Andes 的分散聚合(SAG)機制

　　在嵌入式系統(tǒng)設計中，通常使用不同的存儲器，如Flash、SRAM、SDRAM，并位于不同的物理地址空間，怎樣更好地利用這些不同的存儲器并讓系統(tǒng)高效地運行呢?通常這需要復雜的link script來管理實現(xiàn)，而Andes提供了分散聚合(SAG, Scattering-And-Gathering)機制，SAG機制能夠?qū)⒓虞d和運行時存儲器中的代碼和數(shù)據(jù)描述在一個SAG格式的文本描述文件中，并通過link generator tool將SAG文件轉(zhuǎn)化為標準GNU的link script文件，以供鏈接時使用。采用Andes的分散聚合機制，不僅可以幫助工程師清晰的描述存儲器的使用情況，更可以避免使用復雜的標準linker腳本語言 。本文詳細介紹了SAG語法格式，并以實際工程為例，闡述SAG的使用方法和益處。

　　1.Andes ELF 的目標文件的構(gòu)成

　　Andes使用標準的GNU link script格式，Andes的目標文件也遵行標準的ELF(Executable and Linking Format)格式。

　　ELF目標文件主要由 .text段 .data段 .bss段，還有一些其它的段如：.debug .comment段。

　　下面以一個簡單的link script的例子作為說明：

　　SECTIONS是link script語法中的關鍵command，它用來描述輸出文件的內(nèi)存布局。例如上例中就含.text, .data, .bss三個部分。

　　.=0x10000; 其中的.是location counter(LC)。表示.text段虛擬地址從0x10000開始的。

　　AT用來說明加載地址，AT(0)表示.text段的加載地址是0。{ *(.text) }，這個表示輸出文件的.text段內(nèi)容由所有輸入文件()的.text段組成。后面的一個. = 0x40000。如果沒有這個賦值，那么LC應該等于0x10000+sizeof(text段)，這里強制指定LC=0x40000.表明后面的.data段的虛擬地址從0x40000開始。

　　LOADADDR用來得到加載地址，此處.data段的加載地址是AT(LOADADDR (.text) + SIZEOF (.text))，它緊接著.text段，.data為所有輸入目標文件的.data段構(gòu)成。同理，.bss段的虛擬地址是緊接著.data段虛擬地址之后，而加載地址是緊接著.data段加載地址之后的。.bss段由所有輸入目標文件的.bss段組成。

　　通常在實際使用中的link script會更加的復雜，SAG機制能夠很好的簡化link script的設計，那接下來將對SAG機制作介紹。

　　2.Andes SAG語法

　　SAG使用巴科斯范式(BNF notation)中的以下幾種符號表示：

　　SAG 格式總覽

　　SAG語法格式由：load regions，execution regions，input sections等幾部分組成，如下圖所示：

　　2.1 關于LMA和VMA

　　一般在嵌入式系統(tǒng)中，程序存儲和運行在不同的地址空間，LMA表示的是程序裝載地址，VMA表示的是程序運行地址，LMA不等于VMA時程序在加載后不可直接運行，程序運行前，要把程序的內(nèi)容，拷貝到對應的內(nèi)存地址處，才能正確地運行。

　　2.2 header格式

　　當要使用用戶自定義的section時，須要使用USER_SECTIONS這個關鍵字。

　　2.3 Load Region(加載區(qū))

　　Load Region格式為：

　　load_region_name用來表示某個程序加載區(qū)的名稱。

　　address表示的是LMA。

　　offset表示的是偏移量，當此時是第一個load region時表示的是與0地址的偏移量，當表示的不是第一個load region時，表示的是與前一個load region結(jié)尾處的偏移量。

　　load_attr 表示屬性，現(xiàn)在可以設置為ALIGN alignment， 如ALIGN 0x4

　　max_size 表示該加載區(qū)域的最大值。

　　例子：

　　LOAD_ROM_1 0x0000 ALIGN 0x4 0x10000

　　在這個例子中l(wèi)oad_region_name是：LOAD_ROM_1，LMA是0x0000，以4-byte對齊，

　　max_size是64k

　　2.4 Execution Region(執(zhí)行區(qū))

　　Execution Region格式為：

　　exe_region_name 用于表示某個程序執(zhí)行區(qū)的名稱

　　address表示的是VMA。

　　offset當表示的是第一個execution region，表示的是與該加載區(qū)的偏移量，當表示的不是第一execution region時，offset表示的是前一個execution region結(jié)尾處的偏移量。

　　exe_attr表示屬性，如可以設置為ALIGN alignment，如ALIGN 0x4

　　max_size表示該execution region的最大值。

　　例子：

　　EXEC_ROM_1 0x0000 ALIGN 0x4 0x8000

　　在這個例子中exe_region_name是EXEC_ROM_1，它的VMA是0x0000， 以4-byte對齊，max_size是32k

　　2.5 Input Section(輸入段)

　　Input Section的描述格式為：

　　此處：

　　module_select_pattern 可以是目標文件名

　　input_attr 可以是KEEP，該屬性可以保證該section在鏈接時不會被remove掉，或者是SORT，用于排序。

　　例子如：

　　program1.o KEEP(+RO)

　　此時該input section將包含目標文件program1.o中所有的read-only section，由于加了KEEP，所以所添加的section在鏈接的時候不會被gc-section刪除掉。

　　input_section_selector中最常用的是input section_attr。

　　input section_attr有以下幾種：

　　input_section_selector中另外一種用的是input_section_pattern，

　　它的表示方法是 input_section_pattern ::= (.text | .data|…)。

　　ADDR variable 用于得到該處的VMA賦給variable。

　　LOADADDR variable 用于得到該處的LMA賦給variable。

　　STACK "=" num 為sp準備一個初始值num。

　　VAR 用于設定并初始化一個變量。如VAR _ILM_BASE = 0x00600000。

　　2.6 Execution Overlay Region(overlay的執(zhí)行區(qū))

　　當使用overlay功能時，需要設定Execution Overlay Region，設定格式為：

　　它在后面加了個：OVERLAY的關鍵字。

　　pagesize后面表示Overlay的大小，當是0時，表示software Overlay，其它的設置和前面的execution region相同。

　　2.7 Overlay Input Section(overlay的輸入段)

　　當使用overlay功能時，要設置Overlay Input Section，它和前面的Input Section類似。

　　3.例子

　　如下例子所示的效果是：

　　在一個系統(tǒng)中，從0x0000開始，大小為0x2000的是ROM1， 從0x4000開始，大小為0x8000的是ROM2，此時我們需要將目標文件program1.o的RO和RW，ZI data。 存放在ROM1中，將其它目標文件的 .text，RO，RW, ZI存放在ROM2中。此時的LMA效果對應于下圖的左側(cè)。

　　同時需要將目標文件program1.o中的RW, ZI的運行地址設置在從0x10000開始的大小為0x8000的DRAM上，將其它目標文件的RW，ZI的運行地址設置在從0x18000開始，大小為0x8000的SRAM上。此時的VMA效果對應于下圖的右側(cè)。

　　該例子中program1.o中的RO和其它目標文件中的.text， RO的LMA和VMA是相等的，此時所有的RW，ZI的加載區(qū)域是分別在ROM1和ROM2上，但是運行地址是分別在DRAM和SRAM上，所以RW，ZI的LMA不等于VMA，所以在程序使用到RW, ZI所代表的.data，.bss段之前需要將它們從加載區(qū)復制到運行區(qū)，以達到所圖中右側(cè)所示的效果。

　　對應的SAG可以這樣設計：

　　利用SAG機制，除了快速設計上列所示的系統(tǒng)中存儲的分配機制，還可以快速的進行overlay程序的設計，overlay程序主要是用于分時重復利用快速但存儲空間有限的存儲器。

　　關于如何在Andes上進行overlay程序的編寫，請參考我們另外一篇文檔：http://www.andestech.com/cn/news-events/technical-article/2013/2013-12-04.pdf

　　4、將SAG文件轉(zhuǎn)化成linker script

　　在AndeSight 或者BSP package中提供了叫做nds_ldsag的工具，該工具可以將SAG文件轉(zhuǎn)化成標準的GUN link script文件。在cygwin下，執(zhí)行方法如下，filename.ld就是我們希望獲得的link script文件。

　　./nds_ldsag.exe filename.sag -o filename.ld

　　5、結(jié)語

　　Andes提供的通俗、易用的SAG描述語言，可以幫助工程師根據(jù)系統(tǒng)中的存儲設備的特點，對程序的加載與運行區(qū)域進行很方便的設計和描述，甚至可以快速的進行更為復雜的overlay程序的設計，然后通過自動化工具nds_ldsag將SAG描述文件轉(zhuǎn)成標準link腳本供連接器使用，從而大大提高在Andes core平臺上的軟件開發(fā)效率。

　　參考文檔：

　　1: BSP321 programming guide link generator

　　2: The GNU Linker Manual