关于STM32CubeIDE链接脚本的小问题

cathy 在周一, 11/29/2021 - 10:39 提交

越来越多的客户在使用STM32CubeIDE作为集成开发工具。STM32CubeIDE在编译代码的时候，用到了链接脚本。通常情况下，STM32CubeIDE会自动生成默认的链接脚本。但是有些情况下，例如，用户程序需要定义一些特别的段来放置代码或者数据的时候，我们就需要修改链接脚本文件。

最近有客户在修改链接脚本后，编译没有出现问题。但是编译之后生成的BIN文件很大，导致无法烧录到Flash中。结合这个问题，本文详细分析一下它的原因以及解决办法。

问题描述

使用STM32CubeIDE创建工程的时候，在项目工程目录文件夹下生成后缀为ld的链接脚本文件，程序的编译和链接都会依赖链接脚本文件。如下图所示，STM32H743VIT6的RAM空间被包含6块，每块RAM的起始地址是独立的，如果客户需要把指定特定的RAM区域放置数据或者代码的时候，需要手动修改链接脚本文件。

Figure 1 Memory Mapping for STM32H43

客户在使用STM32H743VIT6进行应用开发的时候，需要在0x24000000 以及0x30000000的RAM空间定义两个未初始化的数组。所以客户修改了ld链接脚本文件，添加两个SECTIONS分别定位在0x24000000和0x30000000位置，同时在代码中使用__attribute__关键字指定数组在对应的SECTIONS中。

依照客户的问题描述，我们首先修改链接脚本，添加两个SECTIONS分别为ram_at_0x24000000和ram_at_0x30000000，参考如下。

Figure 2 Id链接脚本文件

同时在源代码中添加两个数组，分别定位在添加的SECTIONS中，参考如下。

Figure 3 定义数组参考代码

编译修改之后的工程，是可以正常运行的，但是我们发现当把ELF目标文件转为BIN文件之后，产生的BIN文件非常的大。这就导致如果使用BIN文件进行下载的话，是无法下载成功的，因为BIN文件的大小以及超出了Flash的存储空间。由下图BIN文件属性我们可以看到BIN文件的大小为650M。

Figure 4 BIN文件大小

那么是什么原因导致产生的BIN文件这么大呢？文件就出在ld链接脚本文件这里。

问题分析

BIN文件是最纯粹的二进制机器代码, 或者说是"顺序格式"。按照assembly code顺序翻译成binary machine code，内部没有地址标记。BIN是直接的内存映象表示，二进制文件大小即为文件所包含的数据的实际大小。BIN文件就是直接的二进制文件，一般用编程器烧写时从00开始，而如果下载运行，则下载到编译时的地址即可。

STM32CubeIDE依赖链接脚本文件生成目标ELF文件，生成ELF目标文件之后，STM32CubeIDE会依赖GNU Objcopy工具把ELF文件转为BIN文件。这个过程简单一点来说，就是提取ELF文件中的代码段以及可加载数据段按照地址信息顺序生成BIN文件。

所以，如果BIN文件很大，那说明可加载的代码段和数据段很大。在我们的测试项目中，代码段是固定的；现在BIN文件很大，说明是数据段过大导致的。

通过查看编译产生的list文件，我们可以清楚的看到每个段的大小。

Figure 5 Sections Map

从上图的Sections Map中，每个Section会有几个关键的参数和类型。Size为每个Section的大小，VMA是指Section在程序运行时候的地址，LMA是指Section在Flash中的加载地址。通常情况下从Flash执行的程序，Code段VMA和LMA是一样的。Data段的VMA会放在RAM中，LMA会放在Flash中，所以Data段的VMA和LMA通常不一样。在每个段的类型中，还有一个关键的属性是LOAD，如果定义了LOAD属性，那说明这个段是需要写入Flash中的。

GNU Objcopy工具生成BIN文件的过程，实际上就是把ELF文件中各个定义了LOAD属性的SECTION按照LMA的先后顺序提取出来，写入BIN文件中。SECTION的地址如果不是连续的，间隔部分则会填充DUMMY或指定的数据。所以BIN文件的大小为最大LMA加上对应的SECTION的Size。

结合上图，该工程最终生成的BIN文件大小为 0x30000000+0x4000 -0x8000000 = 671105024 和图4的文件属性显示的大小是一致的。

问题已分析

问题解决

▼查收解决方法▼

根据上面章节分析的原因，BIN文件过大是新增加的两个SECTIONS导致的。如图5所示，ram_at_0x24000000 段和ram_at_0x30000000段都具有LOAD属性，所以GNU Objcopy工具认为该段是需要加载到Flash中的。如果修改该段的属性为NOLOAD，则可解决这个问题。

参考 The GNU Linker 文档第73页，指定SECTION的类型为NOLOAD。最终修改后的链接脚本文件如下所示。