链接器脚本生成机制
概述
ESP32 中有多个用于存放代码和数据的 内存区域 。代码和只读数据默认存放在 flash 中，可写数据存放在 RAM 中。不过有时，用户必须更改默认存放区域。
例如为了提高性能，将关键代码存放到 RAM 中，或者将代码存放到 RTC 存储器中以便在 wake up stub 和 ULP 协处理器中使用。
链接器脚本生成机制可以让用户指定代码和数据在 ESP-IDF 组件中的存放区域。组件包含如何存放符号、目标或完整库的信息。在构建应用程序时，组件中的这些信息会被收集、解析并处理；生成的存放规则用于链接应用程序。
快速上手
本段将指导如何使用 ESP-IDF 的即用方案，快速将代码和数据放入 RAM 和 RTC 存储器中。
假设用户有:
components
└── my_component
├── CMakeLists.txt
├── Kconfig
├── src/
│ ├── my_src1.c
│ ├── my_src2.c
│ └── my_src3.c
└── my_linker_fragment_file.lf
名为
my_component的组件，在构建过程中存储为libmy_component.a库文件库文件包含的三个源文件：
my_src1.c、my_src2.c和my_src3.c，编译后分别为my_src1.o、my_src2.o和my_src3.o在
my_src1.o中定义my_function1功能；在my_src2.o中定义my_function2功能在
my_component下 Kconfig 中存在布尔类型配置PERFORMANCE_MODE(y/n) 和整数类型配置PERFORMANCE_LEVEL（范围是 0-3）
创建和指定链接器片段文件
首先，用户需要创建链接器片段文件。链接器片段文件是一个扩展名为 .lf 的文本文件，想要存放的位置信息会写入该文件内。文件创建成功后，需要将其呈现在构建系统中。ESP-IDF 支持的构建系统指南如下：
在组件目录的 CMakeLists.txt 文件中，指定 idf_component_register 调用引数 LDFRAGMENTS 的值。LDFRAGMENTS 可以为绝对路径，也可为组件目录的相对路径，指向已创建的链接器片段文件。
# 相对于组件的 CMakeLists.txt 的文件路径
idf_component_register(...
LDFRAGMENTS "path/to/linker_fragment_file.lf" "path/to/another_linker_fragment_file.lf"
...
)
指定存放区域
可以按照下列粒度指定存放区域：
目标文件（
.obj或.o文件）符号（函数/变量）
库（
.a文件）
存放目标文件
假设整个 my_src1.o 目标文件对性能至关重要，所以最好把该文件放在 RAM 中。另外，my_src2.o 目标文件包含从深度睡眠唤醒所需的符号，因此需要将其存放到 RTC 存储器中。
在链接器片段文件中可以写入以下内容：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
my_src1 (noflash) # 将所有 my_src1 代码和只读数据存放在 IRAM 和 DRAM 中
my_src2 (rtc) # 将所有 my_src2 代码、数据和只读数据存放到 RTC 快速 RAM 和 RTC 慢速 RAM 中
那么 my_src3.o 放在哪里呢？由于未指定存放区域，my_src3.o 会存放到默认区域。更多关于默认存放区域的信息，请查看 这里。
存放符号
继续上文的例子，假设 object1.o 目标文件定义的功能中，只有 my_function1 影响到性能；object2.o 目标文件中只有 my_function2 需要在芯片从深度睡眠中唤醒后运行。要实现该目的，可在链接器片段文件中写入以下内容：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
my_src1:my_function1 (noflash)
my_src2:my_function2 (rtc)
my_src1.o 和 my_src2.o 中的其他函数以及整个 object3.o 目标文件会存放到默认区域。要指定数据的存放区域，仅需将上文的函数名替换为变量名即可，如:
my_src1:my_variable (noflash)
注意
按照符号粒度存放代码和数据有一定的 局限。为确保存放区域合适，您也可以将相关代码和数据集中在源文件中，参考 使用目标文件的存放规则。
存放整个库
在这个例子中，假设整个组件库都需存放到 RAM 中，可以写入以下内容存放整个库：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
* (noflash)
类似的，写入以下内容可以将整个组件存放到 RTC 存储器中：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
* (rtc)
根据具体配置存放
假设只有在某个条件为真时，比如 CONFIG_PERFORMANCE_MODE == y 时，整个组件库才有特定存放区域，可以写入以下内容实现：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
if PERFORMANCE_MODE = y:
* (noflash)
else:
* (default)
来看一种更复杂的情况。假设``CONFIG_PERFORMANCE_LEVEL == 1`` 时，只有 object1.o 存放到 RAM 中；CONFIG_PERFORMANCE_LEVEL == 2 时，object1.o 和 object2.o 会存放到 RAM 中；CONFIG_PERFORMANCE_LEVEL == 3 时，库中的所有目标文件都会存放到 RAM 中。以上三个条件为假时，整个库会存放到 RTC 存储器中。虽然这种使用场景很罕见，不过，还是可以通过以下方式实现：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
if PERFORMANCE_LEVEL = 1:
my_src1 (noflash)
elif PERFORMANCE_LEVEL = 2:
my_src1 (noflash)
my_src2 (noflash)
elif PERFORMANCE_LEVEL = 3:
my_src1 (noflash)
my_src2 (noflash)
my_src3 (noflash)
else:
* (rtc)
也可以嵌套条件检查。以下内容与上述片段等效：
[mapping:my_component]
archive: libmy_component.a
entries:
if PERFORMANCE_LEVEL <= 3 && PERFORMANCE_LEVEL > 0:
if PERFORMANCE_LEVEL >= 1:
object1 (noflash)
if PERFORMANCE_LEVEL >= 2:
object2 (noflash)
if PERFORMANCE_LEVEL >= 3:
object2 (noflash)
else:
* (rtc)
默认存放区域
到目前为止，“默认存放区域”在未指定 rtc 和 noflash 存放规则时才会作为备选方案使用。需要注意的是，noflash 或者 rtc 标记不仅仅是关键字，实际上还是被称作片段的实体，确切地说是 协议。
与 rtc 和 noflash 类似，还有一个 默认 协议，定义了默认存放规则。顾名思义，该协议规定了代码和数据通常存放的区域，即代码和恒量存放在 flash 中，变量存放在 RAM 中。更多关于默认协议的信息，请见 这里。
备注
使用链接器脚本生成机制的 IDF 组件示例，请参阅 freertos/CMakeLists.txt。为了提高性能，freertos 使用链接器脚本生成机制，将其目标文件存放到 RAM 中。
快速入门指南到此结束，下文将详述这个机制的内核，有助于创建自定义存放区域或修改默认方式。
链接器脚本生成机制内核
链接是将 C/C++ 源文件转换成可执行文件的最后一步。链接由工具链的链接器完成，接受指定代码和数据存放区域等信息的链接脚本。链接器脚本生成机制的转换过程类似，区别在于传输给链接器的链接脚本根据(1) 收集的 链接器片段文件 和 (2) 链接器脚本模板 动态生成。
备注
执行链接器脚本生成机制的工具存放在 tools/ldgen 之下。
链接器片段文件
如快速入门指南所述，片段文件是拓展名为 .lf 的简单文本文件，内含想要存放区域的信息。不过，这是对片段文件所包含内容的简化版描述。实际上，片段文件内包含的是“片段”。片段是实体，包含多条信息，这些信息放在一起组成了存放规则，说明目标文件各个段在二进制输出文件中的存放位置。片段一共有三种，分别是 段、协议 和 映射。
语法
三种片段类型使用同一种语法：
[type:name]
key: value
key:
value
value
value
...
类型：片段类型，可以为
段、协议或映射。名称：片段名称，指定片段类型的片段名称应唯一。
键值：片段内容。每个片段类型可支持不同的键值和不同的键值语法。
备注
多个片段的类型和名称相同时会引发异常。
备注
片段名称和键值只能使用字母、数字和下划线。
条件检查
条件检查使得链接器脚本生成机制可以感知配置。含有配置值的表达式是否为真，决定了使用哪些特定键值。检查使用的是 kconfiglib 脚本的 eval_string，遵循该脚本要求的语法和局限性，支持：
- 比较
小于
<小于等于
<=大于
>大于等于
>=等于
=不等于
!=
- 逻辑
或
||和
&&取反
!
- 分组
圆括号
()
条件检查和其他语言中的 if...elseif/elif...else 块作用一样。键值和完整片段都可以进行条件检查。以下两个示例效果相同：
# 键值取决于配置
[type:name]
key_1:
if CONDITION = y:
value_1
else:
value_2
key_2:
if CONDITION = y:
value_a
else:
value_b
# 完整片段的定义取决于配置
if CONDITION = y:
[type:name]
key_1:
value_1
key_2:
value_a
else:
[type:name]
key_1:
value_2
key_2:
value_b
注释
链接器片段文件中的注释以 # 开头。和在其他语言中一样，注释提供了有用的描述和资料，在处理过程中会被忽略。
类型
段
段定义了 GCC 编译器输出的一系列目标文件段，可以是默认段（如 .text、.data），也可以是用户通过 __attribute__ 关键字定义的段。
‘+’ 表示段列表开始，且当前段为列表中的第一个段。这种表达方式更加推荐。
[sections:name]
entries:
.section+
.section
...
示例：
# 不推荐的方式
[sections:text]
entries:
.text
.text.*
.literal
.literal.*
# 推荐的方式，效果与上面等同
[sections:text]
entries:
.text+ # 即 .text 和 .text.*
.literal+ # 即 .literal 和 .literal.*
协议
协议定义了每个段对应的 目标。
[scheme:name]
entries:
sections -> target
sections -> target
...
示例：
[scheme:noflash]
entries:
text -> iram0_text # text 段下的所有条目均归入 iram0_text
rodata -> dram0_data # rodata 段下的所有条目均归入 dram0_data
默认 协议
注意，有一个 默认 的协议很特殊，特殊在于包罗存放规则都是根据这个协议中的条目生成的。这意味着，如果该协议有一条条目是 text -> flash_text，则将为目标 flash_text 生成如下的存放规则:
*(.literal .literal.* .text .text.*)
这些生成的包罗规则将用于未指定映射规则的情况。
默认 协议在 esp_system/app.lf 文件中定义。
快速上手指南中提到的内置 noflash 协议和 rtc 协议也在该文件中定义。
映射
映射定义了可映射实体（即目标文件、函数名、变量名和库）对应的协议。
[mapping]
archive: archive # 构建后输出的库文件名称（即 libxxx.a）
entries:
object:symbol (scheme) # 符号
object (scheme) # 目标
* (scheme) # 库
有三种存放粒度：
符号：指定了目标文件名称和符号名称。符号名称可以是函数名或变量名。
目标：只指定目标文件名称。
库：指定
*，即某个库下面所有目标文件的简化表达法。
为了更好地理解条目的含义，请看一个按目标存放的例子。
object (scheme)
根据条目定义，将这个协议展开：
object (sections -> target,
sections -> target,
...)
再根据条目定义，将这个段展开：
object (.section,
.section,
... -> target, # 根据目标文件将这里所列出的所有段放在该目标位置
.section,
.section,
... -> target, # 同样的方法指定其他段
...) # 直至所有段均已展开
示例：
[mapping:map]
archive: libfreertos.a
entries:
* (noflash)
除了实体和协议，条目中也支持指定如下标志：（注：<> = 参数名称，[] = 可选参数）
ALIGN(<alignment>[, pre, post])
根据
alignment中指定的数字对齐存放区域，根据是否指定pre和post，或两者都指定，在输入段描述（生成于映射条目）的前面和/或后面生成：
SORT([<sort_by_first>, <sort_by_second>])
在输入段描述中输出
SORT_BY_NAME,SORT_BY_ALIGNMENT,SORT_BY_INIT_PRIORITY或SORT。sort_by_first和sort_by_second的值可以是：name、alignment、init_priority。如果既没指定
sort_by_first也没指定sort_by_second，则输入段会按照名称排序，如果两者都指定了，那么嵌套排序会遵循 https://sourceware.org/binutils/docs/ld/Input-Section-Wildcards.html 中的规则。KEEP()
用 KEEP 命令包围输入段描述，从而防止链接器丢弃存放区域。更多细节请参考 https://sourceware.org/binutils/docs/ld/Input-Section-Keep.html
4.SURROUND(<name>)
在存放区域的前面和后面生成符号，生成的符号遵循
_<name>_start和_<name>_end的命名方式，例如，如果name== sym1
在添加标志时，协议中需要指定具体的 section -> target。对于多个 section -> target，使用逗号作为分隔符，例如：
# 注意
# A. entity-scheme 后使用分号
# B. section2 -> target2 前使用逗号
# C. 在 scheme1 条目中定义 section1 -> target1 和 section2 -> target2
entity1 (scheme1);
section1 -> target1 KEEP() ALIGN(4, pre, post),
section2 -> target2 SURROUND(sym) ALIGN(4, post) SORT()
合并后，如下的映射：
[mapping:name]
archive: lib1.a
entries:
obj1 (noflash);
rodata -> dram0_data KEEP() SORT() ALIGN(8) SURROUND(my_sym)
会在链接器脚本上生成如下输出：
. = ALIGN(8)
_my_sym_start = ABSOLUTE(.)
KEEP(lib1.a:obj1.*( SORT(.rodata) SORT(.rodata.*) ))
_my_sym_end = ABSOLUTE(.)
注意，正如在 flag 描述中提到的，ALIGN 和 SURROUND 的使用对顺序敏感，因此如果将两者顺序调换后用到相同的映射片段，则会生成：
_my_sym_start = ABSOLUTE(.)
. = ALIGN(8)
KEEP(lib1.a:obj1.*( SORT(.rodata) SORT(.rodata.*) ))
_my_sym_end = ABSOLUTE(.)
按符号存放
按符号存放可通过编译器标志 -ffunction-sections 和 -ffdata-sections 实现。ESP-IDF 默认用这些标志编译。
用户若选择移除标志，便不能按符号存放。另外，即便有标志，也会其他限制，具体取决于编译器输出的段。
比如，使用 -ffunction-sections，针对每个功能会输出单独的段。段的名称可以预测，即 .text.{func_name} 和 .literal.{func_name}。但是功能内的字符串并非如此，因为字符串会进入字符串池，或者使用生成的段名称。
使用 -fdata-sections，对全局数据来说编译器可输出 .data.{var_name}、.rodata.{var_name} 或 .bss.{var_name}；因此 类型 I 映射词条可以适用。
但是，功能中声明的静态数据并非如此，生成的段名称是将变量名称和其他信息混合。
链接器脚本模板
链接器脚本模板是指定存放规则的存放位置的框架，与其他链接器脚本没有本质区别，但带有特定的标记语法，可以指示存放生成的存放规则的位置。
如需引用一个 目标 标记下的所有存放规则，请使用以下语法：
mapping[target]
示例：
以下示例是某个链接器脚本模板的摘录，定义了输出段 .iram0.text，该输出段包含一个引用目标 iram0_text 的标记。
.iram0.text :
{
/* 标记 IRAM 空间不足 */
_iram_text_start = ABSOLUTE(.);
/* 引用 iram0_text */
mapping[iram0_text]
_iram_text_end = ABSOLUTE(.);
} > iram0_0_seg
假设链接器脚本生成器收集到了以下片段定义：
[sections:text]
.text+
.literal+
[sections:iram]
.iram1+
[scheme:default]
entries:
text -> flash_text
iram -> iram0_text
[scheme:noflash]
entries:
text -> iram0_text
[mapping:freertos]
archive: libfreertos.a
entries:
* (noflash)
然后生成的链接器脚本的相应摘录如下：
.iram0.text :
{
/* 标记 IRAM 空间不足 */
_iram_text_start = ABSOLUTE(.);
/* 处理片段生成的存放规则，存放在模板标记的位置处 */
*(.iram1 .iram1.*)
*libfreertos.a:(.literal .text .literal.* .text.*)
_iram_text_end = ABSOLUTE(.);
} > iram0_0_seg
*libfreertos.a:(.literal .text .literal.* .text.*)
这是根据
freertos映射的* (noflash)条目生成的规则。libfreertos.a库下所有目标文件的所有text段会收集到iram0_text目标下（按照noflash协议），并放在模板中被iram0_text标记的地方。
*(.iram1 .iram1.*)
这是根据默认协议条目
iram -> iram0_text生成的规则。默认协议指定了iram -> iram0_text条目，因此生成的规则同样也放在被iram0_text标记的地方。由于该规则是根据默认协议生成的，因此在同一目标下收集的所有规则下排在第一位。目前使用的链接器脚本模板是 esp_system/ld/esp32/sections.ld.in，生成的脚本存放在构建目录下。