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分类: 嵌入式

2016-10-10 10:42:51

    在移植 uboot 时,接触到一个概念叫做 位置无关码,那么与它对应的就是位置有关码。提到这两个概念就还得提一提链接地址、加载地址。

    链接地址,链接脚本里指定的,理论上程序运行时所处的地址。在编译时,编译器会根据链接地址来翻译位置有关码。

    加载地址,程序运行时,实际所处的地址。

    位置无关码,位置有关码,是相对于一条指令的正常目的来说的。比如 ldr r0 ,=标号,它的正常目的是取得标号处的地址,对于这个目的,它是位置有关码,运行的地址不对就获取不到正确的标号地址,其实它无论在哪都是获取的程序加载地址等于链接地址时,标号的地址,如果你就是想要这个值,那么用这条指令是非常正确的,就不用理会什么位置无关码,位置有关码的概念了,这一点非常重要。

    因此,当加载地址不等于链接地址时,并不是不可以用位置无关码,而是要看你用位置无关码是否达到了你想要的目的。

    位置无关码,依赖于程序当前运行的PC值,进行相对的跳转,导致的结果就是,无论代码在哪,总能达到指令的正常目的,因此是位置无关的。

    位置有关码,不依赖当前PC值,是绝对跳转,只有程序运行在链接地址处时,才能达到指令的正常目的,因此是位置有关系的。

    下面,我们来看常用的汇编指令以及C语言中哪些操作是位置有关码,哪些是位置无关码。

[cpp] view plain copy
 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. SECTIONS {  
  2.     . = 0x33f80000;  
  3.     .text : { *(.text) }  
  4.       
  5.     . = ALIGN(4);  
  6.     .rodata : {*(.rodata*)}   
  7.       
  8.     . = ALIGN(4);  
  9.     .data : { *(.data) }  
  10.       
  11.     . = ALIGN(4);  
  12.     __bss_start = .;  
  13.     .bss : { *(.bss)  *(COMMON) }  
  14.     __bss_end = .;  
  15. }  
[cpp] view plain copy
 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. .text  
  2. .global _start  
  3. _start:  
  4.   
  5.     bl close_watch_dog      /* 相对跳转,位置无关 */  
  6.     bl _start  
  7.     adr r0, close_watch_dog /* 获取标号地址,位置无关 */  
  8.       
  9.     ldr r0, SMRDATA         /* 获取标号处的值,位置无关 */  
  10.   
  11.     ldr r0, =0x12345678  
  12.     ldr r0, =SMRDATA        /* 获取标号地址,位置有关 */  
  13.     ldr r0, =main           /* 获取函数名的地址,位置有关 */  
  14.     ldr r0 ,=__bss_start    /* 获取链接脚本里标号的地址,位置有关 */  
  15.   
  16.       
  17. close_watch_dog:  
  18.     mov r1, #0  
  19.     str r1, [r0]  
  20.     mov pc, lr  
  21.       
  22. SMRDATA:  
  23.     .word  0x22111120   
[cpp] view plain copy
 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. int a;  
  2. void abc(){  
  3.     a = 2;  
  4. }  
  5. int main(){  
  6.     int b;  
  7.     a =1 ;  
  8.     b =1 ;  
  9.     abc();  
  10.     return 0;  
  11. }  
如果加载地址为 0 ,那么代码将按照下面的顺序排放
[cpp] view plain copy
 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. 00000000 <_start>:  
  2. 00000000:   eb000006    bl  33f80020   
  3. 00000004:   ebfffffd    bl  33f80000 <_start>  
  4. 00000008:   e28f0010    add r0, pc, #16  
  5. 0000000c:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ;   
  6. 00000010:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ;   
  7. 00000014:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ;   
  8. 00000018:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ;   
  9. 0000001c:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ;   
  10.   
  11. 00000020 :  
  12. 00000020:   e3a01000    mov r1, #0  
  13. 00000024:   e5801000    str r1, [r0]  
  14. 00000028:   e1a0f00e    mov pc, lr  
  15.   
  16. 0000002c :  
  17. 0000002c:   22111120    andscs  r1, r1, #8  
  18. 00000030:   12345678    eorsne  r5, r4, #125829120  ; 0x7800000  
  19. 00000034:   33f8002c    mvnscc  r0, #44 ; 0x2c  
  20. 00000038:   33f80064    mvnscc  r0, #100    ; 0x64  
  21. 0000003c:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  
  22.   
  23. 00000040 :  
  24. 00000040:   e52db004    push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)  
  25. 00000044:   e28db000    add fp, sp, #0  
  26. 00000048:   e59f3010    ldr r3, [pc, #16]   ; 33f80060   
  27. 0000004c:   e3a02002    mov r2, #2  
  28. 00000050:   e5832000    str r2, [r3]  
  29. 00000054:   e28bd000    add sp, fp, #0  
  30. 00000058:   e8bd0800    pop {fp}  
  31. 0000005c:   e12fff1e    bx  lr  
  32. 00000060:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  
  33.   
  34. 00000064 
    :  
  35. 00000064:   e92d4800    push    {fp, lr}  
  36. 00000068:   e28db004    add fp, sp, #4  
  37. 0000006c:   e24dd008    sub sp, sp, #8  
  38. 00000070:   e59f3024    ldr r3, [pc, #36]   ; 33f8009c   
  39. 00000074:   e3a02001    mov r2, #1  
  40. 00000078:   e5832000    str r2, [r3]  
  41. 0000007c:   e3a03001    mov r3, #1  
  42. 00000080:   e50b3008    str r3, [fp, #-8]  
  43. 00000084:   ebffffed    bl  33f80040   
  44. 00000088:   e3a03000    mov r3, #0  
  45. 0000008c:   e1a00003    mov r0, r3  
  46. 00000090:   e24bd004    sub sp, fp, #4  
  47. 00000094:   e8bd4800    pop {fp, lr}  
  48. 00000098:   e12fff1e    bx  lr  
  49. 0000009c:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  
如果加载地址为0x33f80000 则按照下边的顺序排放
[cpp] view plain copy
 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. 33f80000 <_start>:  
  2. 33f80000:   eb000006    bl  33f80020   
  3. 33f80004:   ebfffffd    bl  33f80000 <_start>  
  4. 33f80008:   e28f0010    add r0, pc, #16  
  5. 33f8000c:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ; 33f8002c   
  6. 33f80010:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ; 33f80030   
  7. 33f80014:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ; 33f80034   
  8. 33f80018:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ; 33f80038   
  9. 33f8001c:   e59f0018    ldr r0, [pc, #24]   ; 33f8003c   
  10.   
  11. 33f80020 :  
  12. 33f80020:   e3a01000    mov r1, #0  
  13. 33f80024:   e5801000    str r1, [r0]  
  14. 33f80028:   e1a0f00e    mov pc, lr  
  15.   
  16. 33f8002c :  
  17. 33f8002c:   22111120    andscs  r1, r1, #8  
  18. 33f80030:   12345678    eorsne  r5, r4, #125829120  ; 0x7800000  
  19. 33f80034:   33f8002c    mvnscc  r0, #44 ; 0x2c  
  20. 33f80038:   33f80064    mvnscc  r0, #100    ; 0x64  
  21. 33f8003c:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  
  22.   
  23. 33f80040 :  
  24. 33f80040:   e52db004    push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)  
  25. 33f80044:   e28db000    add fp, sp, #0  
  26. 33f80048:   e59f3010    ldr r3, [pc, #16]   ; 33f80060   
  27. 33f8004c:   e3a02002    mov r2, #2  
  28. 33f80050:   e5832000    str r2, [r3]  
  29. 33f80054:   e28bd000    add sp, fp, #0  
  30. 33f80058:   e8bd0800    pop {fp}  
  31. 33f8005c:   e12fff1e    bx  lr  
  32. 33f80060:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  
  33.   
  34. 33f80064 
    :  
  35. 33f80064:   e92d4800    push    {fp, lr}  
  36. 33f80068:   e28db004    add fp, sp, #4  
  37. 33f8006c:   e24dd008    sub sp, sp, #8  
  38. 33f80070:   e59f3024    ldr r3, [pc, #36]   ; 33f8009c   
  39. 33f80074:   e3a02001    mov r2, #1  
  40. 33f80078:   e5832000    str r2, [r3]  
  41. 33f8007c:   e3a03001    mov r3, #1  
  42. 33f80080:   e50b3008    str r3, [fp, #-8]  
  43. 33f80084:   ebffffed    bl  33f80040   
  44. 33f80088:   e3a03000    mov r3, #0  
  45. 33f8008c:   e1a00003    mov r0, r3  
  46. 33f80090:   e24bd004    sub sp, fp, #4  
  47. 33f80094:   e8bd4800    pop {fp, lr}  
  48. 33f80098:   e12fff1e    bx  lr  
  49. 33f8009c:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  
  50.   
  51. Disassembly of section .bss:  
  52.   
  53. 33f800a0 :  
  54. 33f800a0:   00000000    andeq   r0, r0, r0  

一、B BL指令


    bl close_watch_dog

    33f80000:eb000006bl33f80020

    b 是相对跳转:PC + 偏移值 (PC值等于当前地址+8)

    偏移值:机器码 0xeb000006 低 24位 0x000006 按符号为扩展为 32 位 0x00000006 正数,向后跳转 0x6 个 4字节 也就是 0x1c

    1、加载地址0:0 + 8 + 0x1c = 0x20 正确跳转

    2、加载地址0x3ff80000:0x3ff80000 + 8 + 0x1c = 0x33f80020 正确跳转

    bl _start

    33f80004:ebfffffdbl33f80000 <_start>

    偏移值:机器码 0xebfffffd 低 24位 fffffd 按符号位扩展为 32 位 0xfffffffd 负数(-3),向前跳转 0x3 个 4字节 也就是 0xc 

    1、加载地址0:4 + 8 - 0xc = 0 正确跳转

    2、加载地址0x3ff80000:0x3ff80004 + 8 + 0xc = 0x33f80000 正确跳转

    通过以上分析,我们知道B是相对跳转,位置无关码,也可以知道为什么32为arm指令集,B的范围为正负32M了,24位去掉1位符号位,恰好等于32M。


二、ADR

    adr r0, close_watch_dog     /* 获取标号处的地址,位置无关 */

    33f80008: e28f0010addr0,  pc,  #16  


    1、加载地址0:0 + 8 + 16 = 0x20 正确

    2、加载地址0x3ff80000:0x3ff80008 + 8 + 16 = 0x33f80020 正确

    adr 获取的是标号处的“实际”地址,标号在哪就是哪个地址,跟位置无关,总能获得想要的值。


三、LDR

    ldr r0, SMRDATA       /* 获取标号处的值,位置无关 */

    33f8000c:e59f0018ldrr0, [pc, #24]; 33f8002c


    1、加载地址0:r0 = c + 8 + 24 = 0x2c 处的值 0x22111120 正确

    2、加载地址0x3ff80000:r0 = 0x3ff8000c + 8 + 24 = 0x33f8002c处的值 0x22111120 正确

    

    ldr r0, =0x12345678   /* 常数赋值,位置无关 */

    33f80010: e59f0018ldrr0, [pc, #24];  33f80030


    1、加载地址0:r0 = 0x10 + 8 + 24 = 0x30 处的值 0x12345678 正确

    2、加载地址0x3ff80000:r0 = 0x3ff80010 + 8 + 24 = 0x33f80030处的值 0x12345678 正确


    ldr r0, =SMRDATA            /* 获取标号地址,位置有关 */

    33f80014: e59f0018ldrr0,  [pc, #24];  33f80034


    1、加载地址0:r0 = 0x14 + 8 + 24 = 0x34 处的值 33f8002c 与标号实际地址(2c)不符合,不正确

    2、加载地址0x3ff80000:r0 = 0x3ff80014 + 8 + 24 = 0x33f80034 处的值 33f8002c 正确


    ldr r0, =main/* 获取函数名的地址,位置有关 */
    ldr r0 ,=__bss_start /* 获取链接脚本里标号的地址,位置有关 */

    这俩和 ldr r0, =SMRDATA 一致,位置有关,在0地址处运行不正确。


四、C函数

    1、全局变量

  1. 00000040 :  
  2. 00000040:   e52db004    push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)  
  3. 00000044:   e28db000    add fp, sp, #0  
  4. 00000048:   e59f3010    ldr r3, [pc, #16]   ; 33f80060   
  5. 0000004c:   e3a02002    mov r2, #2  
  6. 00000050:   e5832000    str r2, [r3]  
  7. 00000054:   e28bd000    add sp, fp, #0  
  8. 00000058:   e8bd0800    pop {fp}  
  9. 0000005c:   e12fff1e    bx  lr  
  10. 00000060:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  


  1. 33f80040 :  
  2. 33f80040:   e52db004    push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)  
  3. 33f80044:   e28db000    add fp, sp, #0  
  4. 33f80048:   e59f3010    ldr r3, [pc, #16]   ; 33f80060   
  5. 33f8004c:   e3a02002    mov r2, #2  
  6. 33f80050:   e5832000    str r2, [r3]  
  7. 33f80054:   e28bd000    add sp, fp, #0  
  8. 33f80058:   e8bd0800    pop {fp}  
  9. 33f8005c:   e12fff1e    bx  lr  
  10. 33f80060:   33f800a0    mvnscc  r0, #160    ; 0xa0  



    r3 为全局变量 a 的地址,a 是存放在 0起始的地址还是0x33f80000起始的地址,它都认为 a 的地址是 0x33f800a0 。因此,C函数中调用全局变量是位置有关码。


    2、函数调用

    33f80084:ebffffedbl33f80040

    由于 main 函数和 abc 函数挨得比较近,在32M范围之内,因此被翻译成了一条 bl 指令,那么与位置无关。

    如果,调用的函数比较远,大于32M的话,我认为是与位置有关系的,这个不再验证了。


    3、局部变量

    局部变量在函数刚开始的地方被压入栈,赋值语句被翻译成:

    33f8007c: e3a03001movr3, #1
    33f80080: e50b3008  str r3, [fp, #-8]

    位置无关

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