位置无关码、位置有关码、链接地址、加载地址

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。




如果加载地址为 0 ,那么代码将按照下面的顺序排放

如果加载地址为0x33f80000 则按照下边的顺序排放

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

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

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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