大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是一個奇怪的Keil MDK下變數連結強制對齊報錯問題。
痞子衡最近一直在參與恩智浦SBL專案（就是一個適用LPC和i.MXRT的完整OTA方案），這個專案近期會和大家見面，專案需要同時支援GCC, IAR, MDK三大開發環境，專案所屬i.MXRT1170工程在GCC和IAR下編譯連結一切正常，但是在MDK下出現了連結對齊報錯問題，痞子衡花時間研究解決了這個問題，這個問題算是和MDK工具本身緊緊相關，痞子衡覺得挺有意思(其實主要是想吐槽MDK)，特分享給大家。
也許問題和MDK版本有關，在分析問題前，特別交待一下版本資訊：
一、L6244E報錯問題
讓我們先看一下這是個啥問題，SBL專案原始碼引入了usb stack，在usb stack原始檔usb_device_ehci.c裡有如下名為qh_buffer的bss型變數定義，這個變數實際長度為3KB，我們要求MDK連結時將其放在2KB對齊的地址。
#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專案的配套MDK連結檔案(MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf)，工程程式碼是XIP執行的。從連結檔案內容來看，這是一個非常普通的連結檔案，除了為i.MXRT啟動頭(FDCB、IVT、BootData)做了一些特殊放置外，其餘都是常規連結語句，沒有再為其他程式碼或變數做特殊放置，基本就是讓連結器(armlink)自由發揮。
#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)
}
; 放置中斷向量表
VECTOR_ROM m_interrupts_start FIXED m_interrupts_size {
* (.isr_vector,+FIRST)
}
; 放置程式程式碼
ER_m_text m_text_start FIXED m_text_size {
* (InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
}
; 放置程式變數
RW_m_data m_data_start m_data_size-Stack_Size-Heap_Size {
.ANY (+RW +ZI)
* (RamFunction)
* (NonCacheable.init)
* (*NonCacheable)
}
; 放置程式堆、棧
ARM_LIB_HEAP +0 EMPTY Heap_Size { }
ARM_LIB_STACK m_data_start+m_data_size EMPTY -Stack_Size { }
}
編譯工程得到一個如下圖所示奇怪連結錯誤，連結器說LR_m_text起始地址沒有按2KB對齊。連結檔案裡指定的LR_m_text載入區地址範圍[m_flash_config_start, m_text_start+m_text_size-m_flash_config_start]只是一個最大的RO儲存範圍，雖然m_flash_config_start等於0x30000400，但是這個起始地址是指定用於放置FDCB的，況且本文主角qh_buffer是個bss型變數（初始化值為0，不需在flash裡放初值），完全不佔用RO區，僅需分配RW區即可，連結器因為qh_buffer的對齊需求而對LR_m_text起始地址這麼焦慮，實在讓人費解。
二、嘗試解決報錯問題
2.1 調整LR_m_text起始地址
既然連結器對LR_m_text起始地址這麼焦慮，乾脆不讓它焦慮好了，我們直接將起始地址設成0x30000000（FlexSPI對映起始地址），因此連結檔案修改如下。注：因為幾個i.MXRT啟動頭的段都是固定地址放置的，所以起始地址的改動對他們沒有影響，對其餘未指定地址放置的段更沒有影響。
#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 { ;改動在這裡！！！
; 放置FDCB
RW_m_config_text m_flash_config_start FIXED m_flash_config_size {
* (.boot_hdr.conf, +FIRST)
}
; 放置IVT, BootData
; 放置中斷向量表
; 放置程式程式碼
; 放置程式變數
; 放置程式堆、棧
}
改完連結檔案後重新編譯MDK工程，這次沒有連結錯誤了，我們開啟工程對映檔案(sbl.map)，找出其中跟qh_buffer相關的內容，可以看到qh_buffer被放置在了0x20004800處，這個地址確實是2KB對齊的，但這是RW區，其實跟我們設定/改動的LR_m_text載入空間沒有任何聯絡。
==============================================================================
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 為連結器加--legacyalign選項
上一節的方法雖然解決了問題，但是解決方案沒有說服力，僅僅是個替代方案。為此痞子衡翻看了MDK官方文件，找到了如下關於連結對齊方面的一些說明文件：
- 關於--legacyalign, --no_legacyalign 用法解釋：https://www.keil.com/support/man/docs/armlink/armlink_pge1362075504330.htm
- Section alignment with the linker 用法規定：https://www.keil.com/support/man/docs/armclang_ref/armclang_ref_pge1362065911965.htm
預設情況下armlink連結器假設執行區和載入區是4位元組對齊的，在連結分配時需要插入一些填充空間來滿足區內段的特殊對齊需求，連結器在處理填充時有兩個策略：
- 嚴苛策略--no_legacyalign（預設）：指示連結器插入填充以強制執行區首地址自然對齊，這裡的自然對齊是該區域內已知的最大對齊。這個選項可以確保嚴格符合ELF規範。
- 寬鬆策略--legacyalign：指示連結器按最小化對齊方式來插入填充。
讀到這裡，我們好像找到了一開始報錯的原因，就是預設的--no_legacyalign搗的鬼，連結器應該根據LR_m_text區首地址按qh_buffer對齊要求來填充，但實際上鍊接器卻直接撂挑子不幹了，報了個錯。那我們就不讓連結器為難了，給它個寬鬆策略：
這樣改動之後，不需要調整連結檔案，MDK工程也能正常編譯連線了。再來看對映檔案(sbl/map)，qh_buffer連結地址相比前一個方案發生了變化，從0x20004800移到了0x20004000，但依然滿足2KB對齊的。
==============================================================================
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
最後再提一個MDK自相矛盾的地方，我們加了--legacyalign選項後編譯給了個如下警告，說--legacyalign選項不推薦使用。
然而我們在MDK官方文件裡看到了備註，說的是armlink v6.6版本以上不推薦加--no_legacyalign選項，那痞子衡正在使用的armlink v6.14版本應該是建議使用--legacyalign選項的，但是為何給警告呢？MDK啊，想說愛你不容易！
至此，一個奇怪的Keil MDK下變數連結強制對齊報錯問題痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
歡迎訂閱
文章會同時釋出到我的 部落格園主頁、CSDN主頁、知乎主頁、微信公眾號 平臺上。
微信搜尋"痞子衡嵌入式"或者掃描下面二維碼，就可以在手機上第一時間看了哦。
