RISC-V64裸机设置超32位RAM起始地址报错求解决方案

问题描述 #

我正在使用链接脚本编译RISC-V64裸机程序，需要将RAM起始地址设置为超过32位的值，但修改链接脚本中的地址后出现以下错误：

(.text._start+0x0): relocation truncated to fit: R_RISCV_PCREL_HI20 against symbol __global_pointer$' defined in *ABS* section in build/bm_uart_test.qemu.elf /tmp/ccU40vjX.o: in function .L0 ':
uart.c:(.text.uart_init+0x14): relocation truncated to fit: R_RISCV_PCREL_HI20 against uart_base' /tmp/ccU40vjX.o: in function uart_putc':
uart.c:(.text.uart_putc+0xa): relocation truncated to fit: R_RISCV_PCREL_HI20 against `uart_base'
collect2: error: ld returned 1 exit status

当前使用的编译选项：

AOPS = -march=rv64gc -mabi=lp64d -mcmodel=medany
COPS = -Wall -O2 -static -nostdlib -nostartfiles -ffreestanding -mstrict-align
CFLAGS += $(AOPS) $(COPS) -I include/
LOPTS = -lgcc -Wl,--relax,--orphan-handling=warn,--no-dynamic-linker,--gc-sections,--print-gc-sections,--strip-discarded
LOPTS_QEMU = $(LOPTS) -T bmmap.qemu.ld
CPOPS = -O binary --gap-fil 0

我目前的理解是medany内存模型要求所有全局符号必须位于±2GiB范围内，由于我的地址超过32位，链接器无法生成可达地址导致报错。请问我的理解是否正确？有什么解决方法？

解答 #

你的理解完全正确。RISC-V的medany内存模型确实限制了PC相对寻址的符号必须位于当前指令的±2GiB范围内，而你设置的RAM地址超出了这个区间，导致R_RISCV_PCREL_HI20重定位失败——因为HI20+LO12的PC相对寻址组合只能覆盖±2GiB的地址空间。

具体解决方法： #

• 修改全局符号的访问方式
  对于uart_base这类外设或大内存地址，避免直接用PC相对寻址访问，改用绝对寻址：

  // 原写法（触发PC相对寻址）
  *(volatile uint32_t *)(uart_base + OFFSET) = val;
  
  // 修改后（强制生成绝对寻址指令）
  uintptr_t uart_addr = uart_base;
  *(volatile uint32_t *)(uart_addr + OFFSET) = val;
  

  也可以直接用汇编指令加载绝对地址：

  lui t0, %hi(uart_base)
  addi t0, t0, %lo(uart_base)
  

• 处理__global_pointer$全局指针问题
  这个指针用于RISC-V的小数据区域访问，默认依赖PC相对寻址。可以通过添加编译选项-mno-save-restore -mno-small-data禁用小数据优化，让编译器直接生成绝对寻址访问全局变量的指令，不再依赖该指针。

• 调整链接脚本布局
  如果部分代码/数据可以放在±2GiB范围内，就将它们安排在低地址段，保留PC相对寻址的便利性；超出32位的大内存区域则通过绝对寻址访问。如果整个程序都要放在超32位地址，必须确保所有全局符号的访问都使用绝对寻址。

• 确认--relax选项的作用
  你已经在链接选项中添加了--relax，它能让链接器优化部分重定位，但无法突破PC相对寻址的±2GiB限制，仍需配合代码修改才能彻底解决问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mimis