如何构建C＆＃x2B;＆＃x2B; AARCH64-NONE-ELF的图像

Question

一些背景： 我正在为Raspberry Pi 4B编写一个裸机C ++应用程序/OS（以64位模式，因此启动kernel8.fel.s of SD卡），我一直在遇到奇怪的崩溃/挂起（在其中登录到其中在执行非常正常的C ++任务时，ScreenBuffer只是停止而无法解释），例如：

• 在main（）中构造对象（尽管使同一对象都可以
• 在-O0中构造一个全局的对象），而-O2和-O3倾向于使用-O2和-O3
• 调用成员函数

我的第一个本能是在我的程序中寻找UB，我可以肯定这不是问题。有问题的CTOR只是调用一些内联ASM来读取PI的型号并相应地设置MMIO基础地址。

我无法公开发布Sourcecode，但我认为（并希望）这是我如何编译/链接我的可执行文件的问题。

我更喜欢根据C ++ 20 stdlib编译/链接，因为我想在此项目中使用std ::数组和选件。

这是我正在使用

ARCH=cortex-a72
TRIPLE=aarch64-none-elf
XDIR:=/PATH/TO/GCC/$(TRIPLE)
GCC_VERSION=11.2.1
XBINDIR:=$(XDIR)/bin
XLIBDIR1:=$(XDIR)/lib
XLIBDIR2:=$(XDIR)/lib/gcc/$(TRIPLE)/$(GCC_VERSION)
XLIBDIR3:=$(XDIR)/$(TRIPLE)/lib
AR:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-ar
ASM:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-gcc
CC:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-gcc
CXX:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-g++
LD:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-ld
OBJCOPY:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-objcopy
RANLIB:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-ranlib
SIZE:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-size
STRIP:=$(XBINDIR)/$(TRIPLE)-strip

# COMPILE OPTIONS
WARNINGS=-Wall -Wextra -Wpedantic 
OPTS=-O3
CFLAGS:=-g $(OPTS) -pipe -flto=auto -static-pie -fsigned-char $(WARNINGS) -mcpu=$(ARCH)\
         -static -ffreestanding -nostartfiles
CXXFLAGS:=$(CFLAGS) -std=c++20 -fno-exceptions -fno-unwind-tables -fno-rtti
LDFLAGS:=   -Wl,-nmagic\
            -Wl,-Tlinker.ld\
            -L.\
            -L$(XLIBDIR1)\
            -L$(XLIBDIR2)\
            -L$(XLIBDIR3)\
            -lc\
            -lgcc\
            -lstdc++\
            -Wl,-gc-sections

RM=rm -f
# Source files and include dirs
SOURCES := $(wildcard src/*.cc) $(wildcard src/*.c) $(wildcard src/*.S) $(wildcard test/*cc)

# Create .o and .d files for every .cc and .S (hand-written assembly) file
OBJECTS := $(patsubst %.c, %.o, $(patsubst %.S, %.o, $(patsubst %.cc,%.o,$(SOURCES))))
DEPENDS := $(patsubst %.c, %.d, $(patsubst %.S, %.d, $(patsubst %.cc,%.d,$(SOURCES))))
INC=-Iinclude


# .PHONY means these rules get executed even if
# files of those names exist.
.PHONY: all clean

# The first rule is the default, ie. "make",
# "make all" and "make kernel8.elf" mean the same
all: kernel8.elf

clean:
    $(RM) $(OBJECTS) $(DEPENDS) kernel8.elf kernel8.img

# Linking the executable from the object files
kernel8.elf kernel8.img &: $(OBJECTS) linker.ld
    $(CXX) $(INC) $(CXXFLAGS) $(filter-out %.ld, $^) -o $@ $(LDFLAGS)
    $(OBJCOPY) $@ -O binary kernel8.img

-include $(DEPENDS)

QEMUCMD=qemu-system-aarch64 -M raspi3b\
                            -kernel kernel8.img\
                            -display none\
                            -serial null\
                            -serial stdio\
                            -semihosting\
                            -d unimp

debug: CFLAGS += -DDEBUG -Og
debug: kernel8.img
     $(QEMUCMD) -s -S

run: kernel8.img
    $(QEMUCMD)

%.o: %.cc Makefile
    $(CXX) $(INC) $(CXXFLAGS) -MMD -MP -c $< -o $@ $(LDFLAGS)

%.o: %.c Makefile
    $(CXX) $(INC) $(CFLAGS) -MMD -MP -c $< -o $@ $(LDFLAGS)

此处的linker.ld：

ENTRY(_start)

SECTIONS {
  . = 0x80000;
  .text : { KEEP(*(.text.boot)) *(.text .text.* .gnu.linkonce.t*) }
  .rodata : { *(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r*) }
  PROVIDE(_data = .);
  .data : { *(.data .data.* .gnu.linkonce.d*) }
  .bss (NOLOAD) : {
      . = ALIGN(16);
      __bss_start = .;
      __bss_start__ = __bss_start;
      *(.bss .bss.*)
      *(COMMON)
      __bss_end = .;
  }
  __bss_size = SIZEOF(.bss);
  . = ALIGN(4096);
  .init_array :  {
      __init_array_start = .;
      KEEP (*(.init_array*))
      __init_array_end = .;
  }
  __end = .;

  /* needed for certain newlib routines that (potentially) call _sbrk */
  end = __bss_end;
  __end__ = end;

  __dso_handle = 0;
}

最后，这是我定义的.s文件：

//https://www.rpi4os.com/part1-bootstrapping/
.section ".text.boot"  // Make sure the linker puts this at the start of the kernel image

.global _start  // Execution starts here
.global exit

_start:
    // Check processor ID is zero (executing on main core), else hang
    mrs     x1, mpidr_el1
    and     x1, x1, #3
    // We're not on the main core, so hang in an infinite loop
    cbnz     x1, exit
    // We're on the main core!
    // initialize SP
    ldr     x0, =_start
    mov     sp, x0
    // init global objects and BSS before handing control over to C++
    bl      init
    // Jump to our main() routine in C++ (make sure it doesn't return)
    bl      main
    // if main returns, just spin
exit: b    exit

init surn std :: filt to Zero forto Zero for to Zero .BSS，然后通过CTORS进行迭代在init_array中。

对于我的编译器，我正在使用X86-64 Linux主机上的ARM GNU工具链，我从在这里。

我希望我的设置显然有问题，因为我尝试了从C ++的所有常规调试步骤 - 土地无济于事。当调用内联时，完全相同的代码可以正常工作，但是通过方法执行时会悬挂/崩溃。 谢谢！

Answer 1

我找出了我看到的坠机事件的原因。在设置MMU之前，我正在调用MEMSET，而Newlib的优化MEMSET正在生成SIMD商店（指Q0），该商店导致对齐故障和随后的例外。我最终滚动了自己的磁场，然后使用它。