痞子衡最近一直在參與恩智浦SBL項目（就是一個适用LPC和i.MXRT的完整OTA方案），這個項目近期會和大家見面，項目需要同時支援GCC, IAR, MDK三大開發環境，項目所屬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
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下變量連結強制對齊報錯問題。
痞子衡最近一直在參與恩智浦SBL項目（就是一個适用LPC和i.MXRT的完整OTA方案），這個項目近期會和大家見面，項目需要同時支援GCC, IAR, MDK三大開發環境，項目所屬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，特别交待一下版本資訊：
一、L6244E報錯問題
讓我們先看一下這是個啥問題，SBL項目源碼引入了usb stack，在usb stack源檔案usb_device_ehci.c裡有如下名為qh_buffer的bss型變量定義，這個變量實際長度為3KB，我們要求MDK連結時将其放在2KB對齊的位址。
#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項目的配套MDK連結檔案(MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf)，工程代碼是XIP執行的。從連結檔案内容來看，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，其餘都是正常連結語句，沒有再為其他代碼或變量做特殊放置，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) } ; 放置程式代碼 ER_m_text m_text_start FIXED m_text_size { * (InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } ; 放置程式變量 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起始位址沒有按2KB對齊。連結檔案裡指定的LR_m_text加載區位址範圍[m_flash_config_start, m_text_start+m_text_size-m_flash_config_start]隻是一個最大的RO存儲範圍，雖然m_flash_config_start等于0x30000400，但是這個起始位址是指定用于放置FDCB的，況且本文主角qh_buffer是個bss型變量（初始化值為0，不需在flash裡放初值），完全不占用RO區，僅需配置設定RW區即可，連結器因為qh_buffer的對齊需求而對LR_m_text起始位址這麼焦慮，實在讓人費解。
二、嘗試解決報錯問題
2.1 調整LR_m_text起始位址
既然連結器對LR_m_text起始位址這麼焦慮，幹脆不讓它焦慮好了，我們直接将起始位址設成0x30000000（FlexSPI映射起始位址），是以連結檔案修改如下。注：因為幾個i.MXRT啟動頭的段都是固定位址放置的，是以起始位址的改動對他們沒有影響，對其餘未指定位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 ; 放置程式代碼 ; 放置程式變量 ; 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，我們打開工程映射檔案(sbl.map)，找出其中跟qh_buffer相關的内容，可以看到qh_buffer被放置在了0x20004800處，這個位址确實是2KB對齊的，但這是RW區，其實跟我們設定/改動的LR_m_text加載空間沒有任何聯系。
============================================================================== 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官方文檔，找到了如下關于連結對齊方面的一些說明文檔：
- 關于--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加載區是4位元組對齊的，在連結配置設定時需要插入一些填充空間來滿足區内段的特殊對齊需求，連結器在處理填充時有兩個政策：
- 嚴苛政策--no_legacyalign（預設）：訓示連結器插入填充以強制執行區首位址自然對齊，這裡的自然對齊是該區域内已知的最大對齊。這個選項可以確定嚴格符合ELF規範。
- 寬松政策--legacyalign：訓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區首位址按qh_buffer對齊要求來填充，但實際上連結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，給它個寬松政策：
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接配接了。再來看映射檔案(sbl/map)，qh_buffer連結位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自相沖突的地方，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官方文檔裡看到了備注，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下變量連結強制對齊報錯問題痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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