Cortex-M3 动态加载一（地址无关代码实现）

这篇文章是自己疑惑究竟地址无关性是如何实现，然后查看汇编和CPU指令手册，最后分析解除自己疑惑的，高手不要鄙视，哈哈。

编译C代码时候需要制定--acps/ropi选项，如下例子：

 void SystemInit(void)
 {
 }
 void fun_for_sub(void)
 {
     int j;
     for(j=;j >=; j--)
       ;
 }
 int main(void)
 {
          fun_for_sub();
          while();
 }

C-example

编译：

armcc  -c --cpu Cortex-M3 -O0 --apcs=interwork --apcs /ropi/rwpi -o main.o main.c

使用fromelf查看汇编代码

fromelf.exe -s -c main.o

text段生成的汇编代码如下：

 ** Section #1 '.text' (SHT_PROGBITS) [SHF_ALLOC + SHF_EXECINSTR]
     Size   : 14 bytes (alignment 2)
     Address: 0x00000000
 
     $t
     .text
     SystemInit
         0x00000000:    4770        pG      BX       lr
     fun_for_sub
         0x00000002:    4770        pG      BX       lr
     main
         0x00000004:    b500        ..      PUSH     {lr}
         0x00000006:    f7fffffe       ....    BL       fun_for_sub ; 0x2 Section #
         0x0000000a:    205a        Z       MOVS     r0,#0x5a
         0x0000000c:    bd00        ..      POP      {pc}

汇编指令

查看关键的一句调用函数fun_for_sub的汇编代码：

0x00000006:    f7fffffe       ....    BL       fun_for_sub ; 0x2 Section #

查找arm的官方DDI0403D_arm_architecture_v7m_reference_manual_errata_markup_1_0.pdf关于BL指令的解释如下：

Branch with Link (immediate) calls a subroutine at a PC-relative address.

得知BL是一条PC相关的指令。

具体看BL指令的构成：

根据我们产生的指令f7fffffe，

对应如下：

f7ff  :  15  14  13  12  11  10  9  8  7  6  5  4  3  2  1
 
        1   1   1   1   0   1  1  1  1  1  1  1  1  1  1

fffe  :  15  14  13  12  11  10  9  8  7  6  5  4  3  2  1
 
        1   1   1   1   1   1  1  1  1  1  1  1  1  1  0

符号位S=1，J1=1，J2=1，imm10 = 11 1111 1111，imm11 = 111 1111 1110

所以I1 = ！(J1~S) = 1,  I2 = !(J2~S) = 1,

imm32 = SignExtend(S:I1:I2:imm10:imm11:’0’,32) = SignExtend(1:1:1:11 1111 1111:111 1111 1110:’0’,32) = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 = 0xfffffffc。

0xfffffffc是-4的补码，另外当前PC是0x00000006，

再根据上面的Operation最后一步BranchWritePC( PC + imm32)

最终跳转到0x6 + (-4) = 0x2的地址出，即函数fun_for_sub的地址，因此实现根据当前PC实现了地址无关性的代码。

在X86平台下面也是差不多的原理，使用的也是基于PC相关的跳转指令。《程序员的自我修养—链接、装载和库》讲得很好。