c++嵌入式开发中如何使用链接器脚本(Linker Script)? (控制内存布局)

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嵌入式c++项目必须手写链接器脚本,因裸机/RTOS无OS管理内存布局,需精确控制.text/.data/.bss等段的物理地址;须用MEMORY定义Flash/RAM区域,SECTIONS中显式处理.init_array以保障全局对象构造,并导出_sdata/_sidata/_edata供startup复制.data。

c++嵌入式开发中如何使用链接器脚本(Linker Script)? (控制内存布局)

为什么嵌入式 C++ 项目必须手写链接器脚本?

因为裸机或 RTOS 环境下没有操作系统接管内存布局,.text.data.bss 这些段默认会按工具链默认规则排布——很可能把代码塞进 RAM、把未初始化变量放在 Flash 地址上,直接导致启动失败或运行时崩溃。链接器脚本(通常叫 linker.ld)是唯一能精确控制每个段落物理地址和大小的手段。

如何定义 MEMORY 区域并映射到真实硬件?

必须先用 MEMORY 告诉链接器芯片的真实资源:哪些地址是 Flash、哪些是 RAM、起始和长度多少。漏写、写反顺序、地址重叠都会让 ld 报错或静默错配。

  • FLASH 区域必须从芯片手册确认的 Boot 地址开始(比如 0x08000000),长度不能超过实际 Flash 容量
  • RAM 区域要避开/预留区(例如 stm320x20000000 开始,但前 4KB 可能被 _estack 占用)
  • 多个 RAM 区(如 DTCM/SRAM1/SRAM2)需分别命名,后续用 REGION 显式指定段归属
MEMORY {   FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K   RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K }

如何把 C++ 全局对象构造函数塞进 .init_array?

普通 C 项目不关心这个,但 C++ 的全局对象(含 Static 局部对象)构造函数必须在 main() 前执行。GCC 用 .init_array 段收集这些函数指针,而默认链接脚本常忽略它——结果就是对象没构造、std::cout 或自定义单例直接崩。

  • 必须显式声明 .init_array 段,并确保它位于 RAM 中(因为函数指针要运行时读取)
  • 加上 PROVIDE 定义 __init_array_start__init_array_end 符号,C runtime 才能遍历调用
  • 别忘了 .fini_array析构函数),虽然嵌入式很少用,但留着更健壮
SECTIONS {   .text : { *(.text) }   .rodata : { *(.rodata) }    .init_array : {     PROVIDE(__init_array_start = .);     KEEP(*(SORT(.init_array.*)))     KEEP(*(.init_array))     PROVIDE(__init_array_end = .);   } > RAM    .data : { *(.data) } > RAM AT > FLASH   .bss : { *(.bss) } > RAM }

为什么 .data 复制代码必须由 startup 文件触发?

链接脚本只定义布局,不生成复制逻辑。.data 在 Flash 里存初值,上电后得靠 startup 汇编/C 代码把它拷到 RAM 对应位置——否则 int x = 42;x 在 RAM 里还是随机值。

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  • 链接脚本中 .data > RAM AT > FLASH 是关键:前者指定运行时地址(RAM),后者指定加载时地址(Flash)
  • 必须导出 _sidata(Flash 中 .data 起始)、_sdata(RAM 中 .data 起始)、_edata(RAM 中 .data 结束)三个符号供 startup 使用
  • C++ 的 constexpr 全局变量若被放入 .rodata,则无需复制;但带非 trivial 构造的静态对象仍依赖 .init_array 流程
SECTIONS {   .data : {     _sdata = .;     *(.data)     _edata = .;   } > RAM AT > FLASH    _sidata = LOADADDR(.data); }

链接器脚本不是“写完就能跑”的配置文件,它和 startup 代码、编译选项(比如 -fno-exceptions 是否影响 .init_array 内容)、甚至 C++ 标准库实现强耦合。一个字符写错(比如把 > 写成 >>)就可能让整个 .data 段被丢进未映射地址。调试时优先检查 map 文件里各段的 LMAVMA 是否符合预期。

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