ARM的位置無關(guān)程序設(shè)計

1、arm的位置無關(guān)程序設(shè)計處理器支持位置無關(guān)的程序設(shè)計，這種程序加載到存儲器的隨意地址空間都可以正常運(yùn)行，其設(shè)計辦法在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中具有重要的作用。尤其在裸機(jī)狀態(tài)下開發(fā)bootloader程序及舉行內(nèi)核初始化設(shè)計；利用位置無關(guān)的程序設(shè)計辦法還可以在詳細(xì)應(yīng)用中用于構(gòu)建高效率動態(tài)鏈接庫，因而了解位置無關(guān)的程序設(shè)計辦法，有助于開發(fā)人員設(shè)計出結(jié)構(gòu)容易、清楚的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序必需經(jīng)過編譯、匯編和鏈接后才變成可執(zhí)行文件，在鏈接時，要對全部目標(biāo)文件舉行重定位(relocation)，建立符號引用規(guī)章，同時為變量、函數(shù)等分配運(yùn)行地址。當(dāng)程序執(zhí)行時，系統(tǒng)必需把代碼加載到鏈接時所指定的地址空間，以保證程序在執(zhí)行過

2、程中對變量、函數(shù)等符號的正確引用，使程序正常運(yùn)行。在具有操作系統(tǒng)的系統(tǒng)中，重定位過程由操作系統(tǒng)自動完成。在設(shè)計bootloader程序時，必需在裸機(jī)環(huán)境中舉行，這時bootloader映像文件的運(yùn)行地址必需由程序員設(shè)定。通常狀況下，將bootloader程序下載到rom的0x0地址舉行啟動，而在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了迅速啟動，首先將bootloader程序拷貝到sdram中再運(yùn)行。普通狀況下，這兩者的地址并不相同，程序在sdram中的地址重定位過程必需由程序員完成。事實上，因為bootloader是系統(tǒng)上電后要執(zhí)行的第一段程序，bootloader程序的拷貝和在這之前的全部工作都必需由其自身來

3、完成，而這些命令都是在rom中執(zhí)行的。也就是說，這些代碼即使不在鏈接時所指定的運(yùn)行時地址空間，也可以正確執(zhí)行。這就是位置無關(guān)代碼，它是一段加載到隨意地址空間都能正常執(zhí)行的特別代碼。位置無關(guān)代碼常用于以下場合：程序在運(yùn)行期間動態(tài)加載到內(nèi)存；程序在不同場合與不同程序組合后加載到內(nèi)存(如分享的動態(tài)鏈接庫)；在運(yùn)行期間不同地址互相之間的映射（如bootloader程序）。雖然在用gcc編譯時，用法-f選項可為產(chǎn)生位置無關(guān)代碼，但這并不能修正程序設(shè)計中固有的位置相關(guān)性缺陷。特殊是匯編語言代碼，必需由程序員遵循一定的程序設(shè)計準(zhǔn)則，才干保證程序的位置無關(guān)性。arm程序的位置無關(guān)可執(zhí)行文件pie（positi

4、onindependent executable）包括位置無關(guān)代碼pic和位置無關(guān)數(shù)據(jù)pid（positionindependent data）兩部分。pid主要針對可讀寫數(shù)據(jù)段（.data段），其中保存已賦初值的全局變量。為實現(xiàn)其位置無關(guān)性，通常用法寄存器r9作為靜態(tài)基址寄存器，使其指向該可讀寫段的首地址，并用法相對于基址寄存器的偏移量來對該段的變量舉行尋址。這種辦法常用于為可重入程序的多個實例產(chǎn)生多個自立的數(shù)據(jù)段。在程序設(shè)計中，普通不必考慮可讀寫段的位置無關(guān)性，這主要是由于可讀寫數(shù)據(jù)主要分配在sdram中。pic包括程序中的代碼和只讀數(shù)據(jù)（.text段），為保證程序能在rom和sdram空

5、間都能正確運(yùn)行（如裸機(jī)狀態(tài)下的bootloader程序），必需采納位置無關(guān)代碼程序設(shè)計。pic遵循只讀段位置無關(guān)ropi（readonly position independence）的atpcs（armthumb procedure call standard）的程序設(shè)計規(guī)范：（1） 程序設(shè)計規(guī)范1引用同一ropi段或相對位置固定的另一ropi段中的符號時，必需是基于pc的符號引用，即用法相對于當(dāng)前pc的偏移量來實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)或舉行常量拜訪。 位置無關(guān)的程序跳轉(zhuǎn)。在arm匯編程序中，用法相對跳轉(zhuǎn)命令b/bl實現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)。命令中所跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)地址用基于當(dāng)前pc的偏移量來表示，與鏈接時分配給地址標(biāo)號的肯定地址值無關(guān)，因而代碼可以在任何位置舉行跳轉(zhuǎn)，實現(xiàn)位置無關(guān)性。另外，還可用法adr或adrl偽命令將地址標(biāo)號值讀取到pc中實現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)。這是由于adr或adrl等偽命令會被編譯器替換為對基于pc的地址值舉行操作，但這種方式所能讀取的地址范圍較小，并且會因地址值是否為字對齊而異。但在arm程序中，用法ldr等命令挺直將地址標(biāo)號值讀