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ARM匯編中的ldr和adr的區別及其在uboot中相關源碼的分析

ARM匯編有ldr指令以及ldr、adr偽指令,它們都可以將標號表達式作為操作數,下面通過分析一段代碼以及對應的反匯編結果來說明它們的區別。
  1. ldr r0, _start  
  2. adr r0, _start  
  3. ldr r0, =_start  
  4. _start:  
  5. b _start  
編譯的時候設置 RO 為 0x30000000,下面是反匯編的結果:
  1. 0x00000000: e59f0004 ldr r0, [pc, #4] ; 0xc  
  2. 0x00000004: e28f0000 add r0, pc, #0 ; 0x0  
  3. 0x00000008: e59f0000 ldr r0, [pc, #0] ; 0x10  
  4. 0x0000000c: eafffffe b 0xc  
  5. 0x00000010: 3000000c andcc r0, r0, ip  

1.ldr r0, _start

這是一條指令,從內存地址 _start 的位置把值讀入。在這裡_start是一個標號(是一個相對程序的表達式),匯編程序計算相對於 PC 的偏移量,並生成相對於 PC的前索引的指令:ldr r0, [pc, #4]。執行指令後,r0 =0xeafffffe。
ldr r0, _start是根據_start對當前PC的相對位置讀取其所在地址的值,因此可以在和_start標號的相對位置不變的情況下移動。

2.adr r0, _start

這是一條偽指令,總是會被匯編程序匯編為一個指令。匯編程序嘗試產生單個 ADD或 SUB 指令來裝載該地址。如果不能在一個指令中構造該地址,則生成一個錯誤,並且匯編失敗。在這裡是取得標號_start 的地址到 r0,因為地址是相對程序的,因此ADR產生依賴於位置的代碼,在此例中被匯編成:add r0, pc, #0。因此該代碼可以在和標號相對位置不變的情況下移動;假如這段代碼在 0x30000000 運行,那麼 adr r0, _start 得到 r0 = 0x3000000c;如果在地址 0 運行,就是 0x0000000c 了。
通過這一點可以判斷程序在什麼地方運行。U-boot中那段relocate代碼就是通過adr實現當前程序是在RAM中還是flash中,下面進行簡要分析。
  1. relocate:/* 把U-Boot重新定位到RAM */  
  2. adr r0, _start/* r0是代碼的當前位置,adr偽指令,匯編器自動通過當前PC的值算出 如果執行到_start時PC的值,放到r0中:當此段在flash中執行時r0 = _start = 0;當此段在RAM中執行時_start =_TEXT_BASE(在board/smdk2410/config.mk中指定的值為0x37D80000,即u-boot在把代碼拷貝到RAM中去執行的代碼段的開始) */  
  3. ldr r1, _TEXT_BASE/* 測試判斷是從Flash啟動,還是RAM。此句執行的結果r1始終是0x37D80000,因為此值是又編譯器指定的(ads中設置,或-D設置編譯器參數) */  
  4. cmp r0, r1/* 比較r0和r1,調試的時候不要執行重定位 */  

3.ldr r0, =_start

這是一條偽指令,是一個相對程序的或外部的表達式。匯編程序將相對程序的標號表達式 label-expr 的值放在一個文字池中,並生成一個相對程序的 LDR 指令來從文字池中裝載該值,在此例中生成的指令為:ldr r0, [pc, #0],對應文字池中的地址以及值為:0x00000010: 3000000c。如果 label-expr 是一個外部表達式,或者未包含於當前段內,則匯編程序在目標文件中放置一個鏈接程序重定位命令。鏈接程序在鏈接時生成地址。因此取得的是標號 _start 的絕對地址,這個絕對地址(運行地址)是在連接的時候確定的。它要占用 2 個 32bit 的空間,一條是指令,另一條是文字池中存放_start 的絕對地址。因此可以看出,不管這段代碼將來在什麼地方運行,它的結果都是 r0 =0x3000000c。由於ldr r0, =_start取得的是_start的絕對地址,這句代碼可以在_start標號的絕對位置不變的情況下移動;如果使用寄存器pc在程序中可以實現絕對轉移。

總結

  1. LDR指令是從存儲器中裝載一個數到寄存器中,即將某個地址中的數據裝載到寄存器中。編譯時是將基於PC的偏移量的地址中數據轉載到寄存器中
  2. LDR偽指令在匯編時,其實是將標號的地址值保存在一個文字池中,編譯時生成一條LDR指令將文字池地址中的數據傳送到寄存器中,也就是標號的地址。標號的地址和連接地址相關
  3. ADR偽指令傳送的基於PC的地址
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