]> git.sur5r.net Git - cc65/blob - doc/ld65.txt
Add new command line options
[cc65] / doc / ld65.txt
1
2
3                                    ld65
4
5                      A Linker for ca65 Object modules
6
7               (C) Copyright 1998-2000 Ullrich von Bassewitz
8                             (uz@musoftware.de)
9
10
11
12 Contents
13 --------
14
15   1. Overview
16
17   2. Usage
18
19   3. Detailed workings
20
21   4. Output configuration files
22   4.1 Introduction
23   4.2 Reference
24   4.3 Builtin configurations
25
26   5. Bugs/Feedback
27
28   6. Copyright
29
30
31
32 1. Overview
33 -----------
34
35 The ld65 linker combines several object modules created by the ca65
36 assembler, producing an executable file. The object modules may be read
37 from a library created by the ar65 archiver (this is somewhat faster and
38 more convenient). The linker was designed to be as flexible as possible.
39 It complements the features that are built into the ca65 macroassembler:
40
41   * Accept any number of segments to form an executable module.
42
43   * Resolve arbitrary expressions stored in the object files.
44
45   * In case of errors, use the meta information stored in the object files
46     to produce helpful error messages. In case of undefined symbols,
47     expression range errors, or symbol type mismatches, ld65 is able to
48     tell you the exact location in the original assembler source, where
49     the symbol was referenced.
50
51   * Flexible output. The output of ld65 is highly configurable by a
52     config file. More common platforms are supported by builtin
53     configurations that may be activated by naming the target system.
54     The output generation was designed with different output formats in
55     mind, so adding other formats shouldn't be a great problem.
56
57
58
59 2. Usage
60 --------
61
62 The linker is called as follows:
63
64 ---------------------------------------------------------------------------
65 Usage: ld65 [options] module ...
66 Short options:
67   -h                    Help (this text)
68   -m name               Create a map file
69   -o name               Name the default output file
70   -t sys                Set the target system
71   -v                    Verbose mode
72   -vm                   Verbose map file
73   -C name               Use linker config file
74   -Ln name              Create a VICE label file
75   -Lp                   Mark write protected segments as such (VICE)
76   -S addr               Set the default start address
77   -V                    Print the linker version
78
79 Long options:
80   --help                Help (this text)
81   --mapfile name        Create a map file
82   --target sys          Set the target system
83   --version             Print the linker version
84 ---------------------------------------------------------------------------
85
86
87   -h
88   --help
89
90   Print the short option summary shown above.
91
92
93   -m name
94   --mapfile name
95               
96   This option (which needs an argument that will used as a filename for
97   the generated map file) will cause the linker to generate a map file.
98   The map file does contain a detailed overview over the modules used, the
99   sizes for the different segments, and a table containing exported
100   symbols.
101
102
103   -o name
104
105   The -o switch is used to give the name of the default output file.
106   Depending on your output configuration, this name may NOT be used as
107   name for the output file. However, for the builtin configurations, this
108   name is used for the output file name.
109
110   -t sys
111   --target sys
112
113   The argument for the -t switch is the name of the target system. Since
114   this switch will activate a builtin configuration, it may not be used
115   together with the -C option. The following target systems are currently
116   supported:
117
118         none
119         atari
120         c64
121         c128
122         plus4
123         cbm610
124         pet
125         apple2
126         geos
127
128   There are a few more targets defined but neither of them is actually
129   supported. See section 4.3 for more information about the builtin
130   configurations.
131
132
133   -v
134   --verbose
135
136   Using the -v option, you may enable more output that may help you to
137   locate problems. If an undefined symbol is encountered, -v causes the
138   linker to print a detailed list of the references (that is, source file
139   and line) for this symbol.
140
141
142   -vm
143
144   Must be used in conjunction with -m (generate map file). Normally the
145   map file will not include empty segments and sections, or unreferenced
146   symbols. Using this option, you can force the linker to include all
147   this information into the map file.
148
149
150   -C
151
152   This gives the name of an output config file to use. See section 4 for
153   more information about config files. -C may not be used together with
154   -t.
155
156
157   -Ln
158
159   This option allows you to create a file that contains all global labels
160   and may be loaded into VICE emulator using the pb (playback) command.
161   You may use this to debug your code with VICE. Note: The label feature
162   is very new in VICE and has some bugs. If you have problems, please get
163   the latest VICE version.
164
165
166   -Lp
167
168   Deprecated option.
169
170
171   -S addr
172
173   Using -S you may define the default starting address. If and how this
174   address is used depends on the config file in use. For the builtin
175   configurations, only the "none" system honors an explicit start address,
176   all other builtin config provide their own.
177
178
179   -V
180   --version
181
182   This option print the version number of the linker. If you send any
183   suggestions or bugfixes, please include this number.
184
185
186 If one of the modules is not found in the current directory, and the
187 module name does not have a path component, the value of the environment
188 variable CC65_LIB is prepended to the name, and the linker tries to open
189 the module with this new name.
190
191
192
193 3. Detailed workings
194 --------------------
195
196 The linker does several things when combining object modules:
197
198 First, the command line is parsed from left to right. For each object file
199 encountered (object files are recognized by a magic word in the header, so
200 the linker does not care about the name), imported and exported
201 identifiers are read from the file and inserted in a table. If a library
202 name is given (libraries are also recognized by a magic word, there are no
203 special naming conventions), all modules in the library are checked if an
204 export from this module would satisfy an import from other modules. All
205 modules where this is the case are marked. If duplicate identifiers are
206 found, the linker issues a warning.
207
208 This procedure (parsing and reading from left to right) does mean, that a
209 library may only satisfy references for object modules (given directly or
210 from a library) named BEFORE that library. With the command line
211
212         ld65 crt0.o clib.lib test.o
213
214 the module test.o may not contain references to modules in the library
215 clib.lib. If this is the case, you have to change the order of the modules
216 on the command line:
217
218         ld65 crt0.o test.o clib.lib
219
220 Step two is, to read the configuration file, and assign start addresses
221 for the segments and define any linker symbols (see section 4).
222
223 After that, the linker is ready to produce an output file. Before doing
224 that, it checks it's data for consistency. That is, it checks for
225 unresolved externals (if the output format is not relocatable) and for
226 symbol type mismatches (for example a zero page symbol is imported by a
227 module as absolute symbol).
228
229 Step four is, to write the actual target files. In this step, the linker
230 will resolve any expressions contained in the segment data. Circular
231 references are also detected in this step (a symbol may have a circular
232 reference that goes unnoticed if the symbol is not used).
233
234 Step five is to output a map file with a detailed list of all modules,
235 segments and symbols encountered.
236
237 And, last step, if you give the -v switch twice, you get a dump of the
238 segment data. However, this may be quite unreadable if you're not a
239 developer:-)
240
241
242
243 4. Output configuration files
244 -----------------------------
245
246 Configuration files are used to describe the layout of the output file(s).
247 Two major topics are covered in a config file: The memory layout of the
248 target architecture, and the assignment of segments to memory areas. In
249 addition, several other attributes may be specified.
250
251 Case is ignored for keywords, that is, section or attribute names, but it
252 is NOT ignored for names and strings.
253
254
255
256 4.1 Introduction
257 ----------------
258
259 Memory areas are specified in a "MEMORY" section. Lets have a look at an
260 example (this one describes the usable memory layout of the C64):
261
262         MEMORY {
263             RAM1:  start = $0800, size = $9800;
264             ROM1:  start = $A000, size = $2000;
265             RAM2:  start = $C000, size = $1000;
266             ROM2:  start = $E000, size = $2000;
267         }
268
269 As you can see, there are two ram areas and two rom areas. The names
270 (before the colon) are arbitrary names that must start with a letter, with
271 the remaining characters being letters or digits. The names of the memory
272 areas are used when assigning segments. As mentioned above, case is
273 significant for these names.
274
275 The syntax above is used in all sections of the config file. The name
276 ("ROM1" etc.) is said to be an identifier, the remaining tokens up to the
277 semicolon specify attributes for this identifier. You may use the equal
278 sign to assign values to attributes, and you may use a comma to separate
279 attributes, you may also leave both out. But you MUST use a semicolon to
280 mark the end of the attributes for one identifier. The section above may
281 also have looked like this:
282
283         # Start of memory section
284         MEMORY
285         {
286             RAM1:
287                 start $0800
288                 size $9800;
289             ROM1:
290                 start $A000
291                 size $2000;
292             RAM2:
293                 start $C000
294                 size $1000;
295             ROM2:
296                 start $E000
297                 size $2000;
298         }
299
300 There are of course more attributes for a memory section than just start
301 and size. Start and size are mandatory attributes, that means, each memory
302 area defined MUST have these attributes given (the linker will check
303 that). I will cover other attributes later. As you may have noticed, I've
304 used a comment in the example above. Comments start with a hash mark
305 (`#'), the remainder of the line is ignored if this character is found.
306
307 Let's assume you have written a program for your trusty old C64, and you
308 would like to run it. For testing purposes, it should run in the RAM area.
309 So we will start to assign segments to memory sections in the SEGMENTS
310 section:
311
312         SEGMENTS {
313             CODE:   load = RAM1, type = ro;
314             RODATA: load = RAM1, type = ro;
315             DATA:   load = RAM1, type = rw;
316             BSS:    load = RAM1, type = bss, define = yes;
317         }
318
319 What we are doing here is telling the linker, that all segments go into
320 the RAM1 memory area in the order specified in the SEGMENTS section. So
321 the linker will first write the CODE segment, then the RODATA segment,
322 then the DATA segment - but it will not write the BSS segment. Why? Enter
323 the segment type: For each segment specified, you may also specify a
324 segment attribute. There are five possible segment attributes:
325
326         ro      means readonly
327         wprot   same as ro but will be marked as write protected in
328                 the VICE label file if -Lp is given
329         rw      means read/write
330         bss     means that this is an uninitialized segment
331         empty   will not go in any output file
332
333 So, because we specified that the segment with the name BSS is of type
334 bss, the linker knows that this is uninitialized data, and will not write
335 it to an output file. This is an important point: For the assembler, the
336 BSS segment has no special meaning. You specify, which segments have the
337 bss attribute when linking. This approach is much more flexible than
338 having one fixed bss segment, and is a result of the design decision to
339 supporting an arbitrary segment count.
340
341 If you specify "type = bss" for a segment, the linker will make sure that
342 this segment does only contain uninitialized data (that is, zeroes), and
343 issue a warning if this is not the case.
344
345 For a bss type segment to be useful, it must be cleared somehow by your
346 program (this happens usually in the startup code - for example the
347 startup code for cc65 generated programs takes care about that). But how
348 does your code know, where the segment starts, and how big it is? The
349 linker is able to give that information, but you must request it. This is,
350 what we're doing with the "define = yes" attribute in the BSS definitions.
351 For each segment, where this attribute is true, the linker will export
352 three symbols.
353
354         __NAME_LOAD__   This is set to the address where the segment is
355                         loaded.
356         __NAME_RUN__    This is set to the run address of the segment.
357                         We will cover run addresses later.
358         __NAME_SIZE__   This is set to the segment size.
359
360 Replace "NAME" by the name of the segment, in the example above, this
361 would be "BSS". These symbols may be accessed by your code.
362
363 Now, as we've configured the linker to write the first three segments and
364 create symbols for the last one, there's only one question left: Where
365 does the linker put the data? It would be very convenient to have the data
366 in a file, wouldn't it?
367
368 We don't have any files specified above, and indeed, this is not needed in
369 a simple configuration like the one above. There is an additional
370 attribute "file" that may be specified for a memory area, that gives a
371 file name to write the area data into. If there is no file name given, the
372 linker will assign the default file name. This is "a.out" or the one given
373 with the -o option on the command line. Since the default behaviour is ok
374 for our purposes, I did not use the attribute in the example above. Let's
375 have a look at it now.
376
377 The "file" attribute (the keyword may also be written as "FILE" if you
378 like that better) takes a string enclosed in double quotes (`"') that
379 specifies the file, where the data is written. You may specifiy the same
380 file several times, in that case the data for all memory areas having this
381 file name is written into this file, in the order of the memory areas
382 defined in the MEMORY section. Let's specify some file names in the MEMORY
383 section used above:
384
385         MEMORY {
386             RAM1:  start = $0800, size = $9800, file = %O;
387             ROM1:  start = $A000, size = $2000, file = "rom1.bin";
388             RAM2:  start = $C000, size = $1000, file = %O;
389             ROM2:  start = $E000, size = $2000, file = "rom2.bin";
390         }
391
392 The %O used here is a way to specify the default behaviour explicitly: %O
393 is replaced by a string (including the quotes) that contains the default
394 output name, that is, "a.out" or the name specified with the -o option on
395 the command line. Into this file, the linker will first write any segments
396 that go into RAM1, and will append then the segments for RAM2, because the
397 memory areas are given in this order. So, for the RAM areas, nothing has
398 really changed.
399
400 We've not used the ROM areas, but we will do that below, so we give the
401 file names here. Segments that go into ROM1 will be written to a file
402 named "rom1.bin", and segments that go into ROM2 will be written to a file
403 named "rom2.bin". The name given on the command line is ignored in both
404 cases.
405
406 Let us look now at a more complex example. Say, you've successfully tested
407 your new "Super Operating System" (SOS for short) for the C64, and you
408 will now go and replace the ROMs by your own code. When doing that, you
409 face a new problem: If the code runs in RAM, we need not to care about
410 read/write data. But now, if the code is in ROM, we must care about it.
411 Remember the default segments (you may of course specify your own):
412
413         CODE            read only code
414         RODATA          read only data
415         DATA            read/write data
416         BSS             uninitialized data, read/write
417
418 Since the BSS is not initialized, we must not care about it now, but what
419 about DATA? DATA contains initialized data, that is, data that was
420 explicitly assigned a value. And your program will rely on these values on
421 startup. Since there's no other way to remember the contents of the data
422 segment, than storing it into one of the ROMs, we have to put it there.
423 But unfortunately, ROM is not writeable, so we have to copy it into RAM
424 before running the actual code.
425
426 The linker cannot help you copying the data from ROM into RAM (this must
427 be done by the startup code of your program), but it has some features
428 that will help you in this process.
429
430 First, you may not only specify a "load" attribute for a segment, but also
431 a "run" attribute. The "load" attribute is mandatory, and, if you don't
432 specify a "run" attribute, the linker assumes that load area and run area
433 are the same. We will use this feature for our data area:
434
435         SEGMENTS {
436             CODE:   load = ROM1, type = ro;
437             RODATA: load = ROM2, type = ro;
438             DATA:   load = ROM2, run = RAM2, type = rw, define = yes;
439             BSS:    load = RAM2, type = bss, define = yes;
440         }
441
442 Let's have a closer look at this SEGMENTS section. We specify that the
443 CODE segment goes into ROM1 (the one at $A000). The readonly data goes
444 into ROM2. Read/write data will be loaded into ROM2 but is run in RAM2.
445 That means that all references to labels in the DATA segment are relocated
446 to be in RAM2, but the segment is written to ROM2. All your startup code
447 has to do is, to copy the data from it's location in ROM2 to the final
448 location in RAM2.
449
450 So, how do you know, where the data is located? This is the second point,
451 where you get help from the linker. Remember the "define" attribute? Since
452 we have set this attribute to true, the linker will define three external
453 symbols for the data segment that may be accessed from your code:
454
455         __DATA_LOAD__   This is set to the address where the segment is
456                         loaded, in this case, it is an address in ROM2.
457         __DATA_RUN__    This is set to the run address of the segment, in
458                         this case, it is an address in RAM2.
459         __DATA_SIZE__   This is set to the segment size.
460
461 So, what your startup code must do, is to copy __DATA_SIZE__ bytes from
462 __DATA_LOAD__ to __DATA_RUN__ before any other routines are called. All
463 references to labels in the DATA segment are relocated to RAM2 by the
464 linker, so things will work properly.
465
466 There are some other attributes not covered above. Before starting the
467 reference section, I will discuss the remaining things here.
468
469 You may request symbols definitions also for memory areas. This may be
470 useful for things like a software stack, or an i/o area.
471
472         MEMORY {
473             STACK:  start = $C000, size = $1000, define = yes;
474         }
475
476 This will define three external symbols that may be used in your code:
477
478         __STACK_START__         This is set to the start of the memory
479                                 area, $C000 in this example.
480
481         __STACK_SIZE__          The size of the area, here $1000.
482
483
484         __STACK_LAST__          This is NOT the same as START+SIZE.
485                                 Instead, it it defined as the first
486                                 address that is not used by data. If we
487                                 don't define any segments for this area,
488                                 the value will be the same as START.
489
490 A memory section may also have a type. Valid types are
491
492         ro      for readonly memory
493 and     rw      for read/write memory.
494
495 The linker will assure, that no segment marked as read/write or bss is put
496 into a memory area that is marked as readonly.
497
498 Unused memory in a memory area may be filled. Use the "fill = yes"
499 attribute to request this. The default value to fill unused space is zero.
500 If you don't like this, you may specify a byte value that is used to fill
501 these areas with the "fillval" attribute. This value is also used to fill
502 unfilled areas generated by the assemblers .ALIGN and .RES directives.
503
504 Segments may be aligned to some memory boundary. Specify "align = num" to
505 request this feature. Num must be a power of two. To align all segments on
506 a page boundary, use
507
508         SEGMENTS {
509             CODE:   load = ROM1, type = ro, align = $100;
510             RODATA: load = ROM2, type = ro, align = $100;
511             DATA:   load = ROM2, run = RAM2, type = rw, define = yes,
512                     align = $100;
513             BSS:    load = RAM2, type = bss, define = yes, align = $100;
514         }
515
516 If an alignment is requested, the linker will add enough space to the
517 output file, so that the new segment starts at an address that is
518 divideable by the given number without a remainder. All addresses are
519 adjusted accordingly. To fill the unused space, bytes of zero are used,
520 or, if the memory area has a "fillval" attribute, that value. Alignment is
521 always needed, if you have the used the .ALIGN command in the assembler.
522 The alignment of a segment must be equal or greater than the alignment
523 used in the .ALIGN command. The linker will check that, and issue a
524 warning, if the alignment of a segment is lower than the alignment
525 requested in a .ALIGN command of one of the modules making up this
526 segment.
527
528 For a given segment you may also specify a fixed offset into a memory area or
529 a fixed start address. Use this if you want the code to run at a specific
530 address (a prominent case is the interrupt vector table which must go at
531 address $FFFA). Only one of ALIGN or OFFSET or START may be specified. If the
532 directive creates empty space, it will be filled with zero, of with the value
533 specified with the "fillval" attribute if one is given. The linker will warn
534 you if it is not possible to put the code at the specified offset (this may
535 happen if other segments in this area are too large). Here's an example:
536
537         SEGMENTS {
538             VECTORS: load = ROM2, type = ro, start = $FFFA;
539         }
540
541 or (for the segment definitions from above)
542
543         SEGMENTS {
544             VECTORS: load = ROM2, type = ro, offset = $1FFA;
545         }
546
547 File names may be empty, data from segments assigned to a memory area with
548 an empty file name is discarded. This is useful, if the a memory area has
549 segments assigned that are empty (for example because they are of type
550 bss). In that case, the linker will create an empty output file. This may
551 be suppressed by assigning an empty file name to that memory area.
552
553 The symbol %S may be used to access the default start address (that is,
554 $200 or the value given on the command line with the -S option).
555
556
557
558 4.2 Reference
559 -------------
560
561
562
563 4.3 Builtin configurations
564 --------------------------
565
566 Here is a list of the builin configurations for the different target
567 types:
568
569 none:
570         MEMORY {
571             RAM: start = %S, size = $10000, file = %O;
572         }
573         SEGMENTS {
574             CODE:   load = RAM, type = rw;
575             RODATA: load = RAM, type = rw;
576             DATA:   load = RAM, type = rw;
577             BSS:    load = RAM, type = bss, define = yes;
578         }
579
580 atari:
581         MEMORY {
582             HEADER: start = $0000, size = $6, file = %O;
583             RAM: start = $1F00, size = $6100, file = %O;
584         }
585         SEGMENTS {
586             EXEHDR: load = HEADER, type = wprot;
587             CODE: load = RAM, type = wprot, define = yes;
588             RODATA: load = RAM, type = wprot;
589             DATA: load = RAM, type = rw;
590             BSS: load = RAM, type = bss, define = yes;
591             AUTOSTRT: load = RAM, type = wprot;
592         }
593
594 c64:
595         MEMORY {
596             RAM: start = $7FF, size = $c801, file = %O;
597         }
598         SEGMENTS {
599             CODE:   load = RAM, type = ro;
600             RODATA: load = RAM, type = ro;
601             DATA:   load = RAM, type = rw;
602             BSS:    load = RAM, type = bss, define = yes;
603         }
604
605 c128:
606         MEMORY {
607             RAM: start = $1bff, size = $a401, file = %O;
608         }
609         SEGMENTS {
610             CODE:   load = RAM, type = ro;
611             RODATA: load = RAM, type = ro;
612             DATA:   load = RAM, type = rw;
613             BSS:    load = RAM, type = bss, define = yes;
614         }
615
616 ace:
617         (non-existent)
618
619 plus4:
620         MEMORY {
621             RAM: start = $0fff, size = $7001, file = %O;
622         }
623         SEGMENTS {
624             CODE:   load = RAM, type = ro;
625             RODATA: load = RAM, type = ro;
626             DATA:   load = RAM, type = rw;
627             BSS:    load = RAM, type = bss, define = yes;
628         }
629
630 cbm610:
631         MEMORY {
632             RAM: start = $0001, size = $FFF0, file = %O;
633         }
634         SEGMENTS {
635             CODE:   load = RAM, type = ro;
636             RODATA: load = RAM, type = ro;
637             DATA:   load = RAM, type = rw;
638             BSS:    load = RAM, type = bss, define = yes;
639         }
640
641 pet:
642         MEMORY {
643             RAM: start = $03FF, size = $7BFF, file = %O;
644         }
645         SEGMENTS {
646             CODE:   load = RAM, type = ro;
647             RODATA: load = RAM, type = ro;
648             DATA:   load = RAM, type = rw;
649             BSS:    load = RAM, type = bss, define = yes;
650         }
651
652 apple2:
653         MEMORY {
654             RAM: start = $800, size = $8E00, file = %O;
655         }
656         SEGMENTS {
657             CODE: load = RAM, type = ro;
658             RODATA: load = RAM, type = ro;
659             DATA: load = RAM, type = rw;
660             BSS: load = RAM, type = bss, define = yes;
661         }
662
663 geos:
664         MEMORY {
665             HEADER: start = $204, size = 508, file = %O;
666             RAM: start = $400, size = $7C00, file = %O;
667         }
668         SEGMENTS {
669             HEADER: load = HEADER, type = ro;
670             CODE: load = RAM, type = ro;
671             RODATA: load = RAM, type = ro;
672             DATA: load = RAM, type = rw;
673             BSS: load = RAM, type = bss, define = yes;
674         }
675
676 The "start" attribute for the RAM memory area of the CBM systems is two
677 less than the actual start of the basic RAM to account for the two bytes
678 load address that is needed on disk and supplied by the startup code.
679
680
681
682 5. Bugs/Feedback
683 ----------------
684
685 If you have problems using the linker, if you find any bugs, or if you're
686 doing something interesting with it, I would be glad to hear from you.
687 Feel free to contact me by email (uz@musoftware.de).
688
689
690
691 6. Copyright
692 ------------
693
694 ld65 (and all cc65 binutils) are (C) Copyright 1998-2000 Ullrich von
695 Bassewitz. For usage of the binaries and/or sources the following
696 conditions do apply:
697
698 This software is provided 'as-is', without any expressed or implied
699 warranty.  In no event will the authors be held liable for any damages
700 arising from the use of this software.
701
702 Permission is granted to anyone to use this software for any purpose,
703 including commercial applications, and to alter it and redistribute it
704 freely, subject to the following restrictions:
705
706 1. The origin of this software must not be misrepresented; you must not
707    claim that you wrote the original software. If you use this software
708    in a product, an acknowledgment in the product documentation would be
709    appreciated but is not required.
710 2. Altered source versions must be plainly marked as such, and must not
711    be misrepresented as being the original software.
712 3. This notice may not be removed or altered from any source
713    distribution.
714
715
716
717