分类: LINUX
2011-08-29 19:03:20
.align的作用在于对指令或者数据的存放地址进行对齐,有些CPU架构要求固定的指令长度并且存放地址相对于2的幂指数圆整,否则程序无法正常运行,比如ARM;有些系统却不需要,如果不遵循地址的圆整规则,程序依然可以正确执行,只是降低了一些执行效率,比如i386。.align的作用范围只限于紧跟它的那条指令或者数据,而接下来的指令或者数据的地址由上一条指令的地址和其长度决定。这里给出一个很好的用来测试.align作用的例子,首先在i386上进行测试。
这个程序没有实际的应用意义。为了防止编译出的目标文件中不同的段均从0开始而看不到.align的效果,这里只定义一个代码段,.byte数据将被编译进代码段,_start中的第一条指令将紧跟在0x11数据之后,我们使用 as -o test.o test.S && objdump -D test.o来查看反汇编的结果:
objdump尝试将代码段中的所有二进制数据当作指令解析,所以不要关心非代码段反汇编后的指令adc %ecx,0xbb0076(%ebp)。我们需要关心的是mov $0x0,%ebx所在的地址4,显然它和.align指定的4可以除尽,也即相对齐于4的倍数的地址。为了作一比较,移除.align 4,得到以下的反汇编结果,显然此时的第一条mov指令的对齐地址是1。
对于i386编译器来说.align的参数4直接指明了对齐地址的圆整目标,汇编器总是要找到下一个可以整除该参数的地址作为.align后的那条指令的存放地址。.align参数的取值必须是2的幂指数,2^0到2^31都是合法的,而其它的值将会遭遇编译错误的提示:
对于ARM编译器来说.align的用法和i386有相当大的差异,这也就是.align被混乱使用的根本原因。将上面的汇编程序改成ARM平台的汇编语言后的结果如下:
与它对应的反编译结果如下:
出乎意料的是mov r0,4 #0指令的地址是0x10,也即16,不是4。ARM汇编器并不直接使用.align提供的参数作为对齐目标,而是使用2^n的值,比如这里的参数为4,那么圆整对象为2^4 = 16。这也就是为什么在ARM平台的Uboot或者Linux内核汇编中会出现.align 5的根本原因。.align此时的取值范围为0-15,当取值为0,2或者不提供参数时均圆整于4。如果尝试使用大于15的值,将会得到编译器的如下抱怨:
另一点需要注意的是:ARM尝试使用0来填充.byte占用的一个字(ARM平台为4bytes)中剩余的比特位,但是其余的字将会用nop指令填充,这一点与i386也是不同的。以上的讨论关注于目标文件.o,而非最终的可执行文件,一个对于链接器的猜疑是它会不会改变我们的圆整目标,庆幸的是它不会,它会找到当前.o文件中的最大圆整值,并且以它的倍数偏移。由ARM支持非对齐地址的访问,所以指定指令的对齐即可保证程序的正确执行,但要保证程序的访问效率,对数据的对齐也是尤为重要。
如果分析过Uboot,可能会遇到类似.balignl的操作,对于是用如此生僻指令的开发习惯,这并不是好的做法,除非是迫不得已,否则它可以用更通用的指令代替。.balignl指令是.balign指令的变体,一个完整的指令是格式如下:
.balign的所有参数均是可选的,align参数类细雨.align伪指令参数,但是这里它直接作为对齐参数,类似于i386平台的.align参数。fill_value用来填充空白字节的值,没有提供该参数,默认将是用nop指令填充。max_padding指定了最多可填充的字节数,如果实际需要填充的字节数大于该值那么整个.balign伪指令将失效。.balign使用字节来填充,比如.balign 4,0x10;.balignw使用双字节来填充,比如.balignw 4,0x1122;.balignl使用四字节来填充,比如.balignl 4,0x11223344。注意所有需要填充的字节数必须是[wl]参数指定的整倍数,否则将遭遇汇编器的抱怨:
为了保证整倍数关系,如果删除.byte 0x11或者改成如下代码,抱怨将消失:
参考资源: