cisen
commented
4 years ago Linker Script，LMA，VMA实例分析 https://www.cnblogs.com/blogernice/articles/9856216.html 以前在学ld的script时两个比较重要的概念，即指定一个输出section的lma和 vma(分别是load memory address和virtual memory address)，vma的作用是很明显地，就是决定run time address嘛，但lma有什么用呢？恩，对运行在linux这样的操作系统上面的应用程序来说，是没什么用的，毕竟应用程序都是被'load'到虚拟 地址空间中。但是在嵌入式底层firmware, bootloader开发来说，这个关键字不再打酱油。
看下面这么一段代码，汇编：
.section .text
_symbol_in_text:
mov $1, %eax
.section .data
_symbol_in_data:
.long 0x90909090 简单得不能再简单了，定义了两个段，.text和.data，.text里面就一条指令，.data里面也只有一个字。
先编译成可重定向的.o目标文件：
gcc -o xxx.o -c xxx.S 接着用ld将其链接成可运行文件，这里其实只有一个目标文件参与链接，所以说链接其实是不对的，ld只是做做重定向或者叫定址的工作而已，外加在elf文件中产生描述文件的segment和section的信息等。
链接时首先提供一个最简单的ld script:
OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386", "elf32-i386")
OUTPUT_ARCH(i386)
SECTIONS
{
.text 0x5000 : { *(.text) }
.data 0x8000 : { *(.data) }
} 在上面这个ld script中只定义了vma；根据ld的规则：如果没有用AT指令定义lma的话，那么lma默认等于vma。
这 里为什么两个段(.data和.text)的vma不一样？试想在嵌入式系统中是不是会遇到这种情况，即Flash(Rom)空间较大，Ram空 间相对较小，于是我们只希望让数据装载进Ram空间，代码就直接运行在Flash(Rom)中。比如Flash(Rom)的起始地址0x5000，Ram 的起始地址0x8000，所以这两个段的vma就必须对应到相应Region的起始地址上。不然会怎么着？不是跑飞就是读写的数据找不到。
链接：
ld ./lma_vma.o -T ./lma.equal.vma.lds 生成a.out可执行文件。
注 意，这个a.out是‘可执行’的elf文件。对于bootloader或者firmware来说，一般是直接把一个binary文件 ‘burn’到板子上的。把elf文件剥离成一个binary文件，在万能的gnu tool帮助下，非常简单，一个objcopy便可搞定：
objcopy -O binary ./a.out 好了，用file看一下文件类型：
./a.out: COM executable for MS-DOS 应该就是'bin'文件了。
且慢，还记得之前我们没有用AT指令指定两个段的lma么。那么，问题来了，我们先用ls -l看一下有什么异样：
[root@localhost ldscript_test]# ls -lh ./a.out
-rwxr-xr-x 1 root root 13K 11-04 20:55 ./a.out 文件足足有13k大小。别忘了，我们的源程序只有一条指令和一个32位的字，并且是纯数据的bin文件，为什么有这么大？
看看这个纯数据的文件里面有些啥，借助于hexdump，真相一目了然：
[root@localhost ldscript_test]# hexdump ./a.out
0000000 01b8 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
*
0003000 9090 9090 最 开始01b8应该就是mov $1, $eax的instruction code。而0x3000位置的90909090显然就是我们定义在数据段的字了。因为链接器脚本中没有用AT指令专门为两个段指定lma，所以其lma 与vma相等，两个段相差了0x3000 bytes的长度。.text段之前没有其他段了，所以最终的bin文件中一开始就是.text段的内容，虽然只有2个字节，但仍然要过0x3000 bytes才是.data段。中间那些未知数就填0了。
这样有什么问题呢？因为我们知道0x8000已经是Ram了，难道我们要将全局数据 烧到一断电内容就消失的Ram中？并且，Flash(Rom)和 Ram之间相隔的0x3000 bytes不一定就对应实际的存储区域（比如也在Flash中），有可能根本就是hole。那么‘烧’这些0下去有可能会造成问题。
我们希望的结果是，烧写的data和text都在Flash(Rom)中，运行后再将data自搬运到Ram中。最好bin文件中两个段紧挨着，保持文件尽可能小的size。
下面的ld script在定义.data段时增加了AT指令来描述其lma，这样表示.data段的lma紧接在.text段的后面：
OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386", "elf32-i386")
OUTPUT_ARCH(i386)
SECTIONS
{
.text 0x5000 :
{
*(.text)
}
.data 0x8000 : AT(ADDR(.text) + SIZEOF(.text))
{
*(.data)
}
} 这次链接、objcopy后生成的a.out文件看一下：
[root@localhost ldscript_test]# hexdump ./a.out
0000000 01b8 0000 9000 9090 0090
0000009 只有9个字节大小，里面的内容正好是一条指令加上后面的0x90909090（指令后面的两个0x00是为了4字节对齐.data的pad）
这个bin文件就可以放心的烧写到Flash(Rom)中去了。不过，将.data段搬运到Ram的代码还是得自己写的。更系统的学习ld script，请info ld。
youth7
gamife
michael-etzkorn
关于LMA和VMA，这个问题，有点点小复杂，不过，此处，我会把我的理解，尽量通过通俗的方式解释出来，以方便理解。当然，鄙人水平有限，难免有错，希望各位批评指正。
一般提及LMA和VMA，多数情况都是和ld，链接器相关的。 在了解这两个名词的详细含义之前，有些基本知识和前提要说一下： ［基础知识］ 1。从你写的源代码到执行你的程序，一般经历了这几个过程： 源代码编辑 -> 编译 -> 链接 -> 装载 -> 执行 2。编译，简单说就是用编译工具，将你的源码，变成可以执行的二进制代码，也叫做目标文件，当然只是对应某一种硬件平台，比如此处我用的是Intel的X86系列的CPU，编译出来的，就是针对X86的二进制代码。 3。链接就是，将多个目标文件合并为一个目标文件，称作可执行文件。 4。每个目标文件都包含一连串的section，最常见，最基础的至少有： .text，代码段，就是CPU要运行的指令代码； .data，数据段，程序中包含的一些数据，放在这个段里； .bss，未初始化段，记录了程序里有哪些未初始化的变量，就相当于只记录对应的名字，留着程序运行前去初始化为0，所以，此处并不占用具体空间。打个比方就是，只记录人名，没有人站在这里占地方，而对应的.text和.data段，都是既有人名（函数或者变量名）,又占对应的地方（包含具体空间记录到底是什么指令代码和数据的数值是多少）。 5。section一般可以分为loadable与allocatable. 通俗点说就是： loadable，可加载，就是，原先目标文件里面包含对应的代码或数据，所以，装载器要把这些内容，load到对应的地址，以便程序可以运行； 而allocatable，可分配的，最简单理解就是上面提到的.bss段，那里记录了人名，到时候，你要给这些人名分配空间给你站的地方，对应着也就是变量所要占用的具体内存空间了。 其他还有既不是loadbale的，也不是allocatable的，比如只存储debug信息的段，此处不多解释。 ［前提］ 程序已经编译好了，有了一个可执行文件，也叫目标文件，二进制文件，才会有后面的把程序装载，运行的事情。
看完了基础知识和前提，再说我们此处的主题，才能更加清楚是咋回事： 对于目标文件中的loadable或allocatable的section，其都有两个地址：VMA 和 LMA 。 知道了其来由，再看具体解释：
［LMA 详解］
LMA的英文原版解释： LMA（Load Memory Address）： the address at which the section will be loaded. 什么是Load Memory Address，内存装载地址呢? 此处，单单从名字上，我们就可以看出几层意思： 1。load，装载 为何要装载呢？ 因为，如果想要使你的程序（即经历过，由你的源码，通过编译器的编译，链接器的链接，形成的那个可执行文件），能在内存里面运行，那么肯定涉及到一点，就是，有人，把你的这个程序， ，从此处常见的存储器硬盘里面，搬到内存里面去了，然后才有可能运行。而这里的装载，就是对应这个意思。就是把程序，从硬盘里面，装载Load，到内存里面去了。 对应地，放到内存哪里去了呢？就是LMA，Load Memory Address，就是把你的程序中的对应的内容，详细点说就是，把其中的.text代码段，.data数据段等内容，搬到，也就是copy拷贝到，内存的LMA地址处了。 2。Memory，内存 上面已经解释了，这里再多说几句。 程序运行的本质，就是CPU读取到指令，然后执行。这里就涉及到，如果想要你的程序运行， 首先，你应该把对应的指令，放到合适的地方，CPU 才能读到，才能执行。 此处合适的地方，有人想到，直接放到硬盘这里，CPU过来读取，然后执行不就可以了吗，还不用这么麻烦地将（指令）代码搬来搬去的，多省事。但是实际上，系统就是这么“笨”地搬来搬去，原因在于，从硬盘上直接读取指令，速度比直接从内存，一般PC 上是各种类型的RAM，比如DDR，此处统称为Memory/内存， 要慢很多倍，所以，系统才会不嫌弃麻烦，把代码拷贝到内存里面去，然后从内存里面读取指令，然后执行，这样效率会高很多。 所以，此处简单说就是，为了总体效率，对于普通系统，比如PC，程序的执行都是在Memory，内存里面执行的。
因此，用一句话总结就是： 代码从ROM被装载到RAM的某个地方，那个地方的地址，就是LMA 。
［VMA 详解］
英文解释： VMA（Virtual Memory Address）：the address the section will have when the output file is run; 那啥是虚拟内存地址呢？简单说就是，你程序运行时候的所对应的地址。 此处所谓的虚拟，一般来说，指的是启用了MMU之后，才有了虚拟地址和实地址。 此处，我们可以简单的理解为，就是内存的实际地址即可。 程序运行前，要把程序的内容，拷贝到对应的内存地址处，然后才能运行的。 因此，一句话总结就是： 代码要运行的时候，此时对应的地址，就是VMA。
［理解此句：在多数情况下，LMA和VMA是相等的］ 这句话，说白了，可以（武断地）这么理解： 如果是普通PC电脑，也就是上面说的，大多数情况下，那么LMA和VMA是一样的，也就是，程序被加载到内存的什么地方，也就在什么地方运行。 如果是嵌入式系统，也就是相对的“少数情况”，LMA和VMA不一样。而其中最常见的一种情况就是， 程序被放到ROM中，比如设置为只读的Nor Flash中，也就是LMA的地址是Nor Flash的地址， 此如随便举例为0x10000000，而程序要运行时候的地址是内存地址，比如0x30000000,也就是VMA 是0x30000000，这时候，就要我们自己保证，在程序运行之前，把自己的程序，从LMA＝0x10000000拷贝到VMA＝0x3000000处，然后程序才可以正常运行。
有人会问，反正对于ROM来说，CPU 也是可以直接从ROM里面读取代码，然后运行的。为何还要前面提到的，弄个LMA 和VMA不同，搬来搬去的呢？因为ROM，顾名思义，是只读的，只能读取，不能写入的。 而程序中的代码段，由于只是被读取，不涉及到修改写入，是没有问题的。但是对于数据段和bss位初始化段来说，里面的所有的程序的变量，多数都是在运行的时候，不仅要读取，而且要被修改成新的值，然后写入新的值的，所以，如果还是放到ROM里面，就没法修改写入了。 而且，另一个原因是，CPU从ROM，比如常见的Nor Flash中读取代码的速度，要远远小于从RAM，比如常见的SDRAM，中读取的速度，所以，才会牵扯到将代码烧写到ROM里面，然后代码的最开始，将此部分程序reaload，重载，也就是从此处的ROM的地址，即LMA，重新拷贝到SDRAM中去，也就是VMA的地方，然后从那里运行。
［后记］ 关于LMA 和 VMA： Linker，链接器的作用： 1。将LMA写到（可执行的）二进制文件里面去 2。解析符号。即，把不同的符号，根据符号表中的信息，转换成对应的地址。此处只涉及VMA，即程序运行时候的地址。
Loader，装载器的作用： 1。从二进制文件中读出对应的段的信息，比如text，data，bss等段的信息， 将内容拷贝到对应的LMA的地址处。此谓，装载（对应内容）到装载地址（LMA）。 2。如果发现VMA!=LMA, 即 程序运行时候的地址，和刚刚把程序内容拷贝到的地址LMA，两者不一样， 那么就要把对应的内容，此处主要是data，数据段的内容，从刚刚装载到的位置，LMA处，拷贝到VMA处， 这样，程序运行的时候，才能够在执行的时候，找到对应的VMA处的变量，才能找到对应的值，程序才能正常运行。