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下變數鏈接強制對齊報錯問題，
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，專案需要同時支持GCC, IAR, MDK三大開發環境，專案所屬i.MXRT1170工程在GCC和IAR下編譯鏈接一切正常，但是在MDK下出現了鏈接對齊報錯問題，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源檔案usb_device_ehci.c里有如下名為qh_buffer的bss型變數定義，這個變數實際長度為3KB，我們要求MDK鏈接時將其放在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鏈接檔案(MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor.scf)，工程代碼是XIP執行的，從鏈接檔案內容來看，這是一個非常普通的鏈接檔案，除了為i.MXRT啟動頭(FDCB、IVT、BootData)做了一些特殊放置外，其余都是常規鏈接陳述句，沒有再為其他代碼或變數做特殊放置，基本就是讓聯結器(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、堆疊
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鏈接錯誤，聯結器說LR_m_text起始地址沒有按2KB對齊，鏈接檔案里指定的LR_m_text加載區地址范圍[m_flash_config_start, m_text_start+m_text_size-m_flash_config_start]只是一個最大的RO存盤范圍，雖然m_flash_config_start等于0x30000400，但是這個起始地址是指定用于放置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里放初值），完全不占用RO區，僅需分配RW區即可，聯結器因為qh_buffer的對齊需求而對LR_m_text起始地址這么焦慮，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
既然聯結器對LR_m_text起始地址這么焦慮，干脆不讓它焦慮好了，我們直接將起始地址設成0x30000000（FlexSPI映射起始地址），因此鏈接檔案修改如下，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，對其余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 { ;改動在這里！！！
; 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
; 放置程式變數
; 放置程式堆、堆疊
}
改完鏈接檔案后重新編譯MDK工程，這次沒有鏈接錯誤了，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加載空間沒有任何聯系，
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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 為聯結器加--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官方檔案，找到了如下關于鏈接對齊方面的一些說明檔案：
- 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
默認情況下armlink聯結器假設執行區和加載區是4位元組對齊的，在鏈接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，聯結器在處理填充時有兩個策略：
- 嚴苛策略--no_legacyalign（默認）：指示聯結器插入填充以強制執行區首地址自然對齊，這里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規范，
- 寬松策略--legacyalign：指示聯結器按最小化對齊方式來插入填充，
讀到這里，我們好像找到了一開始報錯的原因，就是默認的--no_legacyalign搗的鬼，聯結器應該根據LR_m_text區首地址按qh_buffer對齊要求來填充，但實際上聯結器卻直接撂挑子不干了，報了個錯，那我們就不讓聯結器為難了，給它個寬松策略：
這樣改動之后，不需要調整鏈接檔案，MDK工程也能正常編譯連接了，再來看映射檔案(sbl/map)，qh_buffer鏈接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
最后再提一個MDK自相矛盾的地方，我們加了--legacyalign選項后編譯給了個如下警告，說--legacyalign選項不推薦使用，
然而我們在MDK官方檔案里看到了備注，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下變數鏈接強制對齊報錯問題痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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