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从0学ARM——什么是位置无关码?

2021-01-13 16:01
一口Linux
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如果我们将生成的bin文件拷贝到内存0x40008000位置运行必然没有问题,

bl func 和 ldr pc,=func 都能跳转到func函数,
而19行代码,也能访问到全局变量aaaa。
如果我们将该程序拷贝到其他地址是否能正常运行呢?

假定我们拷贝到0地址运行,那么程序的执行地址需要从0开始重新编排,即_start对应0地址,main对应0x18。

拷贝到0地址后内存布局:

拷贝到0地址运行后,**内存中指令(机器码)**的内容还和以前一样,pc的值会根据实际运行地址重新修正。

首先看bl func

对应的汇编代码是 第9行;该指令的机器码是0xeb000001,我们在《4. 从0开始学ARM-ARM指令,移位、数据处理、BL、机器码》讲过该机器码格式是从pc的位置向前偏移1条指令因为三级流水线,所以应该往下偏移3条指令,即func的位置,所以bl仍然可以正确找到func这个函数。

bl funcldr pc,=func对应的汇编代码是 第10行;

我们可以看到是从pc值+4位置取出对应的内存的值,pc值+4是14,该位置对应15行,即将40008010写入到pc,

而我们的bin文件只有44个字节大小,所以此时内存40008010并没有我们编写的任何代码。所以ldr pc,=func 无法跳转到func。

c访问全局变量aaaa

对应的汇编代码是 第19行;

c访问全局变量aaaa

我们可以看到是从pc值+4位置取出对应的内存的值,pc值+4是28,该位置对应22行,即将4000802c写入到r3,然后20行会将r2中值写入到0x4000802c这个地址,而此时该地址并不是全局变量aaaa,所以此指令是无法找到bss段的aaaa变量的内存。

三、总结

1. 位置无关码:

CPU取指时用相对地址取指令(比如pc +4),只要其相对地址没有变,都能够取指并运行。即该段代码无论放在内存的哪个地址,都能正确运行。究其原因,是因为代码里没有使用绝对地址,都是相对地址。

2. 位置相关码:

利用绝对地址取指并运行,这就需要你存放程序(链接过程中)需要按照连接脚本的要求那样执行(Makefile里面有 -Ttext xxx指定或连接脚本)。即它的地址与代码处于的位置相关,是绝对地址,如:mov PC ,#0xff;ldr pc,=0xffff等。

3. 位置无关码的应用:

1). 程序在运行期间动态加载到内存;
2). 程序在不同场合与不同程序组合后加载到内存(共享的动态链接库);
3). 在运行期间不同地址相互之间的映射(如bootloader)

4. 结论使用「mov pc ,xxx ;  ldr pc ,xxx」等就是位置相关码。这些使用绝对指令寻址。而使用「bl ,b ,adr,ldr」一般为位置无关码。在使用「b, bl」调用C语言中的函数里「不要使用全局变量」,因为C中全局变量的地址「也是根据链接地址生成」的。使用=和不使用=号是有很大区别的。「无=号:取该标号处的值,位置无关有=号:取该标号的地址,位置相关」

【考一考】考一考大家为什么uboot的异常向量表的reset异常,指令是b reset,而其他异常却是我们本文所说的位置相关码,ldr pc,XXXXXX?

arm对应的uboot异常向量表如下:

arch/arm/cpu/armv7/start.S


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