加載時域和運行時域

在開始后續(xù)實驗之前，我們得了解一下arm-linux-ld連接命令的使用。在上述實驗中，我們一直使用類似如下的命令進(jìn)行連接：
arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 crt0.o led_on_c.o -o led_on_c_tmp.o
我們看看它是什么意思：-o選項設(shè)置輸出文件的名字為led_on_c_tmp.o；“--Ttext 0x00000000”設(shè)置代碼段的起始地址為0x00000000；這條指令的作用就是將crt0.o和led_on_c.o連接成led_on_c_mp.o可執(zhí)行文件，此可執(zhí)行文件的代碼段起始地址為0x00000000。

我們感興趣的就是“—Ttext”選項！進(jìn)入LINK目錄，link.s代碼如下：
1 .text
2 .global _start
3 _start:
4 b step1
5 step1:
6 ldr pc, =step2
7 step2:
8 b step2
Makefile如下：
1 link:link.s
2 arm-linux-gcc -c -o link.o link.s
3 arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 link.o -o link_tmp.o
4 # arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 link.o -o link_tmp.o
5 arm-linux-objcopy -O binary -S link_tmp.o link
6 arm-linux-objdump -D -b binary -m arm link >ttt.s
7 # arm-linux-objdump -D -b binary -m arm link >ttt2.s
8 clean:
9 rm -f link
10 rm -f link.o
11 rm -f link_tmp.o

實驗步驟：
1．進(jìn)入目錄LINK，運行make生成arm-linux-ld選項為“-Ttext 0x00000000”的反匯編碼ttt.s
2．make clean
3．修改Makefile：將第4、7行的“#”去掉，在第3、6行前加上“#”
4.運行make生成arm-linux-ld選項為“-Ttext 0x30000000”的反匯編碼ttt2.s
link.s程序中用到兩種跳轉(zhuǎn)方法：b跳轉(zhuǎn)指令、直接向pc寄存器賦值。我們先把在不同“—Ttext”選項下，生成的可執(zhí)行文件的反匯編碼列出來，再詳細(xì)分析這兩種不同指令帶來的差異。
ttt.s： ttt2.s
0: eaffffff b 0x4 0: eaffffff b 0x4

4: e59ff000 ldr pc, [pc, #0] ; 0xc 4: e59ff000 ldr pc, [pc, #0] ; 0xc
8: eafffffe b 0x8 8: eafffffe b 0x8
c: 00000008 andeq r0, r0, r8 c: 30000008 tsteq r0, #8 ; 0x8
先看看b跳轉(zhuǎn)指令：它是個相對跳轉(zhuǎn)指令，其機(jī)器碼格式如下：

[31:28]位是條件碼；[27:24]位為“1010”時，表示B跳轉(zhuǎn)指令，為“1011”時，表示BL跳轉(zhuǎn)指令；[23:0]表示偏移地址。使用B或BL跳轉(zhuǎn)時，下一條指令的地址是這樣計算的：將指令中24位帶符號的補(bǔ)碼立即數(shù)擴(kuò)展為32(擴(kuò)展其符號位)；將此32位數(shù)左移兩位；將得到的值加到pc寄存器中，即得到跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)地址。我們看看第一條指令“b step1”的機(jī)器碼eaffffff：
1． 24位帶符號的補(bǔ)碼為0xffffff，將它擴(kuò)展為32得到：0xffffffff
2．將此32位數(shù)左移兩位得到：0xfffffffc，其值就是-4
3．pc的值是當(dāng)前指令的下兩條指令的地址，加上步驟2得到的-4，這恰好是第二條指令step1的地址
各位不要被被反匯編代碼中的“b 0x4”給迷惑了，它可不是說跳到絕對地址0x4處執(zhí)行，絕對地址得像上述3個步驟那樣計算。您可以看到b跳轉(zhuǎn)指令是依賴于當(dāng)前pc寄存器的值的，這個特性使得使用b指令的程序不依賴于代碼存儲的位置——即不管我們連接命令中“--Ttext”為何，都可正確運行。
再看看第二條指令ldr pc, =step2：從反匯編碼“ldr pc, [pc, #0]”可以看出，這條指令從內(nèi)存中某個位置讀出數(shù)據(jù)，并賦給pc寄存器。這個位置的地址是當(dāng)前pc寄存器的值加上偏移值0，其中存放的值依賴于連接命令中的“--Ttext”選項。執(zhí)行這條指令后，對于ttt.s，pc=0x00000008；對于ttt2.s， pc=0x30000008。于是執(zhí)行第三條指令“b step2”時，它的絕對地址就不同了：對于ttt.s，絕對地址為0x00000008；對于ttt.s，絕對地址為0x30000008。
ttt2.s上電后存放的位置也是0，但是它連接的地址是0x30000000。我們以后會經(jīng)常用到“存儲地址和連接地址不同”(術(shù)語上稱為加載時域和運行時域)的特性：大多機(jī)器上電時是從地址0開始運行的，但是從地址0運行程序在性能方面總有很多限制，所以一般在開始的時候，使用與位置無關(guān)的指令將程序本身復(fù)制到它的連接地址處，然后使用向pc寄存器賦值的方法跳到連接地址開始的內(nèi)存上去執(zhí)行剩下的代碼。在實驗5、6中，我們將會作進(jìn)一步介紹。
arm-linux-ld命令中選項“-Ttext”也可以使用選項“-Tfilexxx”來代替，在文件filexxx中，我們可以寫出更復(fù)雜的參數(shù)來使用arm-linux-ld命令——在實驗6中，我們就是使用這種方法來指定連接參數(shù)的。