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2020年03月25日 | tiny4412裸机程序之位置无关码

2020-03-25 来源：eefocus

在上篇文章中，将代码的.text、.data、.rodata段重定位到了0x02026400位置处去执行点亮LED的操作。但是，在链接脚本里指定的链接地址是0x02026400，那么为什么在重定位之前的代码能够在0x02023400地址处可以开始执行？就是因为前面使用的是位置无关码。写介绍介个概念：

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(运行地址)：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, =xx，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。

示例1：

借助前面介绍的uart的代码来做这个实验；

start.S文件内容如下：

.text

.global _start

_start:

ldr sp, =0x02027400 //调用C函数之前必须设置栈,栈用于保存运行环境,给局部变量分配空间;

//参考ROM手册P14,我们把栈指向BL2的最上方;

//即:0x02020000(iROM基地址)+5K(iROM代码用)+8K(BL1用)+16K(BL2用)

bl main //跳转到C函数中执行

mov r0, pc

bl printPc

halt: //死循环

b halt

首先，设置栈，然后调整到main函数执行，最后将pc的值保存到R0寄存器中，然后调用printPc函数将R0寄存器中的值打印出来。

mian.c的内容如下：

//main函数

int main()

{

//初始化串口操作

uart0_init();

//打印16进制数

puthex(100);

return 0;

}

int printPc(unsigned int value)

{

puthex(value);

}

在main()函数中调用了uart0_init()函数初始化串口。然后打印一个100的值；另一个函数printPc函数打印传入的值。

链接脚本如下：

SECTIONS {

. = 0x0;

.text : { *(.text) }

.rodata ALIGN(4) : {*(.rodata)}

.data ALIGN(4) : { *(.data) }

.bss ALIGN(4) : { *(.bss) *(COMMON) }

}

其中，指定的链接地址是0x0，就是期望程序在0x0地址处开始运行。

编译烧写程序，查看输出如下：

第一个打印的数字是100；第二个打印的pc的值；大家可以发现，我们指定的链接地址是0x0，而程序运行在0x02023400地址处开始执行的，也能成功执行，为什么呢？就是因为我们使用的是位置无关码。查看反汇编：

已经在图中做了详细的注释。首先，就是将当前pc值加偏移量12处的值保存sp栈中。然后执行bl跳转到main()函数处执行。注意：bl 18这个指令并不是跳转到18地址处开始执行。bl是一条相对跳转指令，当前PC值加偏移量。其机器码是0xeb000003；我们将链接地址设置为0x02023400，看看这条指令的机器码是多少：

可以看到，将链接地址更改为0x02023400地址处，这个条指令的机器码还是0xeb000003。

可以得出结论：B/BL指令是位置无关码，是根据当前PC值加某个符合距离当前位置的offset值，不管链接地址是多少，此值是固定的。也就是不管链接地址是多少都能正常跳转。

还是看第一幅图片，我们将当前PC的值保存到了R0寄存器中了，然后跳转到printPc()函数执行，打印出的值是0x02023410。

也就是说，打印的值是加载地址，并不是链接地址。链接地址是期望程序运行的地址。加载地址是程序实际运行的地址。

结论：

1.程序的链接地址和加载地址不是一回事。

2.在重定位代码之前应该使用位置无关码，位置无关码的操作时根据当前PC值加上偏移量在进行执行。

怎么编写位置无关码：

1.使用相对跳转指令(B/BL)；

2.重定位之前不可以使用绝对地址;不可以访问全局变量和静态变量；

3.重定位之后可以访问全局变量和静态变量；使用ldr pc, =xxx;指令跳转到某个地址开始执行；

4.不可访问有初始值的数组，数组中每个成员是位于栈中的，但是其初始值是保存在.rodata中的；

5.如果出了问题，最根本的办法是看反汇编。

在写位置无关码是不能使用全局变量和有初始值的数组：

全局变量(静态或非静态)，如果有初始值则保存.data段中，没有初始值则保存到.bss段中。而取用.data段中的数据是根据链接地址来操作的。

有初始值的数组，数组中的每个变量是位于栈中的，但是其初始值是放在.rodata段中的，其地址是链接时就确定下来了。

本文完毕！

tiny4412 裸机程序位置无关码

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