新手必看：aarch64汇编启动文件.S常见写法梳理

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从第一行指令开始：一个真正能跑起来的 aarch64 裸机启动文件是怎么炼成的？

你有没有试过，在树莓派4或某款国产ARM服务器芯片上烧写完自己的startup.S，通电后串口却一片死寂？
不是没输出，是连第一个mov x0, #0x1234都没执行——CPU就卡在复位向量入口，或者直接进了一个无法捕获的同步异常（ESR_EL1 = 0x20000000）。
这不是编译错了，也不是链接脚本漏了段；而是你在写.S时，无意中触碰到了aarch64最坚硬的几条铁律：向量表必须对齐、每个异常入口必须严格128字节对齐、SP必须在第一条函数调用前就位、跳转__main绝不能替换成bl main。

这些规则不是GCC的脾气，是ARM架构手册白纸黑字写死的硬件行为。它不跟你讲道理，只认地址低7位是不是全0、VBAR指向的位置是不是2048字节对齐、栈顶是不是8字节对齐……一旦错一点，轻则挂死，重则静默失败，连JTAG都抓不到现场。

所以今天，我们不讲概念，不列规范，就一起手把手，把一个能在真实SoC上稳定点亮UART、打印”Hello aarch64!”的启动文件，从零搭出来。每一步，都告诉你：为什么非得这么写？不这么写会怎样？工具链在哪帮你、又在哪埋坑？

向量表不是“放几个b指令”那么简单

很多人初学时以为，向量表就是.section ".vectors"里挨个写b reset_handler、b irq_handler……其实这是最大的误解源头。

aarch64的向量表是硬件强制寻址的只读内存区域。CPU复位后，会自动把VBAR_EL3（或EL2/EL1）作为基地址，再根据异常类型计算偏移，直接跳过去执行——这个过程完全绕过MMU、不查页表、不走cache，纯物理地址硬跳。

这就带来三个铁律：

整个向量表起始地址必须是2048字节对齐（即地址 % 0x800 == 0）。否则CPU根本不会从你放的地址开始找入口。
每个异常条目的第一条指令地址，必须是128字节对齐（地址 % 0x80 == 0）。比如reset_handler标签所在的地址，低7位必须全为0。否则CPU解码时发现不对齐，当场触发“Vector Alignment Exception”——而此时你的向量表可能还没初始化好，结果就是死循环。
向量表内容不可写。哪怕你用mmap把它映射成可写，CPU也不会允许你运行时修改它。它是ROM级契约。

所以你看这段典型写法：

.section ".vectors", "ax", %progbits .balign 2048 .global _vector_table _vector_table: b reset_handler b undef_handler b sys_handler b prefetch_abort b data_abort b reserved b irq_handler b fiq_handler // 后续共16组，每组128字节，此处省略

.balign 2048不是为了“好看”，是让链接器把.vectors整个节对齐到下一个2048字节边界。如果你的链接脚本没显式指定.vectors加载地址，它很可能被塞进.text中间——那这个.balign就毫无意义。真正的对齐控制权在链接脚本里，比如：

SECTIONS { . = ALIGN(0x800); /* 强制向量表起始地址2048字节对齐 */ .vectors : { *(.vectors) } . = ALIGN(0x1000); /* 后续代码按4KB对齐 */ .text : { *(.text) } }

很多新手在这里栽跟头：.balign 2048写了，但链接脚本没配，readelf -S一看.vectors地址是0x80000010，低7位不为0，CPU压根不认。

更隐蔽的坑在reset_handler本身。你以为写了.balign 128就万事大吉？错。如果reset_handler定义在另一个.S文件里，而那个文件没加.balign 128，或者前面有未对齐的数据定义（比如.word 0x12345678），那它的地址照样歪掉。

验证方法很简单：objdump -d your.elf | grep reset_handler，看输出地址末两位是不是00（十六进制下0x...00表示低7位为0）。不是？立刻回溯定义位置，补.balign 128。

`reset_handler`里的四件事，少一件都进不了`main`

reset_handler是你整个软件世界的“出生证明”。它不长，但每条指令都在和硬件博弈：

.balign 128 reset_handler: msr daifset, #0xf // 关D/A/I/F中断 —— 第一件事 ldr x0, =_stack_top // 加载栈顶地址 —— 第二件事 mov sp, x0 // 初始化SP —— 第三件事 bl zero_bss // 清BSS（可选，但强烈建议）—— 第四件事 b __main // 跳转C库入口 —— 不是main！

为什么上来就关所有中断？

因为复位后DAIF寄存器状态是未知的。万一某个外设（比如UART FIFO满）在复位瞬间发了个IRQ，而你的IRQ handler还没准备好，CPU就会跳进一个空指针地址，直接挂死。msr daifset, #0xf是一次性关闭所有异步异常源，比一条条msr daifclr更安全、更原子。

为什么SP必须在这儿设，且必须是`_stack_top`？

aarch64复位后，sp是未定义值。任何bl、任何局部变量、甚至str x0, [sp, #-8]!都会出问题。栈必须是“满递减”（Full Descending），也就是栈顶=最高地址，数据往下压。所以链接脚本里定义的是_stack_top = .;，而不是_stack_base。

而且注意：_stack_top必须是8字节对齐的。AAPCS64规定，函数调用前SP必须满足sp % 8 == 0。如果你的RAM起始地址是0x80000000，预留4KB栈，那_stack_top = 0x80001000，完美对齐；但如果误写成0x80000FFF，哪怕只差1字节，后续printf一进来就崩。

为什么`zero_bss`值得单独拎出来？

BSS段存放未初始化全局变量（如static int counter;）。它在镜像里不占空间，但运行时必须清零。__main内部会做这事，但如果你在__main之前就要用全局变量（比如早期UART驱动需要一个static struct uart_dev dev;），就必须自己清。所以bl zero_bss不是可选项，是工程鲁棒性的分水岭。

最关键的一跳：`b __main`，不是`bl main`

这是90%裸机项目失败的根源。__main是ARM C库（armlib）的初始化入口，它干的事包括：
- 拷贝.data段从Flash到RAM；
- 将.bss段全置0；
- 调用C++全局构造函数（如果有）；
- 初始化stdout/stdin/stderr（绑定到你实现的_write）；
- 最后，才b main。

你如果直接bl main，printf("Hello")会立即跳进一个未初始化的stdout指针，大概率访问非法地址。串口没输出？不是UART坏了，是你跳过了C世界的“出生仪式”。

顺便说一句：b __main用的是无条件跳转，不是带返回的bl。因为__main自己管理返回流程——它执行完所有初始化，最后一条指令就是b main。你不需要、也不应该等它回来。

链接脚本不是配菜，是启动文件的另一半灵魂

很多人把.S写得滴水不漏，却倒在链接脚本上。这里给你一份极简但完备的memmap.ld核心骨架：

MEMORY { RAM (rwx) : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = 0x10000000 } SECTIONS { /* 向量表必须放在最前面，且2048字节对齐 */ . = ALIGN(0x800); .vectors : { *(.vectors) } > RAM /* 代码段紧随其后，4KB对齐 */ . = ALIGN(0x1000); .text : { *(.text) } > RAM /* 只读数据 */ .rodata : { *(.rodata) } > RAM /* 数据段（含.data和.bss） */ .data : { *(.data) } > RAM .bss : { *(.bss) } > RAM /* 栈空间：放在RAM末尾，向下生长 */ .stack (NOLOAD) : { _stack_start = .; . += 0x1000; /* 4KB栈 */ _stack_end = .; } > RAM _stack_top = _stack_end; }

重点看三处：

. = ALIGN(0x800)：确保.vectors从2048字节边界开始；
.stack (NOLOAD)：NOLOAD表示该段不占用镜像体积（因为栈是运行时动态分配的），避免把4KB零填充进bin文件；
_stack_top = _stack_end：定义符号供汇编引用。注意不是_stack_start！栈顶是最高地址，不是起始地址。

你可以用nm your.elf | grep stack快速确认符号是否存在、值是否合理。如果_stack_top显示为U（undefined），说明链接脚本没生效；如果是0x00000000，说明.stack段没被分配到RAM里。

真实世界里的调试：当串口不说话，你该看哪里？

没有JTAG？没关系。裸机调试的核心信条是：用最原始的方式，暴露最底层的问题。

场景一：上电后LED都不闪，串口完全无声

→ 先怀疑向量表地址没对齐。用readelf -S your.elf查.vectors的Addr字段，看是不是0x800的整数倍。不是？回链脚本。

场景二：LED闪一下就停，串口偶尔吐半个字符

→ 很可能是SP初始化失败，导致__main里memcpy操作栈溢出。临时把mov sp, x0换成mov sp, #0x80001000硬编码，看是否恢复。如果恢复，说明_stack_top符号没正确定义。

场景三：`printf`输出乱码或崩溃

→ 检查是否真的跳进了__main。在__main入口加一句mov x0, #0xDEAD+str x0, [x1]（故意触发Data Abort），然后看ESR_EL1值。如果是0x92000000（Data Abort），说明__main执行了；如果是0x20000000（ILLEGAL INSTRUCTION），说明根本没跳进去，还在汇编层就崩了。