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~~~