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分类: 嵌入式

2010-01-12 16:50:57

   ARM汇编有ldr指令以及ldr、adr伪指令,他门都可以将标号表达式作为操作数,下面通过分析一段代码以及对应的反汇编结果来说明它们的区别。
 
        ldr     r0, _start
        adr     r0, _start
        ldr     r0, =_start
        nop
        mov     pc, lr

_start:
        nop
        
编译的时候设置 RO 为 0x0c008000

↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓

0c008000 <_start-0x14>:
c008000:       e59f000c        ldr     r0, [pc, #12]   ; c008014 <_start>
c008004:       e28f0008        add     r0, pc, #8      ; 0x8
c008008:       e59f0008        ldr     r0, [pc, #8]    ; c008018 <_start+0x4>
c00800c:       e1a00000        nop                     (mov r0,r0)
c008010:       e1a0f00e        mov     pc, lr

0c008014 <_start>:
c008014:       e1a00000        nop                     (mov r0,r0)
c008018:       0c008014        stceq   0, cr8, [r0], -#80

分析:

ldr     r0, _start

从内存地址 _start 的地方把值读入。在这里_start是一个标号(是一个相对程序的表达式),汇编程序计算相对于 PC 的偏移量,并生成相对于 PC的前索引指令:ldr r0, [pc, #12]。该代码可以在和_start标号的相对位置不变的情况下移动( 也就是说整段代码从flash中拷贝到ram中依然可以正常运行)。

执行这个后,r0 = 0xe1a00000

adr     r0, _start

取得 _start 的地址到 r0,ADR是小范围的地址读取伪指令.ADR 指令将基于PC 相对偏移的地址值读取到寄存器中.在汇编编译源程序时,ADR 伪指令被编译器替换成一条合适的指令.通常,编译器用一条ADD 指令或SUB 指令来实现该ADR 伪指令的功能,若不能用一条指令实现,则产生错误,编译失败.

r0的值为((标号_start 的地址与此指令的距离差)+(此指令的地址))。在此例中被汇编成:add r0, pc, #8。通过反编译的结果,说明它是与位置无关的。该代码可以在和标号相对位置不变的情况下移动(也就是说整段代码从flash中拷贝到ram中依然可以正常运行);

例如这段代码在 0x0c008000 运行,那么 adr r0, _start 得到 r0 = 0x0c008014;如果在地址 0 运行,就是 0x00000014 了。

ldr     r0, =_start

  ldr在此是一条伪指令,_start(即:label-expr)是一个相对程序的或外部的表达式。汇编程序将相对程序的标号表达式 label-expr 的值放在一个文字池中,并生成一个相对程序的 LDR 指令来从文字池中装载该值。在此例中生成的指令为:ldr     r0, [pc, #8],对应文字池中的地址以及值为:c008018: 0c008014。如果 label-expr 是一个外部表达式,或者未包含于当前段内,则汇编程序在目标文件中放置一个链接程序重定位命令。链接程序在链接时生成地址。

这个代码是取得标号:_start 的绝对地址。这个绝对地址是在 link 的时候确定的。看上去这只是一个指令,但是它要占用 2 个 32bit 的空间,一条是指令,另一条是是文字池中存放_start 的绝对地址(因为在编译的时候不能确定 _start 的值,而且也不能用 mov 指令来给 r0 赋一个 32bit 的常量,所以需要多出一个空间存放 _start 的真正数据,在这里就是 0x0c008014)。因此可以看出,这个是绝对的寻址,不管这段代码在什么地方运行,它的结果都是 r0 = 0x0c008014。

由于ldr r0, =_start取得的是_start的绝对地址,这句代码可以在_start标号的绝对位置不变的情况下移动;如果在程序中使用赋值寄存器pc可以实现绝对转移。(1.绝对地址;2.标号对应的值)。

ldr的确是个复杂的指令,现总结一下:
    首先要判断我们用的ldr 是arm指令还是伪指令。 当我们用的是arm指令时,它的作用不是向寄存器里加载立即数,而是将某个地址里的内容加载到寄存器。而伪指令ldr的作用就是向寄存器里加载立即数。
    (1) ldr伪指令
    ldr伪指令的格式是 ldr Rn, =expr
    其中,expr是要加载到Rn中的内容,一般可以是立即数或者label。
    如果expr可以用8bit数据向右移偶数位得到,那么这条伪指令就被编译器翻译成mov指令。具体的移位情况可以去查阅资料。反之如果立即数很大,超过了12bit的表示范畴,那么就不能用一条mov指令了,毕竟arm指令最大只有32bit的空间可用(RISC的arm所有的指令长度是一致的,效率较高,当然我们并不关心16bit的thumb指令)。如果不能用一条32bit的指令乘下来,那么就只能另辟蹊径了,新开一段缓冲,将立即数expr放到里面,然后将其地址(暂时标记为addr)拿来使用:
    ldr Rn, addr
    xxx (xxx就是expr)
    xxx

    由于编译器一般来说新安排的存储这个立即数expr的缓冲的位置是在相应代码的附近(这个应该可以使用.ltorg伪指令控制),然后从addr地址加载数据到Rn,就可以了。

    (2)ldr arm 指令
    就是将一个地址的内容加载到寄存器。不能用mov,因为arm里的mov只是在寄存器之间传输数据,不支持在寄出器和memory之间传递数据。因此就出现了ldr/str指令。如ldr Rn, addr,注意这里的addr的值也是有限制的。这个label应该距离当前指令的距离不超过4k。因为我们知道label在具体使用的时候应该是被翻译成了相对偏移,如果这个label长度不超过12bit,那么就不应超过4k,我们可以这样做:
ldr pc, _start_armboot
_start_armboot: .word arm_startboot
这样label _start_armboot就在指令下方,因此肯定是合法的。

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