100 编译与位置无关的目标文件

发布于 2024-05-22 13:49:07 浏览：258 订阅该版

[tocm]

## 前言:
做这个功能的原因是:我们目前升级是boot + 双app, 这两个app交差升级, 这回导致必须编译两个有不同链接地址的bin文件, 而且升级的时候需要根据升级地址选择对应文件, 这增加了一定的复杂程度, 所以想编译出来一个与位置无关的bin文件, 使其能烧录到任意地址都能运行, 只需要boot指定目标地址就行了.

## 问题:
代码中直接通过函数名调用的地方都可以根据PC偏移来找到, 但是对于使用函数指针的地方, 比如在rtthread 中使用 INIT_BOARD_EXPORT(fn) 初始化的地方, 这些函数被统一硬件编址到了目标文件, 不过这个统一在一个地方调用,倒可以在调用前修正一下.但是对于其他用函数指针的来调用的地方就有问题了, 函数地址也被硬编码到了目标文件中, 烧录到不同地址后再引用这个函数就会出错

下面描述一下我目前做的修改点,希望有大佬帮忙看看是否我哪里没有做对才导致了我的上述问题

## 开发环境是 ENV + GCC + GD32F303
编译选项增加了以下几个

```python
CFLAGS += ' -fPIC'   #生成与位置无关代码
CFLAGS += ' -mno-pic-data-is-text-relative'  #不让任何变量相对于PC寻址
CFLAGS += ' -mpic-register=r9'               #让pic基于R9寄存器偏移
```

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## 链接脚修改

```c
MEMORY
{
    CODE (rx) : ORIGIN = 0x08002000, LENGTH = 122k
    DATA (rw) : ORIGIN = 0x20000020, LENGTH = 48*1024-0x20
}
```
其中
0x08000000 - 0x08002000 这部分空间用来存放bootloader代码
0x20000000 - 0x20000020 这部分用来在启动文件中存放一些元数据(flash偏移, 向量表地址, GOT表地址)

data段增加GOT表
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启动文件修改 只修改了 复位处理函数 增加的代码将 flash偏移地址, GOT表地址信息, 向量表地址信息 放到RAM 的起始位置,以及将GOT 表偏移地址放入R9, 然后修正got表以及中断向量表(update_vtor update_got这两个函数在后面)

```c
Reset_Handler:
/*struct app_metamessage_t */
/*保存flash偏移地址 0x20000000*/
    mov r8, PC
    sub r8, 4
    ldr r1, =Reset_Handler
    sub r8, r1
    add r8, #1
    ldr r1, =0x20000000
    str r8, [r1, #0]
/*保存GOT起始地址 0x20000004*/
    add r1, #4
    ldr r2, =GOT_START
    str r2, [r1, #0]
/*保存GOT结束地址 0x20000008*/
    add r1, r1, #4
    ldr r2, =GOT_END
    str r2, [r1, #0]
/*保存向量表起始地址 0x2000000c*/
    add r1, #4
    ldr r2, =VT_START
    str r2, [r1, #0]
/*保存向量表结束地址 0x20000010*/
    add r1, #4
    ldr r2, =VT_END
    str r2, [r1, #0]
/*保存 GOT PIC 基地址*/
    ldr r9, =GOT_START

/*将flash 偏移量放到寄存器r8 中*/
    ldr r1, =0x20000000
    ldr r8, [r1]

ldr r1, =_sidata
/*修正data 拷贝flash 偏移*/
    add r1, r8
/*------------------------*/
    ldr r2, =_sdata
    ldr r3, =_edata
    subs r3, r2
    ble fill_bss_start

loop_copy_data:
    subs r3, #4
    ldr r0, [r1,r3]
    str r0, [r2,r3]
    bgt loop_copy_data

fill_bss_start:
    ldr r1, =__bss_start
    ldr r2, =__bss_end
    movs r0, 0
    subs r2, r1
    ble startup_enter

loop_fill_bss:
    subs r2, #4
    str r0, [r1, r2]
    bgt loop_fill_bss

startup_enter:
/*修正以及重定向中断向量表 */
    bl update_vtor
/*修正got表 */
    bl update_got

bl SystemInit
    bl entry

/* Exception Handlers */
    .weak   NMI_Handler
    .type   NMI_Handler, %function
```

## 注释掉代码里原来重定向中断向量表的地方

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## 修改rtthread 堆栈初始化
因为编译器将R9 寄存器用来固定做GOT 偏移, 但是rtthread堆栈初始化的时候强行给R9 写入了0xdeabeef

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## update_got 以及 update_vtor 函数以及向量表重定义实现

```c
struct app_metamessage_t
{
    uint32_t flash_offset;
    uint32_t got_start;
    uint32_t got_end;
    uint32_t vt_start;
    uint32_t vt_end;
};

static struct app_metamessage_t *app_meta = (struct app_metamessage_t *)0x20000000;
static uint32_t vtor_ram[256] __attribute__((aligned(1024)));

#define FLASH_ADDR_MAX      ((256*1024) + 0x08000000)

static void update_offset(uint32_t start, uint32_t end)
{
    for (uint32_t *i = (uint32_t *)start; i < (uint32_t *)end; i++) {
        if ((*i < FLASH_ADDR_MAX) && (*i != 0)) {
            *i += app_meta->flash_offset;
        }
    }
}

void update_vtor(void)
{
    uint32_t *vt_start = (uint32_t *)(app_meta->vt_start + app_meta->flash_offset);
    uint32_t *vt_end   = (uint32_t *)(app_meta->vt_end + app_meta->flash_offset);
    uint32_t *vt_ram_start = vtor_ram;

while(vt_start < vt_end) {
        *vt_ram_start++ = *vt_start++;
    }
    update_offset((uint32_t)vtor_ram, ((uint32_t)vtor_ram) + (app_meta->vt_end - app_meta->vt_start));
    SCB->VTOR = (uint32_t)vtor_ram;
}

void update_got(void)
{
    update_offset(app_meta->got_start, app_meta->got_end);
}
```

## INIT_BOARD_EXPORT 等自初始化地方调用修正
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240524/9fdd8b5fe03d8ff34af11948a79f8450.png.webp)

## bootloader跳转修正
我目前的链接脚本指定的flash 地址为 0x08002000, 所以这里的offset 偏移指的是
对0x08002000的偏移, 这里只支持向后偏移

```c
static void iap_go_app(uint32_t addr)
{
    typedef  void (*iap_fun)(void);
    iap_fun jump_app;
    uint32_t reset_addr;
    uint32_t offset = (addr - APP_OFFSET_BASE);

__disable_irq();

jump_app=(iap_fun)(*(uint32_t *)(addr+4));
    __set_MSP(*(uint32_t *)addr);
    reset_addr = (*(uint32_t *)(addr+4));
    reset_addr += offset;
    jump_app = (iap_fun)reset_addr;

jump_app();
}

int main(void)
{
    iap_go_app(0x08002000);  //链接地址和烧录地址和跳转的地址一样的时候可以正常运行
    // iap_go_app(0x08003000); //如果用jflash强行烧录到0x08003000 这个地址的时候 app里面的函数指针就异常了
    while(1);
}
```

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目前我就只做到了这一步, 烧录到不同地址bootloader都能正常跳转并运行但是只要代码中一旦遇到
使用到函数指针的地方就会跑飞 比如对gpio的操作
```c
void rt_pin_mode(rt_base_t pin, rt_base_t mode)
{
    RT_ASSERT(_hw_pin.ops != RT_NULL);
    _hw_pin.ops->pin_mode(&_hw_pin.parent, pin, mode); //这里的地址被硬编码到了固定地址
}
```

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# 希望有大神看到帮忙看看能否解决这个问题