从0学ARM-什么是位置无关码？-arm 位置无关代码

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一、为什么需要位置无关码?

首先我们需要了解一下ARM板子的启动流程。

1. exynos 4412启动流程

首先看一下 exynos 4412 memory map ：

可知：iROM基地址是0x00000000 iRAM基地址是0x02020000

这两块内存都在 SOC中。

查看exynos 4412 Booting Sequence：

位于第五章。

上图是exynos4412上电复位时的启动流程，大致如下：

<1>执行内部只读存储器iROM中的一段代码(厂家固化在里面的)，这段代码主要是初始化一些系统的基本配置，比如初步时钟配置、堆栈、启动模式(对应图中的标志①)。

<2>iROM中的代码根据阶段一获取的启动模式(OM_STAT寄存器),从相应的存储介质中拷贝BL1镜像到内部静态随机存储器SRAM，BL1主要是完善系统时钟的初始化工作、内存控制器一些时序的配置。做完这些工作后把OS镜像拷贝到内存中(对应图中标志②③)。

<3>跳转到OS中执行。

SRAM只有256KB，而uboot镜像一般是超过这个大小的，也就是说它不能把完整的uboot镜像拷贝到SRAM中，因此，推测这里的拷贝方式应该还是：「BL1拷贝的仅仅是uboot的一部分」，这一部分除了能设置好基本的硬件运行环境外，「还能把其自身(uboot镜像)完整的拷贝到内存中」，然后uboot在内存中运行，完成OS镜像的拷贝和引导

一般情况下两者的地址并不相同，程序在DRAM中的地址重定位过程必须由程序员来完成。

这样就有了「位置无关代码」的概念，指代码不在连接时指定的运行地址空间，也可以执行，它一段加载到任意地址空间都能执行的特殊代码。

uboot搬移到DRAM中，然后跳转到DRAM继续运行uboot剩下的代码，那么在搬移之前的这段代码必须是位置无关，而且不能使用绝对寻址指令，否则寻址就会出错。

二、怎么实现位置无关码?

1. 什么是《编译地址》?什么是《运行地址》?「编译地址：」

32位的处理器，它的每一条指令是4个字节，以4个字节存储顺序，进行顺序执行，CPU是顺序执行的，只要没发生什么跳转，它会顺序进行执行，编译器会对每一条指令分配一个编译地址，这是编译器分配的，在编译过程中分配的地址，我们称之为编译地址。

「运行地址：」

是指程序指令真正运行的地址，是由用户指定的，用户将运行地址烧录到哪里，哪里就是运行的地址。比如有一个指令的编译地址是0x40008000，实际运行的地址是0x40008000，如果用户将指令烧到0x60000000上，那么这条指令的运行地址就是0x60000000。

当编译地址和运行地址不同的时候会出现什么结果?结果是不能跳转，编译后会产生跳转地址，如果实际地址和编译后产生的地址不相等，那么就不能跳转。

「C语言编译地址：」

都希望把编译地址和实际运行地址放在一起的，但是汇编代码因为不需要做C语言到汇编的转换，可以直接的去写地址，所以直接写的就是他的运行地址，这就是为什么任何bootloader刚开始会有一段汇编代码，因为起始代码编译地址和实际地址不相等，这段代码和汇编无关，跳转用的运行地址。

2. 举例

实现位置无关码主要考虑以下两个方面：

1. 位置无关的函数跳转 
2. 位置无关的常量访问

代码

编译代码使用的连接文件「map.lds」如下：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") 
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/ 
OUTPUT_ARCH(arm) 
ENTRY(_start) 
SECTIONS 
{ 
 . = 0x40008000; 
 . = ALIGN(4); 
 .text      : 
 { 
  gcd.o(.text) 
  *(.text) 
 } 
 . = ALIGN(4); 
    .rodata :  
 { *(.rodata) } 
    . = ALIGN(4); 
    .data :  
 { *(.data) } 
    . = ALIGN(4); 
    .bss : 
     { *(.bss) } 
}

如文件map.lds所示：「0x40008000」就是链接地址，

其他源文件如下：「gcd.s」

.text 
.global _start 
_start: 
  ldr  sp,=0x70000000         /*get stack top pointer*/ 
  bl func 
  ldr pc,=func 
  b  main 
func: 
 mv pc,lr

「main.c」

/* 
 * main.c 
 * 
 *  Created on: 2020-12-12 
 *      Author: 一口Linux 
 */ 
int aaaa=0;  
int main(void) 
{ 
 aaaa = 0x11; 
 while(1); 
    return 0; 
}

「Makefile」

TARGET=gcd 
TARGETC=main 
all: 
 arm-none-linux-gnueabi-gcc -O1 -g -c -o $(TARGETC).o  $(TARGETC).c 
 arm-none-linux-gnueabi-gcc -O1 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s 
 arm-none-linux-gnueabi-gcc -O1 -g -S -o $(TARGETC).s  $(TARGETC).c 
 arm-none-linux-gnueabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Tmap.lds  -o  $(TARGET).elf  
 arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin 
 arm-none-linux-gnueabi-objdump -D $(TARGET).elf > $(TARGET).dis 
 
clean: 
 rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin