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 20:23 317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。