newlib库中malloc函数依赖_sbrk函数，该函数使用链接脚本中的_end符号作为堆的初始地址.

问题：

具体是通过什么传递，从而使newlib得到用户设置的堆的起始地址的？在我的链接脚本文件中并没有看见__heap_start = .;和__heap_end = .;，那么newlib中的crt0.o是怎么知道用户设置的堆的起始地址的呢？

答：

在嵌入式系统中，newlib 是一个轻量级的 C 库，用于管理包括动态内存分配在内的标准 C 函数，如 malloc 和 free。为了使 newlib 能够管理堆（heap），它需要知道堆的起始地址和大小。你提到在链接脚本中没有看到 __heap_start 和 __heap_end 这样的符号，并想知道 newlib 中的 crt0.o 是如何获取用户设置的堆的起始地址的。下面我将详细解答这个问题。

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1. newlib 如何获取堆的起始地址？

newlib 获取堆的起始地址并不是通过硬性指定的符号（如 __heap_start），而是通过链接脚本中定义的某个符号（通常是 end 或 _end）来实现的。这个符号表示堆的起始位置，通常由链接脚本在内存布局中设置。

在你的链接脚本中，虽然没有显式定义 __heap_start = .; 和 __heap_end = .;，但有以下部分：

._user_heap_stack :
{. = ALIGN(8);PROVIDE ( end = . );PROVIDE ( _end = . );. = . + _Min_Heap_Size;. = . + _Min_Stack_Size;. = ALIGN(8);
} >RAM

• end 符号的作用：在这里，end（和 _end）被定义为 ._user_heap_stack 节的起始地址。这个节通常紧接在数据段（如 .bss）之后，用于分配堆和栈的空间。
• 堆的起始地址：end 标记了堆的开始位置，而堆的结束位置是 end + _Min_Heap_Size。
• newlib 的使用方式：newlib 的动态内存管理函数依赖于一个叫做 _sbrk 的函数，而 _sbrk 使用 end 符号作为堆的初始地址。

因此，在你的配置中，newlib 通过链接脚本中的 end 符号获取了堆的起始地址。

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2. _sbrk 函数如何工作？

_sbrk 是 newlib 中负责管理堆增长的关键函数。它的作用是根据请求的内存大小（incr）扩展堆，并返回新分配的内存块地址。以下是 _sbrk 的典型实现（简化版）：

caddr_t _sbrk(int incr)
{extern char end; /* 由链接脚本设置 */static char *heap_end;if (heap_end == 0)heap_end = &end; /* 初始化时将 heap_end 设置为 end */char *prev_heap_end = heap_end;heap_end += incr; /* 扩展堆 */return (caddr_t) prev_heap_end;
}

• 初始化：当 _sbrk 第一次被调用时，heap_end 被设置为 end，即链接脚本中定义的堆起始地址。
• 内存分配：之后，每次调用 _sbrk 时，heap_end 会根据请求的大小递增，从而分配新的内存块。
• 关键点：end 是一个外部符号，直接由链接脚本提供，newlib 通过它知道堆的起始位置。

在你的链接脚本中，end 被定义为 ._user_heap_stack 的起始地址，因此 _sbrk 会从这个位置开始管理堆。

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3. crt0.o 的角色是什么？

crt0.o 是 C 运行时库的一部分，负责在 main 函数执行之前进行初始化工作，比如设置堆和栈。然而，在 newlib 的标准实现中，crt0.o 并不需要显式地将堆的起始地址传递给 _sbrk，原因如下：

• end 符号的全局性：end 是链接脚本中定义的全局符号，newlib 的 _sbrk 函数可以直接访问它。
• 初始化过程：通常，crt0.o 会设置一些基本的运行时环境（比如栈指针），但堆的初始化是由 _sbrk 在第一次调用时完成的，而 _sbrk 直接使用 end。
• 可能的汇编代码：在某些系统中，crt0.o 可能包含类似以下的代码（以 ARM 为例）：

  ldr r0, =end
  bl _sbrk_init  ; 调用初始化函数（视实现而定）
  

  但在 newlib 的典型实现中，_sbrk 不需要额外的初始化函数调用，因为它直接依赖 end 符号。

在你的情况下，由于 end 已由链接脚本定义，crt0.o 不需要额外操作，newlib 的 _sbrk 就能通过 end 知道堆的起始地址。

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4. 为什么没有 __heap_start 和 __heap_end 也能工作？

• 符号名称的灵活性：newlib 并不强制要求使用 __heap_start 和 __heap_end 这样的符号。不同的系统和链接脚本可能使用不同的命名约定，而 newlib 默认使用 end 或 _end。
• 你的配置：在你的链接脚本中，end 替代了 __heap_start 的作用，提供了堆的起始地址。堆的大小由 _Min_Heap_Size 定义，但 _sbrk 通常只关心起始地址，结束地址的检查可能由额外的逻辑完成（比如确保 heap_end 不超过 RAM 范围）。
• 结果：即使没有 __heap_start 和 __heap_end，newlib 仍然能通过 end 正常工作。

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5. 具体传递机制总结

• 通过什么传递：堆的起始地址通过链接脚本中的 end 符号传递给 newlib。
• 如何传递：end 是在链接时确定的全局符号，newlib 的 _sbrk 函数直接引用它，无需额外的运行时传递。
• crt0.o 的作用：crt0.o 本身并不直接告诉 newlib 堆的起始地址，而是依赖链接脚本的静态定义（end）。_sbrk 在第一次调用时自动以 end 为基础初始化堆。

因此，在你的系统中，newlib 通过以下方式得知用户设置的堆的起始地址：

1. 链接脚本定义了 end = .，标记 ._user_heap_stack 的起始地址。
2. newlib 的 _sbrk 函数使用 extern char end 访问这个地址。
3. 堆从 end 开始管理，crt0.o 不需要显式干预。

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结论

在你的链接脚本中，虽然没有 __heap_start 和 __heap_end，但 newlib 通过 end 符号获取了堆的起始地址。这个符号由链接脚本提供，crt0.o 不需要额外传递信息，_sbrk 函数直接使用 end 来初始化和管理堆。这种机制简单高效，非常适合嵌入式系统的内存管理需求。