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從0學(xué)ARM——什么是位置無(wú)關(guān)碼?

如果我們將生成的bin文件拷貝到內(nèi)存0x40008000位置運(yùn)行必然沒(méi)有問(wèn)題,

bl func 和 ldr pc,=func 都能跳轉(zhuǎn)到func函數(shù),
而19行代碼,也能訪問(wèn)到全局變量aaaa。
如果我們將該程序拷貝到其他地址是否能正常運(yùn)行呢?

假定我們拷貝到0地址運(yùn)行,那么程序的執(zhí)行地址需要從0開(kāi)始重新編排,即_start對(duì)應(yīng)0地址,main對(duì)應(yīng)0x18。

拷貝到0地址后內(nèi)存布局:

拷貝到0地址運(yùn)行后,**內(nèi)存中指令(機(jī)器碼)**的內(nèi)容還和以前一樣,pc的值會(huì)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行地址重新修正。

首先看bl func

對(duì)應(yīng)的匯編代碼是 第9行;該指令的機(jī)器碼是0xeb000001,我們?cè)凇?. 從0開(kāi)始學(xué)ARM-ARM指令,移位、數(shù)據(jù)處理、BL、機(jī)器碼》講過(guò)該機(jī)器碼格式是從pc的位置向前偏移1條指令因?yàn)槿?jí)流水線,所以應(yīng)該往下偏移3條指令,即func的位置,所以bl仍然可以正確找到func這個(gè)函數(shù)。

bl funcldr pc,=func對(duì)應(yīng)的匯編代碼是 第10行;

我們可以看到是從pc值+4位置取出對(duì)應(yīng)的內(nèi)存的值,pc值+4是14,該位置對(duì)應(yīng)15行,即將40008010寫(xiě)入到pc,

而我們的bin文件只有44個(gè)字節(jié)大小,所以此時(shí)內(nèi)存40008010并沒(méi)有我們編寫(xiě)的任何代碼。所以ldr pc,=func 無(wú)法跳轉(zhuǎn)到func。

c訪問(wèn)全局變量aaaa

對(duì)應(yīng)的匯編代碼是 第19行;

c訪問(wèn)全局變量aaaa

我們可以看到是從pc值+4位置取出對(duì)應(yīng)的內(nèi)存的值,pc值+4是28,該位置對(duì)應(yīng)22行,即將4000802c寫(xiě)入到r3,然后20行會(huì)將r2中值寫(xiě)入到0x4000802c這個(gè)地址,而此時(shí)該地址并不是全局變量aaaa,所以此指令是無(wú)法找到bss段的aaaa變量的內(nèi)存。

三、總結(jié)

1. 位置無(wú)關(guān)碼:

CPU取指時(shí)用相對(duì)地址取指令(比如pc +4),只要其相對(duì)地址沒(méi)有變,都能夠取指并運(yùn)行。即該段代碼無(wú)論放在內(nèi)存的哪個(gè)地址,都能正確運(yùn)行。究其原因,是因?yàn)榇a里沒(méi)有使用絕對(duì)地址,都是相對(duì)地址。

2. 位置相關(guān)碼:

利用絕對(duì)地址取指并運(yùn)行,這就需要你存放程序(鏈接過(guò)程中)需要按照連接腳本的要求那樣執(zhí)行(Makefile里面有 -Ttext xxx指定或連接腳本)。即它的地址與代碼處于的位置相關(guān),是絕對(duì)地址,如:mov PC ,#0xff;ldr pc,=0xffff等。

3. 位置無(wú)關(guān)碼的應(yīng)用:

1). 程序在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)存;
2). 程序在不同場(chǎng)合與不同程序組合后加載到內(nèi)存(共享的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù));
3). 在運(yùn)行期間不同地址相互之間的映射(如bootloader)

4. 結(jié)論使用「mov pc ,xxx ;  ldr pc ,xxx」等就是位置相關(guān)碼。這些使用絕對(duì)指令尋址。而使用「bl ,b ,adr,ldr」一般為位置無(wú)關(guān)碼。在使用「b, bl」調(diào)用C語(yǔ)言中的函數(shù)里「不要使用全局變量」,因?yàn)镃中全局變量的地址「也是根據(jù)鏈接地址生成」的。使用=和不使用=號(hào)是有很大區(qū)別的!笩o(wú)=號(hào):取該標(biāo)號(hào)處的值,位置無(wú)關(guān)有=號(hào):取該標(biāo)號(hào)的地址,位置相關(guān)」

【考一考】考一考大家為什么uboot的異常向量表的reset異常,指令是b reset,而其他異常卻是我們本文所說(shuō)的位置相關(guān)碼,ldr pc,XXXXXX?

arm對(duì)應(yīng)的uboot異常向量表如下:

arch/arm/cpu/armv7/start.S


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