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大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是一个奇怪的 Keil MDK 下变量链接强制对齐报错问题。
痞子衡最近一直在参与恩智浦 SBL 项目（就是一个适用 LPC 和 i.MXRT 的完整 OTA 方案），这个项目近期会和大家见面，项目需要同时支持 GCC, IAR, MDK 三大开发环境，项目所属 i.MXRT1170 工程在 GCC 和 IAR 下编译链接一切正常，但是在 MDK 下出现了链接对齐报错问题，痞子衡花时间研究解决了这个问题，这个问题算是和 MDK 工具本身紧紧相关，痞子衡觉得挺有意思(其实主要是想吐槽 MDK)，特分享给大家。
也许问题和 MDK 版本有关，在分析问题前，特别交待一下版本信息：
一、L6244E 报错问题
让我们先看一下这是个啥问题，SBL 项目源码引入了 usb stack，在 usb stack 源文件 usb_device_ehci.c 里有如下名为 qh_buffer 的 bss 型变量定义，这个变量实际长度为 3KB，我们要求 MDK 链接时将其放在 2KB 对齐的地址。
#define USB_DEVICE_CONFIG_EHCI (2)
#define USB_DEVICE_CONFIG_ENDPOINTS (8U)
__attribute__((aligned(2048)))
static uint8_t qh_buffer[(USB_DEVICE_CONFIG_EHCI - 1) * 2048 + USB_DEVICE_CONFIG_ENDPOINTS * 2 * sizeof(usb_device_ehci_qh_struct_t)];
如下是 SBL 项目的配套 MDK 链接文件(MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf)，工程代码是 XIP 执行的。从链接文件内容来看，这是一个非常普通的链接文件，除了为 i.MXRT 启动头(FDCB、IVT、BootData)做了一些特殊放置外，其余都是常规链接语句，没有再为其他代码或变量做特殊放置，基本就是让链接器(armlink)自由发挥。
#define m_flash_config_start 0x30000400
#define m_flash_config_size 0x00000C00
#define m_ivt_start 0x30001000
#define m_ivt_size 0x00001000
#define m_interrupts_start 0x30002000
#define m_interrupts_size 0x00000400
#define m_text_start 0x30002400
#define m_text_size 0x00FBDC00
#define m_data_start 0x20000000
#define m_data_size 0x00040000
#define Stack_Size 0x0400
#define Heap_Size 0x0400
LR_m_text m_flash_config_start m_text_start+m_text_size-m_flash_config_start {
; 放置 FDCB（i.MXRT 特色）
RW_m_config_text m_flash_config_start FIXED m_flash_config_size {
* (.boot_hdr.conf, +FIRST)
}
; 放置 IVT, BootData（i.MXRT 特色）
RW_m_ivt_text m_ivt_start FIXED m_ivt_size {
* (.boot_hdr.ivt, +FIRST)
* (.boot_hdr.boot_data)
}
; 放置中断向量表
VECTOR_ROM m_interrupts_start FIXED m_interrupts_size {
* (.isr_vector,+FIRST)
}
; 放置程序代码
ER_m_text m_text_start FIXED m_text_size {
* (InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
}
; 放置程序变量
RW_m_data m_data_start m_data_size-Stack_Size-Heap_Size {
.ANY (+RW +ZI)
* (RamFunction)
* (NonCacheable.init)
* (*NonCacheable)
}
; 放置程序堆、栈
ARM_LIB_HEAP +0 EMPTY Heap_Size { }
ARM_LIB_STACK m_data_start+m_data_size EMPTY -Stack_Size { }
}
编译工程得到一个如下图所示奇怪链接错误，链接器说 LR_m_text 起始地址没有按 2KB 对齐。链接文件里指定的 LR_m_text 加载区地址范围[m_flash_config_start, m_text_start+m_text_size-m_flash_config_start]只是一个最大的 RO 存储范围，虽然 m_flash_config_start 等于 0x30000400，但是这个起始地址是指定用于放置 FDCB 的，况且本文主角 qh_buffer 是个 bss 型变量（初始化值为 0，不需在 flash 里放初值），完全不占用 RO 区，仅需分配 RW 区即可，链接器因为 qh_buffer 的对齐需求而对 LR_m_text 起始地址这么焦虑，实在让人费解。
二、尝试解决报错问题
2.1 调整 LR_m_text 起始地址
既然链接器对 LR_m_text 起始地址这么焦虑，干脆不让它焦虑好了，我们直接将起始地址设成 0x30000000（FlexSPI 映射起始地址），因此链接文件修改如下。注：因为几个 i.MXRT 启动头的段都是固定地址放置的，所以起始地址的改动对他们没有影响，对其余未指定地址放置的段更没有影响。
#define m_flash_start 0x30000000
#define m_flash_size 0x00FC0000
#define m_flash_config_start 0x30000400
#define m_flash_config_size 0x00000C00
LR_m_text m_flash_start m_flash_size { ;改动在这里！！！
; 放置 FDCB
RW_m_config_text m_flash_config_start FIXED m_flash_config_size {
* (.boot_hdr.conf, +FIRST)
}
; 放置 IVT, BootData
; 放置中断向量表
; 放置程序代码
; 放置程序变量
; 放置程序堆、栈
}
改完链接文件后重新编译 MDK 工程，这次没有链接错误了，我们打开工程映射文件(sbl.map)，找出其中跟 qh_buffer 相关的内容，可以看到 qh_buffer 被放置在了 0x20004800 处，这个地址确实是 2KB 对齐的，但这是 RW 区，其实跟我们设定 / 改动的 LR_m_text 加载空间没有任何联系。
==============================================================================
Image Symbol Table
Local Symbols
Symbol Name Value Ov Type Size Object(Section)
qh_buffer 0x20004800 Data 3072 usb_device_ehci.o(.bss.qh_buffer)
[Anonymous Symbol] 0x20004800 Section 0 usb_device_ehci.o(.bss.qh_buffer)
==============================================================================
Memory Map of the image
Image Entry point : 0x30002401
Load Region LR_m_text (Base: 0x30000000, Size: 0x00011800, Max: 0x00fc0000, ABSOLUTE, COMPRESSED[0x00011518])
Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x30010000, Size: 0x00005ed8, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE, COMPRESSED[0x00000800])
Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object
0x20004800 - 0x00000c00 Zero RW 2164 .bss.qh_buffer usb_device_ehci.o
2.2 为链接器加 --legacyalign 选项
上一节的方法虽然解决了问题，但是解决方案没有说服力，仅仅是个替代方案。为此痞子衡翻看了 MDK 官方文档，找到了如下关于链接对齐方面的一些说明文档：
- 关于 --legacyalign, --no_legacyalign 用法解释：https://www.keil.com/support/man/docs/armlink/armlink_pge1362075504330.htmSection alignment with the linker 用法规定：https://www.keil.com/support/man/docs/armclang_ref/armclang_ref_pge1362065911965.htm
默认情况下 armlink 链接器假设执行区和加载区是 4 字节对齐的，在链接分配时需要插入一些填充空间来满足区内段的特殊对齐需求，链接器在处理填充时有两个策略：
- 严苛策略 --no_legacyalign（默认）：指示链接器插入填充以强制执行区首地址自然对齐，这里的自然对齐是该区域内已知的最大对齐。这个选项可以确保严格符合 ELF 规范。宽松策略 --legacyalign：指示链接器按最小化对齐方式来插入填充。
读到这里，我们好像找到了一开始报错的原因，就是默认的 --no_legacyalign 捣的鬼，链接器应该根据 LR_m_text 区首地址按 qh_buffer 对齐要求来填充，但实际上链接器却直接撂挑子不干了，报了个错。那我们就不让链接器为难了，给它个宽松策略：
这样改动之后，不需要调整链接文件，MDK 工程也能正常编译连接了。再来看映射文件(sbl/map)，qh_buffer 链接地址相比前一个方案发生了变化，从 0x20004800 移到了 0x20004000，但依然满足 2KB 对齐的。
==============================================================================
Image Symbol Table
Local Symbols
Symbol Name Value Ov Type Size Object(Section)
qh_buffer 0x20004000 Data 3072 usb_device_ehci.o(.bss.qh_buffer)
[Anonymous Symbol] 0x20004000 Section 0 usb_device_ehci.o(.bss.qh_buffer)
==============================================================================
Memory Map of the image
Image Entry point : 0x30002401
Load Region LR_m_text (Base: 0x30000400, Size: 0x00010944, Max: 0x00fbfc00, ABSOLUTE, COMPRESSED[0x00010408])
Execution Region RW_m_data (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x3000f944, Size: 0x000056d8, Max: 0x0003f800, ABSOLUTE, COMPRESSED[0x000001ac])
Exec Addr Load Addr Size Type Attr Idx E Section Name Object
0x20004000 - 0x00000c00 Zero RW 2164 .bss.qh_buffer usb_device_ehci.o
最后再提一个 MDK 自相矛盾的地方，我们加了 --legacyalign 选项后编译给了个如下警告，说 --legacyalign 选项不推荐使用。
然而我们在 MDK 官方文档里看到了备注，说的是 armlink v6.6 版本以上不推荐加 --no_legacyalign 选项，那痞子衡正在使用的 armlink v6.14 版本应该是建议使用 --legacyalign 选项的，但是为何给警告呢？MDK 啊，想说爱你不容易！
至此，一个奇怪的 Keil MDK 下变量链接强制对齐报错问题痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~
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