4. 链接脚本与内存布局：u-boot.lds 链接脚本分析、代码段/数据段/BSS段布局、重定位地址与运行地址

链接脚本（Linker Script）是嵌入式系统启动流程中承上启下的关键文件。它决定了 U-Boot 的各个段（Section）在内存中的最终排列方式，并直接影响了重定位（Relocation）机制的实现。本章将深入分析 u-boot.lds 的结构，厘清代码段、数据段、BSS 段的布局规则，并重点区分“运行地址”与“重定位地址”这两个核心概念。

4.1 链接脚本的作用与基本结构

链接脚本的主要任务是为链接器（Linker）提供内存布局的指令。在 ARM 嵌入式系统中，U-Boot 的链接脚本通常位于 arch/arm/cpu/u-boot.lds 或 board/<vendor>/<board>/u-boot.lds。它使用 GNU LD 的链接脚本语法，通过 MEMORY 命令定义物理内存区域，并通过 SECTIONS 命令描述各段的输出位置。

一个典型的 U-Boot 链接脚本结构如下：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)

SECTIONS
{
    . = 0x00000000;          /* 起始链接地址，由具体板级配置决定 */

    .text : {
        *(.__image_copy_start)
        *(.vectors)
        arch/arm/cpu/armv7/start.o (.text*)
        *(.text*)
    }

    .rodata : {
        *(.rodata*)
    }

    .data : {
        *(.data*)
    }

    . = ALIGN(4);
    .u_boot_list : {
        KEEP(*(SORT(.u_boot_list*)));
    }

    . = ALIGN(4);
    __image_copy_end = .;

    .rel_dyn_start : {
        *(.__rel_dyn_start)
    }
    .rel.dyn : {
        *(.rel*)
    }
    .rel_dyn_end : {
        *(.__rel_dyn_end)
    }

    .end : {
        *(.__end)
    }

    _image_binary_end = .;

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

4.2 代码段、数据段与 BSS 段布局

U-Boot 的二进制映像在内存中按照严格的顺序排列。下表总结了各主要段的属性与作用：

4.3 运行地址与重定位地址

在 U-Boot 的启动流程中，存在两个关键的地址概念：

• 运行地址（Load Address / Run Address）：U-Boot 代码当前正在执行的物理地址。在启动第一阶段，U-Boot 通常从 Flash（如 SPI NOR、NAND）或 ROM 中加载到 SRAM 或片内 RAM 中执行，此时的运行地址由硬件复位向量决定。
• 重定位地址（Relocation Address）：U-Boot 在完成第一阶段初始化后，将自身从当前运行位置复制到 DDR 中的目标地址。这个目标地址就是重定位地址。重定位后，U-Boot 会在新地址处继续执行，并访问位于新地址的数据段和 BSS 段。

链接脚本中定义的起始地址（. = 0x00000000）通常是“链接地址”，它并不一定等于最终的运行地址。U-Boot 通过位置无关码（PIC）技术，使得在重定位前代码可以在任意地址执行。重定位过程由 board_init_f 和 relocate_code 函数协同完成。

4.4 内存布局与重定位流程 SVG 图

下图展示了 U-Boot 从 Flash 加载到最终在 DDR 中重定位完成的完整内存布局变化过程：

4.5 重定位表 .rel.dyn 的作用

U-Boot 的重定位并非简单的内存复制，它还需要修正代码中的绝对地址引用。.rel.dyn 段存储了所有需要重定位的地址条目。每个条目包含：

• 偏移量（Offset）：需要修正的地址在映像中的偏移。
• 类型（Type）：重定位类型，如 R_ARM_RELATIVE。
• 附加值（Addend）：用于计算的基址偏移。

重定位时，U-Boot 遍历 .rel.dyn 表，对每个条目执行：*(偏移量) += 重定位地址 - 运行地址。这样，所有指向全局变量或函数的绝对地址都会被修正为指向 DDR 中的新位置。

4.6 链接脚本中的符号与边界

链接脚本中定义了一系列符号，供启动代码在运行时使用。这些符号在 C 代码中通过 extern 声明后即可访问：

这些符号的地址在链接时确定，并固化在 ELF 文件中。启动代码通过读取这些符号的值，即可获得各段在内存中的实际边界，从而完成复制、清零、重定位等操作。

4.7 常见问题与调试建议

• 问题：U-Boot 启动后打印“undefined instruction”或“prefetch abort”。
  排查：检查链接脚本中 .vectors 段是否被放置在起始位置，以及异常向量表是否被正确复制到重定位地址。
• 问题：全局变量在重定位后值丢失或错误。
  排查：确认 .data 段被包含在 __image_copy_start 到 __image_copy_end 范围内，且 BSS 清零操作在重定位之后执行。
• 问题：重定位后函数指针调用失败。
  排查：检查 .rel.dyn 表是否完整，以及重定位循环是否正确处理了所有 R_ARM_RELATIVE 条目。