对跳转。使程序从NorFlash上跳转到SDRAM上。
eg:
    ldr pc, =main

图解

注释：
    黑色为相对跳转
    红色为绝对跳转

注意事项

重定位之前，不可使用绝对地址，即不可访问全局变量，静态变量，不可访问有初始值的数组。因为这些放在data段。

6.c语言来实现SDRAM重定位

知识补充

1.C程序中不保存lds文件中的变量
2.借助symbol table保存lds文件中的变量，使用时加上"&"得到它的地址从而得到它的值

start.S

/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram

/* 清除BSS段 */
bl clean_bss

init.c

void copy2sdram(void)
{
	extern int __code_start, __bss_start;

	volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start;
	volatile unsigned int *end  = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
	volatile unsigned int *src = 0;
	
	while(dest < end)
	{
		*dest++ = *src++;
	}
}

void clean_bss(void)
{
	extern int _end, __bss_start;

	volatile unsigned int *start  = (volatile unsigned int *)&__bss_start;
	volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&_end;

	while(start < dest)
	{
		*start++ = 0;
	}
}