• 详解汇编语言B和LDR指令与相对跳转和绝对跳转的关系


    @

    为什么要有相对跳转和绝对跳转?

    顺序执行:指令一条一条按照顺序往下执行,比如变量的定义和赋值都是按照顺序执行的。
    跳转执行:当指令执行到当前位置后跳转到其他位置执行。比如,在主函数中调用其他函数就是典型的跳转执行。其中跳转又分为绝对跳转和相对跳转。
    绝对跳转:直接跳转到一个固定的,实实在在的地址。
    相对跳转:相对于当前pc值的一个跳转,跳转到pc+offset的地址。

      我们清楚了上面几个概念,就知道了为什么要有相对跳转和绝对跳转。各种指令相互配合才能使得cpu有更高的处理效率。正是因为有了顺序和跳转指令,我们的cpu才可以处理各种复杂的计算。

    在程序中只有相对跳转/绝对跳转是否可以?

      答案肯定是不可以的。我们以一个例子具体分析。

    指令编号 指令功能
    指令1 顺序执行
    指令2 顺序执行
    指令3 相对跳转到指令5
    指令4 顺序执行
    指令5 顺序执行
    指令6 绝对跳转到指令8
    指令7 顺序执行
    指令8 顺序执行

      假设程序被放在0x00000000位置开始执行,编译链接后的结果为:

    指令地址 指令编号 指令功能 下条指令地址
    0x00000000 顺序执行 顺序执行 当前地址+4
    0x00000004 顺序执行 顺序执行 当前地址+4
    0x00000008 跳转到指令5 跳转到指令5 当前地址+8
    0x0000000C 顺序执行 顺序执行 当前地址+4
    0x00000010 顺序执行 顺序执行 当前地址+4
    0x00000014 跳转到指令8 跳转到指令8 0xC000001C
    0x00000018 顺序执行 顺序执行 当前地址+4
    0x0000001C 顺序执行 顺序执行 当前地址+4

    在这里插入图片描述

      当这段程序被放在0xC000000空间时,开始执行指令1,然后采用相对寻址的方法就可以运行到指令6,在指令6执行时也可以使用绝对寻址的方法从0xC0000014正确跳转到指令8所在的0xC00001C位置,这段代码运行正常。

      当这段代码被放在0x00000000空间时,开始执行指令1,然后采用相对寻址的方法就可以运行到指令6,但在指令6执行时使用绝对寻址的方法从0x0000014跳转到了0xC000001C,但0xC000001C空间没有代码,这样程序就跑飞了。

      因此,当编译地址(加载地址)和运行地址相同时,绝对跳转和相对跳转都可以正确执行。比如,程序在NORFLASH存储时。但是,当编译地址(加载地址)和运行地址不相同时,相对跳转都就会出现问题。比如,代码存储在NANDFLASH,由于NANDFLASH并不能运行代码,所以需要重定位代码到内部的SRAM。关于NANDFLASH和NORFLASH可以看这篇文章S3C2440从NAND Flash启动和NOR FLASH启动的问题

    B(BL)和LDR指令具体怎么执行的?

      我们以下图中的这句跳转代码分析下指令具体的执行过程。

    #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
    	bl	cpu_init_crit
    #endif
    

      上述代码对应的反汇编代码如下:

    33f000ac:	eb000017 	bl	33f00110 <cpu_init_crit>
    
    33f00110 <cpu_init_crit>:
    33f00110:	e3a00000 	mov	r0, #0	; 0x0
    33f00114:	ee070f17 	mcr	15, 0, r0, cr7, cr7, {0}
    

      当指令执行到33f000ac时,对应的机器码为eb000017(1110 1011 0000 0000 0000 0000 0001 0111‬),其中[31,28]高四位为条件码,1110表示无条件执行。[25,27]位保留区域,24位表示是否带有返回值,1表示带有返回值,也就是BL指令。[23,0]为指令的操作数,0000 0000 0000 0000 0001 0111。
    按照如下计算方式:

      1、将指令中24位带符号的补码立即数扩展为32位(扩展其符号位)原数变成 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0111。

      2、将此数左移两位0000 0000 0000 0000 0000 0010 1000 0000 变成 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 1100 = 0x0000005c

       3、将得到的值加到PC寄存器中得到目标地址,由于ARM为3级流水线,此时的 pc = 33f000ac+8 = 33F000B4,pc = 33F000B4 + 0x0000005c = 33F00110‬与图中的cpu_init_crit的地址相等。

       在算的过程中我们使用的始终是PC的值,假设程序在 0 地址处执行,那么计算方法一样,pc 的值变了计算出来的结果也随之改变。所以 BL 的跳转时与位置无关的。

      下图为B(BL)指令的格式在这里插入图片描述
      28~31bts(cond)是条件码,就是表明这条语句里是否有大于、等于、非零等的条件判断,这4bts共有16种状态,分别为:
    在这里插入图片描述
      下图为LDR指令的格式
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
      我们以下图中的第一句话作为例子分析下

    ldr pc,=call_board_init_f
    

    对应的反汇编代码如下:

    33f000d0:	e59ff324 	ldr	pc, [pc, #804]	; 33f003fc <fiq+0x5c>
    
    33f003fc:	33f000d4 	.word	0x33f000d4
    ........
    33f000d4 <call_board_init_f>:
    33f000d4:	e3a00000 	mov	r0, #0	; 0x0
    

       ldr pc, [pc, #804]这条指令为伪指令,编译的时候会将call_board_init_f的链接地址存入一个固定的地址(链接时确定的),对于本条指令这个地址就是33f000d4 。上面的反汇编出来的 ldr pc,=call_board_init_f就变成了ldr pc, [pc, #804],由于ARM使用了流水线的原因,所以在执行 ldr pc. [ pc, #4 ]的时候 pc 不在这句代码这里了,而是跑到了 pc+8的地方,这句代码相当于 pc = *(pc+804+8)=33f000d0+32C=33f003fc ,所以会跳转到33f003fc 地址取33f000d4 ,而33f000d4 是存在代码段中的一个常量,并不是计算出来的,不会随程序的位置而改变,所以无论代码和pc怎么变 *(pc+804) 的值时不会变的。

      这样,绝对跳转中的固定地址就很好理解了,要跳转地址的值在链接时就已经确定了,存在了一块内存中。而相对跳转时,反汇编bl 33f00110中的33f00110是根据pc计算出来的,当pc改变时,结果也会改变,所以,称为相对跳转,与当前位置无关。

    B(BL)和LDR跳转范围是如何规定的?

      下图为B(BL)指令的格式在这里插入图片描述
      BL指令的[23,0]bits存放的是要跳转的相对地址,由于指令所在地址必须是4字节对齐的,因此跳转的地址最低bits必然是0,因此BL指令[23,0]bits保存的是省略这最低2bts的地址,如果补全了这2bits,BL指令就可以表示26bits的跳转地址。在这26bits中需要使用1bit表示向前跳还是向后跳,那么剩下的25bits就可以表示32 MBts的范围了,225=32M因此,B(BL)指令的跳转范围为-32MBytes~+32MBytes。

      下图为LDR指令的格式
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
      图中的LDR的跳转范围计算方式和B指令的类似,其中Rn和Address_mode共同构成第二个操作数的内存地址,由Address_mode的9种格式可以直到,Address_mode表示的就是偏移地址的范围大小,为212=4K。(不理解的可以对比下ldr pc, [pc, #804]和Address_mode的九种格式,很明显可以看出Address_mode就是当前地址的偏移范围)

      大家的鼓励是我继续创作的动力,如果觉得写的不错,欢迎关注,点赞,收藏,转发,谢谢!

    欢迎欢迎关注我的公众号:嵌入式与Linux那些事,领取秋招笔试面试大礼包(华为小米等大厂面经,嵌入式知识点总结,笔试题目,简历模版等)和2000G学习资料。公众号主要分享Linux驱动开发,数据结构与算法,计算机基础,C/C++等相关知识,有任何问题均可以加我微信,欢迎骚扰!

    本文版权归作者和博客园共有,欢迎转载,但未经作者同意必须在文章页面给出原文连接,否则保留追究法律责任的权利。
  • 相关阅读:
    20182311 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》课程总结
    20182311 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》实验九报告
    20182311 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》第10周学习总结
    java实现哈夫曼树进行文件加解压
    20182311 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》第9周学习总结
    20182311 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》实验八报告
    20182311 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》实验七报告
    CTF学习笔记
    CTGAN
    安卓数据库的实现与应用
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/dongxb/p/14147809.html
Copyright © 2020-2023  润新知