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VMA与LMA  

2011-03-07 10:14:11|  分类: linux开发 |  标签: |举报 |字号 订阅

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两个地址都是虚拟地址。
lma: 加载地址,如加载到RAM中等,在嵌入式中,有可能是在ROM中(这时LMA!=VMA)
vma: 虚拟地址,就是程序运行时的地址,一般就是内存地址,如要把ROM中的数据加载到RAM中运行。


关于LMA 和 VMA:

Linker,链接器的作用:
1。将LMA写到(可执行的)二进制文件里面去
2。解析符号。即,把不同的符号,根据符号表中的信息,转换成对应的地址。此处只涉及VMA,即程序运行时候的地址。

Loader,装载器的作用:
1。从二进制文件中读出对应的段的信息,比如text,data,bss等段的信息,
将内容拷贝到对应的LMA的地址处。此谓,装载(对应内容)到装载地址(LMA)。
2。如果发现VMA!=LMA, 即 程序运行时候的地址,和刚刚把程序内容拷贝到的地址LMA,两者不一样,
那么就要把对应的内容,此处主要是data,数据段的内容,从刚刚装载到的位置,LMA处,拷贝到VMA处,
这样,程序运行的时候,才能够在执行的时候,找到对应的VMA处的变量,才能找到对应的值,程序才能正常运行。

一般情况下是LMA = VMA,只有小数情况是不相等:
CPU从ROM,比如常见的Nor Flash中读取代码的速度,要远远小于从RAM,比如常见的SDRAM,中读取的速度,所以,才会牵扯到将代码烧写到ROM里面,然后代码的最开始,将此部分程序reaload,重载,也就是从此处的ROM的地址,即LMA,重新拷贝到SDRAM中去,也就是VMA的地方,然后从那里运行。

//
详解LMA(装载内存地址)与VMA(虚拟内存地址)

version: 20091004
author: green-waste@163.com

关于LMA和VMA,这个问题,有点点小复杂,不过,此处,我会把我的理解,尽量通过通俗的方式解释出来,以方便理解。当然,鄙人水平有限,难免有错,希望各位批评指正。

一般提及LMA和VMA,多数情况都是和ld,链接器相关的。
在了解这两个名词的详细含义之前,有些基本知识和前提要说一下:
[基础知识]
1。从你写的源代码到执行你的程序,一般经历了这几个过程:
源代码编辑 -> 编译 -> 链接 -> 装载 -> 执行
2。编译,简单说就是用编译工具,将你的源码,变成可以执行的二进制代码,也叫做目标文件,当然只是对应某一种硬件平台,比如此处我用的是Intel的X86系列的CPU,编译出来的,就是针对X86的二进制代码。
3。链接就是,将多个目标文件合并为一个目标文件,称作可执行文件。
4。每个目标文件都包含一连串的section,最常见,最基础的至少有:
.text,代码段,就是CPU要运行的指令代码;
.data,数据段,程序中包含的一些数据,放在这个段里;
.bss,未初始化段,记录了程序里有哪些未初始化的变量,就相当于只记录对应的名字,留着程序运行前去初始化为0,所以,此处并不占用具体空间。打个比方就是,只记录人名,没有人站在这里占地方,而对应的.text和.data段,都是既有人名(函数或者变量名),又占对应的地方(包含具体空间记录到底是什么指令代码和数据的数值是多少)。
5。section一般可以分为loadable与allocatable.
通俗点说就是:
loadable,可加载,就是,原先目标文件里面包含对应的代码或数据,所以,装载器要把这些内容,load到对应的地址,以便程序可以运行;
而allocatable,可分配的,最简单理解就是上面提到的.bss段,那里记录了人名,到时候,你要给这些人名分配空间给你站的地方,对应着也就是变量所要占用的具体内存空间了。
其他还有既不是loadbale的,也不是allocatable的,比如只存储debug信息的段,此处不多解释。
[前提]
程序已经编译好了,有了一个可执行文件,也叫目标文件,二进制文件,才会有后面的把程序装载,运行的事情。

看完了基础知识和前提,再说我们此处的主题,才能更加清楚是咋回事:
对于目标文件中的loadable或allocatable的section,其都有两个地址:VMA 和 LMA 。
知道了其来由,再看具体解释:
[LMA 详解]
LMA的英文原版解释:
LMA(Load Memory Address): the address at which the section will be loaded.
什么是Load Memory Address,内存装载地址呢? 此处,单单从名字上,我们就可以看出几层意思:
1。load,装载
为何要装载呢? 因为,如果想要使你的程序(即经历过,由你的源码,通过编译器的编译,链接器的链接,形成的那个可执行文件),能在内存里面运行,那么肯定涉及到一点,就是,有人,把你的这个程序,
,从此处常见的存储器硬盘里面,搬到内存里面去了,然后才有可能运行。而这里的装载,就是对应这个意思。就是把程序,从硬盘里面,装载Load,到内存里面去了。
对应地,放到内存哪里去了呢?就是LMA,Load Memory Address,就是把你的程序中的对应的内容,详细点说就是,把其中的.text代码段,.data数据段等内容,搬到,也就是copy拷贝到,内存的LMA地址处了。
2。Memory,内存
上面已经解释了,这里再多说几句。
程序运行的本质,就是CPU读取到指令,然后执行。这里就涉及到,如果想要你的程序运行,
首先,你应该把对应的指令,放到合适的地方,CPU 才能读到,才能执行。
此处合适的地方,有人想到,直接放到硬盘这里,CPU过来读取,然后执行不就可以了吗,还不用这么麻烦地将(指令)代码搬来搬去的,多省事。但是实际上,系统就是这么“笨”地搬来搬去,原因在于,从硬盘上直接读取指令,速度比直接从内存,一般PC 上是各种类型的RAM,比如DDR,此处统称为Memory/内存,
要慢很多倍,所以,系统才会不嫌弃麻烦,把代码拷贝到内存里面去,然后从内存里面读取指令,然后执行,这样效率会高很多。
所以,此处简单说就是,为了总体效率,对于普通系统,比如PC,程序的执行都是在Memory,内存里面执行的。

因此,用一句话总结就是:
代码被装载到内存的某个地方,那个地方的地址,就是LMA 。

[VMA 详解]
英文解释:
VMA(Virtual Memory Address):the address the section will have when the output file is run;
那啥是虚拟内存地址呢?简单说就是,你程序运行时候的所对应的地址。
此处所谓的虚拟,一般来说,指的是启用了MMU之后,才有了虚拟地址和实地址。
此处,我们可以简单的理解为,就是内存的实际地址即可。
程序运行前,要把程序的内容,拷贝到对应的内存地址处,然后才能运行的。
因此,一句话总结就是:
代码要运行的时候,此时对应的地址,就是VMA。

[理解此句:在多数情况下,LMA和VMA是相等的]
这句话,说白了,可以(武断地)这么理解:
如果是普通PC电脑,也就是上面说的,大多数情况下,那么LMA和VMA是一样的,也就是,程序被加载到内存的什么地方,也就在什么地方运行。
如果是嵌入式系统,也就是相对的“少数情况”,LMA和VMA不一样。而其中最常见的一种情况就是,
程序被放到ROM中,比如设置为只读的Nor Flash中,也就是LMA的地址是Nor Flash的地址,
此如随便举例为0x10000000,而程序要运行时候的地址是内存地址,比如0x30000000,也就是VMA 是0x30000000,这时候,就要我们自己保证,在程序运行之前,把自己的程序,从LMA=0x10000000拷贝到VMA=0x3000000处,然后程序才可以正常运行。


有人会问,反正对于ROM来说,CPU 也是可以直接从ROM里面读取代码,然后运行的。为何还要前面提到的,弄个LMA 和VMA不同,搬来搬去的呢?因为ROM,顾名思义,是只读的,只能读取,不能写入的。
而程序中的代码段,由于只是被读取,不涉及到修改写入,是没有问题的。但是对于数据段和bss位初始化段来说,里面的所有的程序的变量,多数都是在运行的时候,不仅要读取,而且要被修改成新的值,然后写入新的值的,所以,如果还是放到ROM里面,就没法修改写入了。
而且,另一个原因是,CPU从ROM,比如常见的Nor Flash中读取代码的速度,要远远小于从RAM,比如常见的SDRAM,中读取的速度,所以,才会牵扯到将代码烧写到ROM里面,然后代码的最开始,将此部分程序reaload,重载,也就是从此处的ROM的地址,即LMA,重新拷贝到SDRAM中去,也就是VMA的地方,然后从那里运行。

[后记]
关于LMA 和 VMA:
Linker,链接器的作用:
1。将LMA写到(可执行的)二进制文件里面去
2。解析符号。即,把不同的符号,根据符号表中的信息,转换成对应的地址。此处只涉及VMA,即程序运行时候的地址。

Loader,装载器的作用:
1。从二进制文件中读出对应的段的信息,比如text,data,bss等段的信息,
将内容拷贝到对应的LMA的地址处。此谓,装载(对应内容)到装载地址(LMA)。
2。如果发现VMA!=LMA, 即 程序运行时候的地址,和刚刚把程序内容拷贝到的地址LMA,两者不一样,
那么就要把对应的内容,此处主要是data,数据段的内容,从刚刚装载到的位置,LMA处,拷贝到VMA处,
这样,程序运行的时候,才能够在执行的时候,找到对应的VMA处的变量,才能找到对应的值,程序才能正常运行。
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