重定位代码实例分析

2019 年 01 月 07 日

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:one: adr与ldr伪指令的区别
ldr和adr都是伪指令，区别是ldr是长加载、adr是短加载。
重点：adr指令加载符号地址，加载的是运行时地址；ldr指令在加载符号地址时，加载的是链接地址。
深入分析：只要知道adr和ldr分别用于加载运行地址和链接地址，从而可以判断是否需要重定位即可；根本不需知道为什么adr和ldr是这样子，但是我们还是给大家扩展讲下为什么adr和ldr可以加载不同的地址。
:two: 重定位（代码拷贝）
重定位就是汇编代码中的copy_loop函数，代码的作用是使用循环结构来逐句复制代码到链接地址。
复制的源地址是SRAM的0xd0020010，复制目标地址是SRAM的0xd0024000，复制长度是bss_start减去_start
所以复制的长度就是整个重定位需要重定位的长度，也就是整个程序中代码段+数据段的长度。
bss段（bss段中就是0初始化的全局变量）不需要重定位。
:three: 清bss段
清除bss段是为了满足C语言的运行时要求（C语言要求显式初始化为0的全局变量，或者未显式初始化的全局变量的值为0，实际上C语言编译器就是通过清bss段来实现C语言的这个特性的）。一般情况下我们的程序是不需要负责清零bss段的（C语言编译器和链接器会帮我们的程序自动添加一段头程序，这段程序会在我们的main函数之前运行，这段代码就负责清除bss）。但是在我们代码重定位了之后，因为编译器帮我们附加的代码只是帮我们清除了运行地址那一份代码中的bss，而未清除重定位地址处开头的那一份代码的bss，所以重定位之后需要自己去清除bss。
:four:长跳转
清理完bss段后重定位就结束了。然后当前的状况是：
1、当前运行地址还在0xd0020010开头的（重定位前的）那一份代码中运行着。
2、此时SRAM中已经有了2份代码，1份在d0020010开头，另一份在d0024000开头的位置。
然后就要长跳转了。

/*
 * 文件名：    led.s    
 * 作者：    朱老师
 * 描述：    演示重定位（在SRAM内部重定位）
 */

#define WTCON        0xE2700000

#define SVC_STACK    0xd0037d80

.global _start                    // 把_start链接属性改为外部，这样其他文件就可以看见_start了
_start:
    // 第1步：关看门狗（向WTCON的bit5写入0即可）
    ldr r0, =WTCON
    ldr r1, =0x0
    str r1, [r0]
    
    // 第2步：设置SVC栈
    ldr sp, =SVC_STACK
    
    // 第3步：开/关icache
    mrc p15,0,r0,c1,c0,0;            // 读出cp15的c1到r0中
    //bic r0, r0, #(1<<12)            // bit12 置0  关icache
    orr r0, r0, #(1<<12)            // bit12 置1  开icache
    mcr p15,0,r0,c1,c0,0;
    
    // 第4步：重定位
    // adr指令用于加载_start当前运行地址
    adr r0, _start          // adr加载时就叫短加载        
    // ldr指令用于加载_start的链接地址:0xd0024000
    ldr r1, =_start // ldr加载时如果目标寄存器是pc就叫长跳转，如果目标寄存器是r1等就叫长加载    
    // bss段的起始地址
    ldr r2, =bss_start    // 就是我们重定位代码的结束地址，重定位只需重定位代码段和数据段即可
    cmp r0, r1            // 比较_start的运行时地址和链接地址是否相等
    beq clean_bss        // 如果相等说明不需要重定位，所以跳过copy_loop，直接到clean_bss
                        // 如果不相等说明需要重定位，那么直接执行下面的copy_loop进行重定位
                        // 重定位完成后继续执行clean_bss。

// 用汇编来实现的一个while循环
copy_loop:
    ldr r3, [r0], #4    // 源
    str r3, [r1], #4    // 目的   这两句代码就完成了4个字节内容的拷贝
    cmp r1, r2            // r1和r2都是用ldr加载的，都是链接地址，所以r1不断+4总能等于r2
    bne copy_loop

    // 清bss段，其实就是在链接地址处把bss段全部清零
clean_bss:
    ldr r0, =bss_start                    
    ldr r1, =bss_end
    cmp r0, r1                // 如果r0等于r1，说明bss段为空，直接下去
    beq run_on_dram            // 清除bss完之后的地址
    mov r2, #0
clear_loop:
    str r2, [r0], #4        // 先将r2中的值放入r0所指向的内存地址（r0中的值作为内存地址），
    cmp r0, r1                // 然后r0 = r0 + 4
    bne clear_loop

run_on_dram:    
    // 长跳转到led_blink开始第二阶段
    ldr pc, =led_blink                // ldr指令实现长跳转
    
    // 从这里之后就可以开始调用C程序了
    //bl led_blink                    // bl指令实现短跳转
    
// 汇编最后的这个死循环不能丢
    b .

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