avr-gcc之section與relocation

      粗略的講,一個段代表一無縫隙的資料塊（位址範圍）,一個段裏存儲的資料都為同一性質,如“唯讀”數據。as (彙編器)在編譯局部程式時總假設從0 位址開始,並生成目標檔。最後ld（鏈結器）在連接多個目標檔時為每一個段分配運行時（run-time）統一位址。這雖然是個簡單的解釋，卻足以說明我們為為什麼用段.

     ld 將這些資料塊正確移動到它們運行時的位址。此過程非常嚴格,資料的內部順序與長度均不能發生變化.這樣的資料單元叫做段，為段分配運行時位址叫再定位，此任務根據目標檔內的參考位址將段資料調整到運行時位址。

Avr-gcc 中彙編器生成的目標檔（object-file）至少包含四個段，分別為: .text 段、.data段、 .bss 段和.eeprom 段，它們包括了程式記憶體（FLASH）代碼，內部RAM 資料，和EEPROM 記憶體內的資料。這些段的大小決定了程式記憶體（FLASH）、資料記憶體（RAM）、EEPROM 記憶體的使用量，關係如下： 

程式記憶體（FLASH）使用量 = .text + .data

資料記憶體（RAM）使用量 = .data + .bss [+ .noinit] + stack [+ heap]

EEPROM 記憶體使用量 = .eeprom

一．.text 段

.text 段包含程式實際執行代碼。另外，此段還包含.initN 和.finiN 兩種段，下面詳細討論這兩種段。

段.initN 和段.finiN 是個程式塊，它不會象函數那樣返回，所以彙編或C 程式不能調用。.initN、.finN 和絕對段（absolute section 提供中斷向量）構成avr-libc 應用程式運行框架，用戶編寫的應用程式在此框架中運行。

.initN 段

此類段包含從重定到 main()函數開始執行之間的啟動(startup)代碼。

此類段共定義 10 個分別是.init0 到.init9。執行順序是從.init0 到.init9。

.init0：此段綁定到函數__init()。用戶可重載__init()，復位後立即跳到該函數。

.init1：未用，用戶可定義

.init2：將棧指標初始化成器件對應 RAMEND 處，清零__zero_reg__寄存器

.init3：未用，用戶可定義

.init4：初始化.data 段（從FLASH 複製全局或靜態變數初始值到.data），清零.bss 段。

像 UNIX 一樣.data 段直接從可執行檔中裝入。Avr-gcc 將.data 段的初始值存儲到flash rom 裏.text 段後，.init4 代碼則負責將這些資料複製SRAM 內.data 段。

.init5：未用，用戶可定義

.init6：C 代碼未用，C++程式的構造代碼

.init7：未用，用戶可定義

.init8：未用，用戶可定義

.init9：跳到 main()

avr-libc 應用程式運行框架是以靜態庫的形式存儲在 安裝目錄>\avr\lib 目錄下，在用戶程式的連接時它們會自動連接進來。

.finiN 段

此類段包含 main()函數退出後執行的代碼。此類段可有 0 到9 個, 執行次序是從fini9 到 fini1。

.fini9 : 此段綁定到函數exit()。用戶可重載exit()，main 函數一旦退出exit 就會被執行。

.fini8：未用，用戶可定義

.fini7：未用，用戶可定義

.fini6：C 代碼未用， C++程式的析構代碼

.fini5：未用，用戶可定義

.fini4：未用，用戶可定義

.fini3：未用，用戶可定義

.fini2：未用，用戶可定義

.fini1：未用，用戶可定義

.fini0：進入一個無限迴圈。

用戶代碼插入到.initN 或.finiN

可以將用戶代碼插入到.initN 或.finiN 段當中，這是通過給C 函數指定段屬性來實現的，如下是一段插入到.init1 段的示例：

void my_init_portb (void) __attribute__ ((naked)) __attribute__ ((section (".init1")));//函數的原型

void my_init_portb (void)

{

PORTB= 0xff;

DDRB=0xff;

}

使用__arrribute__關鍵字為函數指定屬性要在函數的原型聲明上，而不是函數的實現例程裏。由於屬性section(“.init 1” )的指定，編譯後函數my_init_portb 生成的代碼自動插入到.init1 段中，在main 函數前就得到執行。naked 屬性確保編譯後該函數不生成返回指令，使下一個初始化段得以順序的執行。 

二．.data 段

.data 段包含程式中被初始化的RAM 區全局或靜態變數。而對於FLASH 記憶體此段包含在程式中定義變數的初始化資料。類似如下的代碼將生成.data 段數據。 

char err_str[]=”Your program has died a horrible death!”;

struct point pt={1,1}; 

可以將.data 在SRAM 內的開始位址指定給連接器，這是通過給avr-gcc 命令行添加-Wl,-Tdata,addr 選項來實現的，其中addr 必須是0X800000 加SRAM 實際地址。例如要將.data 段從0x1100 開始，則addr 要給出0X801100。 

三．.bss 段

沒有被初始化的 RAM 區全局或靜態變數被分配到此段，在應用程式被執行前的startup過程中這些變數被清零。 

另外，.bss 段有一個子段 .noinit , 若變數被指定到.noinit 段中則在startup 過程中不會被清零。將變數指定到.noinit 段的方法如下：

int foo __attribute__ ((section (“.noinit”))); 

由於指定到了.noinit 段中，所以不能賦初值，如同以下代碼在編譯時產生錯誤： 

int fol __attribute__((section(“.noinit”)))=0x00ff; 

利用.noinit 段變數可以在重定時判斷是否是上電復位，以下是一段示例程式： 

#include

unsigned char rstflag[5] __attribute__((section(“.noinit”));

int main(void)

{

unsigned char j;

for(j=0;j<5;j++)

{

if(rstflag[j]!=j)

break;

}

if(j<5)

{

//上電復位

for(j=0;j<5;j++)

rstflag[j]=j;

}

else

{

//其他重定源,說明RAM 資料沒有丟失

}

… …

}

由於 rstflag 是.noinit 段變數，重定後avr-libc 應用框架不會初始化該變數，如果沒有掉電其內容應該保持，這便是我們判斷是否是掉電復位的依據。

四．.eeprom 段

此段存儲 EEPROM 變數。

static unsigned char eep_buffer[3] __attribute__((section(“.eeprom”)))={1,2,3}; 

在連接選項中可指定段的開始位址，如下的選項將.noinit 段指定位到RAM 記憶體0X2000 地址處。

avr-gcc ... -Wl,--section-start=.noinit=0x802000 

要注意的是，在編譯時 Avr-gcc 將FLASH、RAM 和EEPROM 內的段在一個統一的地址空間內處理，flash 記憶體被定位到0 位址開始處，RAM 記憶體被定位到0x800000 開始處，eeprom 記憶體被定位到0X810000 處。所以在指定段開始位址時若是RAM 內的段或eeprom 內的段時要在實際記憶體位址前分別加上0x800000 和0X810000。 

除上述四個段外，自定義段因需要而可被定義。由於編譯器不知道這類段的開始位址，又稱它們為未定義段。必需在連接選項中指定自定義段的開始位址。如下例：

void MySection(void) __attribute__((section(".mysection")));

void MySection(void)

{

printf("hello avr!");

}

連接選項：

avr-gcc ... -Wl,--section-start=.mysection=0x 001c 00

這樣函數 MySection 被定位到了FLASH 記憶體0X 1C 00 處。