b MAIN 和 ldr pc,=MAIN 的区别（谈到代码位置无关性）

看bootloader的时候经常看到这两种写法，不太明白区别，网上查了查。其实看了之后还是一头雾水？

其中，2和3 似乎是一个东西，但结果是相反的。晕。

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有几种说法：

第一种，说寻址范围不同。(http://bulo.mcuol.com/GaoKefang/view.htm?topicID=126)
       LDR指令可以全地址范围内跳转，而B指令只能在前后32MB范围内跳转；

第二种，(http://www.onlyblog.com/blog2/CANopen/4491.html )
一般芯片具有Re-Map功能，当向量表被重新映射至内部RAM或外部存储器中时用B指令不能实现正确跳转。(原因呢？,by imjacob，难道讲的是下面程序设计规范2的情况 ？？)

第三种，B指令经汇编后会替换为当前PC值加上一个修正值(+/-),所以这条指令是代码位置无关的,也就是不管这 条指令是在0地址还是在0x100000执行,都能跳转到指定的位置,而LDR PC,=???将向PC直接装载一个标号的值,请注意,标号在编译过后将被替换为一个与RO相对应的值,也就是说,这样的指令无论在哪里执行,都只会跳转 到一个指定的位置.（http://blog.cec.pandabuying.com/zhiy66/212528.aspx）
下面是它的详细解释：
以下假设：
芯片 FLASH起始于0x100000,共64kB,片上RAM起始于0x200000,共16kB.
芯片 复位之后,程序会从0开始执行,此时FLASH被映射到0地址,因此,芯片可以取得指令并执行.显然,此时还是驻留在0x100000地址.如果使用remap命令,将会把RAM映射到0地址,同样的这时0地址的内容也只是RAM的镜像.
假定有如下程序:
       RESET
                   B       INIT        或者   LDR      PC,=INIT
                   …

       INIT
                   …
      其中RESET为起始时的代码,也就是这条代码的偏移为0,设INIT的偏移量为offset.如果将这段程序按照RO=0x100000编译, 那么B INIT可理解为ADD   PC, PC, #offset,而LDR     PC,=INIT可被理解为 MOV PC,#(RO+offset) .显然当系统复位时,程序从0开始运行,而0地址有FLASH的副本,执行B     INIT将把PC指向位于0地址处的镜像代码位置,也即INIT（应该是offset，by imjacob）;如果执行LDR    PC,=INIT将会将PC直接指向位于FLASH中的原始代码.(应该是 0x100000 + offset,by imjacob)因此以上两者都能正确运行.

下面将RO设置为0x200000,编译后生成代码,还是得 烧写到FLASH中,也就是还是0x100000,系统复位后从0地址执行,还是FLASH的副本,此时执行B     INIT,将跳到副本中的INIT位置执行（此时是0x100000+offset 还是 offset？，by imjacob）,此处有对应的代码;但是如果执行LDR     PC,=INIT,将向PC加载0x200000+offset,这将使得PC跳到RAM中,而此时由于代码没有复制,RAM中的指定位置并没有代码,程 序无法运行(应该是 0x200000 + offset,by imjacob).

(我的理解：这就是位置无关代码的基本原理)

另外，找到一篇 讲位置无关性的文章，如下（）。按此讲法，应该讲法三比较正确。

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ARM的位置无关程序设计

作者：李智敏,华清远见嵌入式学院上海中心讲师。

ARM处理器支持位置无关的程序设计，这种程序加载到存储器的任意地址空间都可以正常运 行，其设计方法在嵌入式应用系统开发中具有重要的作用。尤其在裸机状态下开发Bootloader程序及进行内核初始化设计；利用位置无关的程序设计方法 还可以在具体应用中用于构建高效率动态链接库，因而了解位置无关的程序设计方法，有助于开发人员设计出结构简单、清晰的应用程序。

应用程序必须经过编译、汇编和链接后才变成可执行文件，在链接时，要对所有目标文件进行重 定位(relocation)，建立符号引用规则，同时为变量、函数等分配运行地址。当程序执行时，系统必须把代码加载到链接时所指定的地址空间，以保证 程序在执行过程中对变量、函数等符号的正确引用，使程序正常运行。在具有操作系统的系统中，重定位过程由操作系统自动完成。

在设计Bootloader程序时，必须在裸机环境中进行，这时Bootloader映像 文件的运行地址必须由程序员设定。通常情况下，将Bootloader程序下载到ROM的0x0地址进行启动，而在大多数应用系统中，为了快速启动，首先 将Bootloader程序拷贝到SDRAM中再运行。一般情况下，这两者的地址并不相同，程序在SDRAM中的地址重定位过程必须由程序员完成。实际 上，由于Bootloader是系统上电后要执行的第一段程序，Bootloader程序的拷贝和在这之前的所有工作都必须由其自身来完成，而这些指令都 是在ROM中执行的。也就是说，这些代码即使不在链接时所指定的运行时地址空间，也可以正确执行。这就是位置无关代码，它是一段加载到任意地址空间都能正 常执行的特殊代码。

位置无关代码常用于以下场合：
        程序在运行期间动态加载到内存；
        程序在不同场合与不同程序组合后加载到内存(如共享的动态链接库)；
        在运行期间不同地址相互之间的映射（如Bootloader程序）。

虽然在用GCC编译时，使用-fPIC选项可为C语言产生位置无关代码，但这并不能修正程序设计中固有的位置相关性缺陷。特别是汇编语言代码，必须由程序员遵循一定的程序设计准则，才能保证程序的位置无关性。

ARM程序的位置无关可执行文件PIE（PositionIndependent Executable）包括位置无关代码PIC和位置无关数据PID（PositionIndependent Data）两部分。

PID主要针对可读写数据段（.data段），其中保存已赋初值的全局变量。为实现其位置 无关性，通常使用寄存器R9作为静态基址寄存器，使其指向该可读写段的首地址，并使用相对于基址寄存器的偏移量来对该段的变量进行寻址。这种方法常用于为 可重入程序的多个实例产生多个独立的数据段。在程序设计中，一般不必考虑可读写段的位置无关性，这主要是因为可读写数据主要分配在SDRAM中。

PIC包括程序中的代码和只读数据（.text段），为保证程序能在ROM和SDRAM空间都能正确运行（如裸机状态下的Bootloader程序），必须采用位置无关代码程序设计。

PIC遵循只读段位置无关ROPI（ReadOnly Position Independence）的ATPCS（ARMThumb Procedure Call Standard）的程序设计规范：

（1） 程序设计规范1　　

引用同一ROPI段或相对位置固定的另一ROPI段中的符号时，必须是基于PC的符号引用，即使用相对于当前PC的偏移量来实现跳转或进行常量访问。　　

① 位置无关的程序跳转。在ARM汇编程序中，使用相对跳转指令B/BL实现程序跳转。指令中所跳转的目标地址用基于当前PC的偏移量来表示，与链接时分配给地址标号的绝对地址值无关，因而代码可以在任何位置进行跳转，实现位置无关性。　　

另外，还可使用ADR或ADRL伪指令将地址标号值读取到PC中实现程序跳转。这是因为ADR或ADRL等伪指令会被编译器替换为对基于PC的地址值进行操作，但这种方式所能读取的地址范围较小，并且会因地址值是否为字对齐而异。　　

但在ARM程序中，使用LDR等指令直接将地址标号值读取到PC中实现程序跳转不是位置无关的。例如：　　LDR PC, =main　　

上面的伪指令编译后的结果为：　　LDR PC, [PC, OFFSET_TO_LPOOL]
?　　                                                            LPOOL 
                                                                                DCD main　　

可见，虽然LDR是把基于PC的一个存储单元LPOOL的内容加载到PC中，但该存储单元中保存的却是链接时所决定的main函数入口的绝对地址，所以main函数实际所在的段不是位置无关。　　

② 位置无关的常量访问。在应用程序中，经常要读写相关寄存器以完成必要的硬件初始化。为增强程序的可读性，利用EQU伪指令对一些常量进行赋值，但在访问过程中，必须实现位置无关性。下面以PXA270的GPIO初始化介绍位置无关的常量访问方法。

GPIO_BASE EQU 0x40e00000;　GPIO基址寄存器地址
        GPDR0 EQU 0x00c; 相对于GPIO基址寄存器的偏移量
        init_GPDR0 EQU 0xfffbfe00; 寄存器GPDR0初值
        LDR R1, =GPIO_BASE　　
        LDR R0, =init_GPDR0
        STR R0, [R1, #GPDR0]

上述汇编代码段经编译后的结果为：

LDR R1, [PC, OFFSET_TO_GPIO_BASE]
        LDR R0, [PC, OFFSET_TO_init_GPDR0]
        STR R0, [R1, #0xc]?
        GPIO_BASE
        DCD 0x40e00000　
        GPDR0
        DCD 0x00c　
        init_GPDR0
        DCD 0xfffbfe00　　

可见，LDR伪指令实际上使用基于PC的偏移量来对符号常量GPIO_BASE和 init_GPDR0进行引用，因而是位置无关的。由此可以得出如下结论：使用LDR伪指令将一个常量读取到非PC的其他通用寄存器中可实现位置无关的常 量访问；但将一个地址值读取到PC中进行程序跳转时，跳转目标则是位置相关的。

（2） 程序设计规范2　　

其他被ROPI段中的代码引用的必须是绝对地址，或者是基于可读写位置无关(RWPI)段的静态基址寄存器的可写数据。　　

使用绝对地址只能引用被重定位到特定位置的代码段中的符号，通过在位置无关代码中引入绝对 地址，可以让程序跳转到指定位置。例如，假设Bootloader的阶段1将其自身代码拷贝到链接时所指定的SDRAM地址空间后，当要跳转到阶段2的C 程序入口时，可以使用指令“LDR PC, =main”跳转到程序在SDRAM中的main函数入口地址开始执行。这是因为程序在编译链接时给main函数分派绝对地址，系统通过将main函数的 绝对地址直接赋给PC实现程序跳转。如果使用相对跳转指令“B main”，那么只会跳转到启动ROM内部的main函数入口（这种情况反而不能写 B main了，但要写之前是不是之前 写一句 ldr pc，= xx也可以？by imjacob）。