4. 固件组成与格式

说实话，很多做固件的工程师，写了好几年代码，都没怎么碰过 .ld 文件。编译器一把梭，烧进去能跑就行。但一旦遇到芯片内存不够、需要精确控制变量存放位置、或者要做 bootloader 分区，你就绕不开它了。

链接脚本，说白了就是告诉链接器：你的代码和变量，应该放在硬件的哪个地址上。它是一张内存地图，也是一份段布局的施工图。今天我就带你把它彻底吃透。

4.1 链接脚本到底在干什么？

我们先看一个最简单的例子。假设你写了一个 main.c：

int global_var = 42;          // 已初始化的全局变量
int uninit_var;               // 未初始化的全局变量
const char msg[] = "Hello";   // 只读常量

void func(void) {
    static int count = 0;     // 静态局部变量
    int local = 10;           // 栈变量
}

编译之后，这些符号会被分配到不同的段（Section）：

• func() 的指令 → .text
• msg[] 和字符串常量 → .rodata
• global_var = 42 → .data
• uninit_var 和 count → .bss
• local → 运行时栈，不占用固定段

链接脚本的任务，就是把这些段，按你指定的顺序和地址，拼接到最终的二进制文件里。

4.2 内存布局：ROM 和 RAM 的分工

嵌入式系统里，ROM（Flash）和 RAM 的分工非常明确：

这里有个关键点：.data 段在 Flash 里存了一份初始值，但运行时必须搬到 RAM 里。为什么？因为全局变量是要被修改的，不能放在只读的 Flash 里。这个搬运过程，就是所谓的「重定位」或「初始化」。

我画了一张图，帮你把整个内存布局串起来：

4.3 段（Section）的定义与重定位

链接脚本里，段是用 SECTIONS 块来描述的。我直接拿一个实际项目里的脚本片段来拆解：

SECTIONS
{
    /* 中断向量表，必须放在 Flash 起始地址 */
    .vectors : ALIGN(4)
    {
        __vectors_start = .;
        KEEP(*(.vectors))
        __vectors_end = .;
    } > FLASH

    /* 代码段 */
    .text : ALIGN(4)
    {
        *(.text)           /* 所有 .text 段 */
        *(.text.*)         /* 所有 .text.xxx 子段 */
        *(.glue_7)
        *(.glue_7t)
    } > FLASH

    /* 只读数据段 */
    .rodata : ALIGN(4)
    {
        *(.rodata)
        *(.rodata.*)
    } > FLASH

    /* 已初始化数据段 - 加载在 Flash，运行在 RAM */
    .data : ALIGN(4)
    {
        __data_start = .;
        *(.data)
        *(.data.*)
        __data_end = .;
    } > RAM AT> FLASH

    /* 零初始化段 */
    .bss : ALIGN(4)
    {
        __bss_start = .;
        *(.bss)
        *(.bss.*)
        *(COMMON)
        __bss_end = .;
    } > RAM
}

这里有几个概念，我当年刚接触时也绕了很久：

• VMA（Virtual Memory Address）：段在运行时的地址。比如 .data 的 VMA 在 RAM。
• LMA（Load Memory Address）：段在烧录时的地址。比如 .data 的 LMA 在 Flash。
• ALIGN(n)：强制地址对齐到 n 字节。ARM 通常要求 4 字节对齐，否则可能触发硬件异常。
• KEEP()：告诉链接器，即使这个段没被引用，也不要优化掉。中断向量表必须加这个。

4.4 如何自定义链接脚本？

实际项目中，很少有直接用默认链接脚本的。我给你列几个最常见的自定义场景：

举个例子，假设你要把某个大数组强制放到 RAM 的 0x20001000 地址：

/* 在 C 代码中 */
__attribute__((section(".dma_buf")))
uint8_t dma_buffer[4096] __attribute__((aligned(32)));

/* 在链接脚本中 */
.dma_buf 0x20001000 : ALIGN(32)
{
    *(.dma_buf)
} > RAM

这样，dma_buffer 的地址就固定了。DMA 控制器不需要计算偏移，直接硬编码地址就行。

MEMORY
{
    FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
    RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
}

4.5 链接脚本的调试技巧

写链接脚本，最怕的就是地址算错了。我分享几个调试方法：

• 查看 .map 文件：编译时加 -Wl,-Map=output.map，链接器会输出每个符号的最终地址。这是最直接的调试手段。
• 使用 PROVIDE 关键字：在脚本里定义符号，比如 PROVIDE(__stack_top = 0x20020000);，然后在 C 代码里用 extern 引用。这样启动代码就能拿到栈顶地址。
• 检查段大小：用 size 命令查看各段占用。如果 .bss 比预期大很多，可能是某个大数组没初始化。