uboot专题:位置无关码、位置有关码、链接地址、加载地址 港控/mmm° 2021-07-26 20:23 262阅读 0赞 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。 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. \} 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 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 1. 00000000 <\_start>: 2. 00000000: eb000006 bl 33f80020 <close\_watch\_dog> 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 <close\_watch\_dog>: 12. 00000020: e3a01000 mov r1, \# 0 13. 00000024: e5801000 str r1, \[r0\] 14. 00000028: e1a0f00e mov pc, lr 15. 16. 0000002c <SMRDATA>: 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 <abc>: 24. 00000040: e52db004 push \{fp\} ; (str fp, \[sp, \# \-4\]!) 25. 00000044: e28db000 add fp, sp, \# 0 26. 00000048: e59f3010 ldr r3, \[pc, \# 16\] ; 33f80060 <abc+ 0x20> 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 <main>: 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 <main+ 0x38> 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 <abc> 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 1. 33f80000 <\_start>: 2. 33f80000: eb000006 bl 33f80020 <close\_watch\_dog> 3. 33f80004: ebfffffd bl 33f80000 <\_start> 4. 33f80008: e28f0010 add r0, pc, \# 16 5. 33f8000c: e59f0018 ldr r0, \[pc, \# 24\] ; 33f8002c <SMRDATA> 6. 33f80010: e59f0018 ldr r0, \[pc, \# 24\] ; 33f80030 <SMRDATA+ 0x4> 7. 33f80014: e59f0018 ldr r0, \[pc, \# 24\] ; 33f80034 <SMRDATA+ 0x8> 8. 33f80018: e59f0018 ldr r0, \[pc, \# 24\] ; 33f80038 <SMRDATA+ 0xc> 9. 33f8001c: e59f0018 ldr r0, \[pc, \# 24\] ; 33f8003c <SMRDATA+ 0x10> 10. 11. 33f80020 <close\_watch\_dog>: 12. 33f80020: e3a01000 mov r1, \# 0 13. 33f80024: e5801000 str r1, \[r0\] 14. 33f80028: e1a0f00e mov pc, lr 15. 16. 33f8002c <SMRDATA>: 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 <abc>: 24. 33f80040: e52db004 push \{fp\} ; (str fp, \[sp, \# \-4\]!) 25. 33f80044: e28db000 add fp, sp, \# 0 26. 33f80048: e59f3010 ldr r3, \[pc, \# 16\] ; 33f80060 <abc+ 0x20> 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 <main>: 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 <main+ 0x38> 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 <abc> 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 <a>: 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 <SMRDATA> 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 <SMRDATA+0x4> 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 <SMRDATA+0x8> 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 <abc>: 2. 00000040: e52db004 push \{fp\} ; (str fp, \[sp, \# \-4\]!) 3. 00000044: e28db000 add fp, sp, \# 0 4. 00000048: e59f3010 ldr r3, \[pc, \# 16\] ; 33f80060 <abc+ 0x20> 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. 000000a0 <a>: 2. 000000a0: 00000000 andeq r0, r0, r0 1. 33f80040 <abc>: 2. 33f80040: e52db004 push \{fp\} ; (str fp, \[sp, \# \-4\]!) 3. 33f80044: e28db000 add fp, sp, \# 0 4. 33f80048: e59f3010 ldr r3, \[pc, \# 16\] ; 33f80060 <abc+ 0x20> 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 1. 33f800a0 <a>: 2. 33f800a0: 00000000 andeq r0, r0, r0 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 <abc> 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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