MCU/嵌入式：与位置无关的代码，.got 部分的最大大小？

Question

我试图让我的项目“独立于职位”，但它不会给...

一些背景：

• 恩智浦 imx rt 1024 evk 板
• c++项目
• 使用 -fPIC、-msingle-pic-base -mno-pic-data-is-text-relative 编译 C 和 C++ 文件
• 一个工作原型，我可以在其中运行一个小型演示 c++ 程序运行，它启动一些 freertos 任务并创建一些静态 c++ 对象（具有继承，具有纯虚拟类，以进行测试）
• 强烈希望拥有 1 个二进制文件，我们可以通过让客户引导加载程序跳转到 app1 或 app2 来“无线”（OTA）更新。

当我将更改应用到我的“真实”项目时，只要我注释掉绝大多数 c++ 静态构造函数，它就可以正常工作。

当我在 main.cpp 中包含一个（任何）更多构造函数时，将发生以下情况：

• 我的引导加载程序将向量表从闪存（app1 或 app2）复制到 sram = OK
• 我的引导加载程序跳转到 0x202000004（复位处理程序 ISR 所在的 OC sram）= OK
• ResetHandler将开始设置 R9（用于 .got 的寄存器）= OK
• ResetHandler将跳转到Startup = hard faults，检查 CPU 中的寄存器，我可以看到 LR（链接寄存器）有一个虚假值（0xfffffff9），很明显出了点问题。

我验证了：

• 反汇编的向量表，与 OC sram 中的向量表一对一匹配
• 反汇编的 .got 部分与 DTC sram 中的 .got 一对一匹配。
• 跳转实际完成之前的Startup函数的地址。 它与 .got 部分中的条目匹配。

当我通过注释掉一些东西来减少代码量时，除了硬故障和 LR 中的损坏值之外，一切的行为都完全相同。

是否有一些（官方？！）文档确认在为 ARM（Cortex m7）进行交叉编译时对 .got 部分存在硬性限制？

有没有人可以通过给出可能的提示来以任何方式做出贡献？

作为参考，当 .got 大小达到“一些奇怪的阈值”时启动代码会弹出（我的假设当然可能是错误的）。

extern void Startup(unsigned int flash_start, unsigned int flash_end, unsigned int lma_offset);

extern unsigned int __flash_start__;
extern unsigned int __flash_end__;

extern unsigned int __global_offset_table_flash_start__;
extern unsigned int __global_offset_table_sram_start__;
extern unsigned int __global_offset_table_sram_end__;

//*****************************************************************************
// Reset entry point for your code.
// Sets up a simple runtime environment and initializes the C/C++
// library.
//*****************************************************************************
__attribute__ ((naked))
void ResetISR(void)
{
    __asm ("MOV R11, #1");

    // Disable interrupts
    __asm volatile ("cpsid i");

    unsigned int lma_offset;
    unsigned int *global_offset_table_flash_start;

    // Before doing anything else related to variables in sram, setup r9 for position independent code first.
    // And correct the firmware offset which is stored in r10 (add it to r9)
    // Finally grab the updated global offset table address from r9
    __asm volatile ("LDR r9, = __global_offset_table_flash_start__");
    __asm volatile ("ADD r9, r9, r10");

    __asm ("MOV %[result], R9"
        : [result] "=r" (global_offset_table_flash_start) );

    // Grab the lma offset defined in bootloader from r10
    __asm ("MOV %[result], R10"
        : [result] "=r" (lma_offset) );

    unsigned int flash_start = reinterpret_cast<unsigned int>(&__flash_start__);
    unsigned int flash_end = reinterpret_cast<unsigned int>(&__flash_end__);

    unsigned int *flash;
    unsigned int *sram;
    unsigned int *sram_end;

    __asm ("MOV R11, #2");

    //
    // Copy global offset table to sram
    //
    flash = const_cast<unsigned int*>(global_offset_table_flash_start);
    sram = const_cast<unsigned int*>(&__global_offset_table_sram_start__);
    sram_end = const_cast<unsigned int*>(&__global_offset_table_sram_end__);

    for (int i = 0u; i < (sram_end - sram); ++i)
    {
        sram[i] = flash[i];
        if (sram[i] >= flash_start && sram[i] <= flash_end)
        {
            sram[i] += lma_offset;
        }
    }

    // Update R9, as of now, all functions should be resolvable through the got
    __asm volatile ("LDR r9, = __global_offset_table_sram_start__");

    __asm ("MOV R11, #3");


    unsigned int address = reinterpret_cast<unsigned int>(&Startup);

    __asm__ volatile ("MOV R12, %[input]"
        : : [input] "r" (address)
          );

    // Jump to regular startup code
    Startup(flash_start, flash_end, lma_offset);
}

PS：我知道 -fPIC 在 linux 中被广泛使用。 那里不存在这样的限制。 也许这是 ARM 特定的东西，甚至是 CPU（皮质 m7）特定的东西）。 也许一些 Linux -fPIC 大师可能有一些想法可以帮助我……

PPS：如果我需要分享其他任何内容，请说...

Answer 1

我会将它保持打开状态，作为为同样事情苦苦挣扎的人们提供参考。 没有依赖性。 没有问题，除了你真正介绍的那些：我自己。

对我来说，主要问题是在重新定位时无法调试我的应用程序。 这可以通过发出 GDB 命令add-symbol-file <path-to-elf-file> <address-to-text-section>

例如：

• 我的应用程序已编译并链接到 0x60020000
• 我的应用程序在闪存中上传到 0x60030000（因此偏移量为 0x10000）
• 当使用arm-none-eabi-readelf -WS myapp.axf读取 elf 文件时，我可以读到文本部分的偏移量为 0x2120。

当我在调试器中启动引导加载程序时，在跳转到重新定位的应用程序之前，我发出命令：

add-symbol-file myapp.axf 0x60032120

这会加载符号，gbd 会将 0x2120 的偏移量添加到 .text 部分中的所有符号。 这样我就可以调试了。

一旦我的调试器运行起来，我就可以看到几个编程错误。 最关键的是在 sram 中使用 .got 部分的基础设置 r9后读取链接器符号。 我仍然在这些链接器符号中添加了 LMA 偏移量，而这会在幕后“自动”发生。 因此，在某些情况下，我正在读取垃圾内存，并将其存储在要由libc_init_array初始化的部分中。

修复这些后，我遇到了另一个奇怪的问题。 一个 nxp 驱动程序声明了一个包含所有指向GPIO的指针的static const array 。 当我编译源文件并通过arm-none-eabi-objdump将其拉出时，我可以看到 .text 中的数组，完美地设置了 GPIO1..GPIO5 的地址。 但是，在通过 objdump 再次链接和转储内容之后，我注意到同一个数组被更改了。 对 GPIO5 外设的引用以某种方式设置为 0x0。

现在，我不知道为什么会这样，但我想如果我删除const部分，那么数组将被映射到 sram，也许我可以摆脱这个问题。 我有一次很幸运，它解决了这个问题。 并不是一个完美的解决方案，因为现在我必须非常厌倦声明static const内容的代码。 我稍后会调查它，但现在，我很高兴这个故事结束了。 我用 -fPIC 编译了我的 c++ 应用程序，我可以在闪存中的任何位置（4 字节对齐）上运行它，最重要的是，我还可以通过它进行调试。

所以对于下一个在这个“位置无关代码”旅程中发疯的人：不要放弃，痛苦已经结束了;-)