鏈接器的應用（八）

        在上節(jié)博客中，我們介紹了鏈接器的相關(guān)概念。那么在本節(jié)，我們就繼續(xù)來看看鏈接器，看看它在工程實踐中的應用。我們在本節(jié)中做一個實驗，來模擬在嵌入式中的開發(fā)。

        實驗的目標：

                1、編寫一個“體積受限”的可執(zhí)行程序；

                2、通過 makefile 完成代碼編譯；

                3、運行后在屏幕上打印“D.T.Software”

        那么這個目標看似很簡單，我們在初學編程時就直接打印經(jīng)典的 hello world。其效果類似，經(jīng)典的代碼是

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("D.T.Software");
    
    return 0;
}

        當然這個代碼也能運行，但是我們的要求是體積受限。什么是體積受限呢？我們都知道，在嵌入式的開發(fā)中，內(nèi)存是很少的。因此節(jié)省內(nèi)存成立必不可少的因素，因此我們必須要去掉庫文件所包含的一些額外的信息，只保留打印語句所需要代碼即可。那么我們來深度分析下，如何進行開發(fā)呢？無疑是直接用匯編代碼進行編寫，然后編寫鏈接腳本自定義入口地址了。思路如下

        由上可知，我們的解決方案可由以下幾部分完成：

                1、通過內(nèi)嵌匯編自定義打印函數(shù)和退出函數(shù)（INT 80H）；

                2、通過鏈接腳本自定義入口函數(shù)（不依賴于任何庫和 GCC 內(nèi)置功能）；

                3、刪除可執(zhí)行程序中的無用信息（無用段信息，調(diào)試信息等）。

        打印函數(shù)設計如下

void print(const char* s, int l)
{
    asm volatile (
        "movl $4, %%eax\n"    // sysy_write
        "movl $1, %%ebx\n"
        "movl %0, %%ecx\n"
        "movl %1, %%edx\n"
        "int $0x80     \n"    // 80H Service
        :
        : "r"(s), "r"(1)      // parameter
        : "eax", "ebx", "ecx", "edx");
}

        退出函數(shù)設計如下

void exit(int code)
{
    asm volatile (
        "movl $1, %%eax\n"    // sys_exit
        "movl %0, %%ebx\n"
        "int $0x80     \n"    // 80H Service
        :
        : "r"(code)             // parameter
        : "eax", "ebx");
}

        鏈接腳本設計如下

ENTRY(program)    // 指定入口函數(shù)

SECTIONS
{
    .text 0x08048000 + SIZEOF_HEADRS :
    {
        *(.text)    // 將目標文件中的這兩個段合并進入到可執(zhí)行程序中
        *(.rodata)
    }
    
    /DISCARD/ :
    {
        *(*)   // 放棄所有目標文件中除 .test 和 .rodata 之外的其他段
    }
}

        最后來介紹幾個命令：

            1、ld 命令：GNU 的鏈接器，將目標文件鏈接為可執(zhí)行程序；GCC 編譯器集中的一員。

            2、ld -static：表示 ld 使用靜態(tài)鏈接方式來產(chǎn)生最終程序，而不是采用默認的動態(tài)鏈接方式。

            3、gcc -fno-builtion：用于關(guān)閉 GCC 內(nèi)置函數(shù)的功能。

        在 GCC 中，它提供了很多內(nèi)置函數(shù)（Built-in Function），-fno-builtion 選項會把一些常用的 C 庫函數(shù)替換成編譯器的內(nèi)置函數(shù)，以達到優(yōu)化的目的。

program.c 源碼

void print(const char* s, int l);
void exit(int code);

void program()
{
    print("D.T.Software\n", 13);
    exit(0);
}

void print(const char* s, int l)
{
    asm volatile (
        "movl $4, %%eax\n"           // 調(diào)用系統(tǒng)寫函數(shù)，編號為 4
        "movl $1, %%ebx\n"           // 指定參數(shù)，將字符串打印到屏幕
        "movl %0, %%ecx\n"           // 占位符，代表第一個參數(shù)（地址）
        "movl %1, %%edx\n"
        "int $0x80     \n"           // 開中斷 
        :                            // 輸入?yún)?shù)為空
        : "r"(s), "r"(l)             // 以只讀形式傳入?yún)?shù)
        : "eax", "ebx", "ecx", "edx" // 初始化寄存器
    );
}

void exit(int code)
{
    asm volatile (
        "movl $1, %%eax\n"
        "movl %0, %%ebx\n"
        "int $0x80     \n"
        :
        : "r"(code)
        : "eax", "ebx"
    );
}

makefile 編寫如下

CC := gcc
LD := ld
RM := rm -rf

TARGET := program.out
SRC := $(TARGET:.out=.c)
OBJ := $(TARGET:.out=.o)
LDS := $(TARGET:.out=.lds)

.PHONY : rebuild clean all

$(TARGET) : $(OBJ) $(LDS)
    $(LD) -static -T $(LDS) -o $@ $<
    @echo "Target File ==> $@"

$(OBJ) : $(SRC)
    $(CC) -fno-builtin -o $@ -c $^

rebuild : clean all

all : $(TARGET)

clean :
    $(RM) $(TARGET) $(OBJ)

        我們來運行看看結(jié)果如何呢？

        結(jié)果正是我們想要的，那么我們這么大費周章的來寫這么復雜的代碼，究竟意義何在呢？我們來看看它的內(nèi)存大小，以及來編寫一個正常的 printf 打印語句的代碼，對比下兩個可執(zhí)行文件的內(nèi)存大小

        我們看到效果是一樣的，但是正常的 printf 打印和我們自定義的鏈接腳本的函數(shù)編寫所需的內(nèi)存空間是十多倍的差異。也就是說，在嵌入式開發(fā)中，資源是很寶貴的這種做法是必須的。通過今天對鏈接腳本的實例分析，總結(jié)如下：1、對于資源受限的嵌入式設備，需要考慮可執(zhí)行程序的文件大??；2、通過內(nèi)嵌匯編直接使用系統(tǒng)服務能夠避開相關(guān)庫的使用；3、可以通過如下方法控制可執(zhí)行程序的體積大?。篴> 最小化庫的使用（必要情況下自己實現(xiàn)相關(guān)函數(shù)）；b> 自定義鏈接腳本，刪除無用段信息。