位置无关代码的思考.docxVIP

位置无关代码（PIC）的思考 分类： C/C+linux2011-11-13 11:49888人阅读评论(0)收藏举报应用程序必须经过编译、汇编和链接后才变成可执行文件，在链接时，要对所有目标文件进行重定位(relocation)，建立符号引用规则，同时为变量、函数等分配运行地址。当程序执行时，系统必须把代码加载到链接时所指定的地址空间，以保证程序在执行过程中对变量、函数等符号的正确引用，使程序正常运行。在具有操作系统的系统中，重定位过程由操作系统自动完成。在设计Bootloader程序时，必须在裸机环境中进行，这时Bootloader映像文件的运行地址必须由程序员设定。通常情况下，将Bootloader程序下载到ROM的0x0地址进行启动，而在大多数应用系统中，为了快速启动，首先将Bootloader程序拷贝到SDRAM中再运行。一般情况下，这两者的地址并不相同。首先来看下面的链接脚本文件：cpp view plaincopyprint?1. ENTRY(_start) 2. ;指定输出可执行文件的起始代码段为_start. 3. SECTIONS 4. 5. .= BOOTADDR ; bootloader的开始地址/ 6. .= ALIGN(4); 代码以4字节对齐 7. .text :;指定代码段 8. 9. cpu/arch/start.o (.text) ; bootloader中的text段 10. *(.text) ;其它text段 11. 12. .= ALIGN(4) 13. .rodata :*(.rodata);指定只读数据段 14. .= ALIGN(4); 15. .data :*(.data);指定读/写数据段 16. .= ALIGN(4); 17. _bss_start =.; 把_bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置 18. .bss :*(.bss); 指定bss段 19. _end =.; 把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置 20. ENTRY(_start) ;指定输出可执行文件的起始代码段为_start.SECTIONS .= BOOTADDR ; bootloader的开始地址/ .= ALIGN(4); 代码以4字节对齐 .text :;指定代码段 cpu/arch/start.o (.text) ; bootloader中的text段 *(.text) ;其它text段 .= ALIGN(4) .rodata :*(.rodata);指定只读数据段 .= ALIGN(4); .data :*(.data);指定读/写数据段 .= ALIGN(4); _bss_start =.; 把_bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置 .bss :*(.bss); 指定bss段 _end =.; 把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置需要指出的是，链接脚本中所描述的输出段地址为虚拟地址VMA（VirtualMemoryAddress）。这里的“虚拟地址”仅指映像文件执行时，各输出段所重定位到相应的存储地址空间，与映像文件烧写到的实际的地址无关（即映像的加载地址）。因此，上面的链接脚本实际上指定了Bootloader映像在执行时，将被重定位到BOOTADDR开始的存储地址空间，以保证在相关位置对符号进行正确引用，使程序正常运行。假设这里指定BOOTADDR= 0x0。以ARM为例， ARM处理器复位后总是从0x0地址取第1条指令，因此只需把BOOTADDR设置为0，再把编译后生成的可执行二进制文件下载到ROM的0x0地址开始的存储空间，程序便可正常引导；但是，一旦在链接时指定映像文件从0x0地址开始，那么Bootloader就只能在0x0地址开始的ROM空间内运行，而无法拷贝到SDRAM空间运行实现快速引导。当然，搬运代码最后的跳转语句可以写成绝对地址，如jmp 0x10000，这样可以正确的跳到RAM中的0x10000地址处，但当执行继续执行碰到其他符号地址计算，或全局数据访问的时候，由于此时不是位置无关代码，此时地址的计算需要查询map表，但是map表中的地址仍然在ROM空间中，所以还会跳回ROM空间，另外，还会有其他问题，如动态内存申请等。有了位置无关代码，只需修改链接脚本文件的BOOTADDR=0x10000即可，即将整个镜像文件都映射到RAM空间，但是bootloader最开始的搬运代码必须是位置无关的代码，这样虽然搬运代码被映射到RAM地址空间，但它在0x0开始的ROM中也能正确执行，搬运代码最后的跳转语句就可以跳转到某个标号了，因为此时标号的地址已经被映射到了ram空间，之后的代码执行将没有任何问题。当然，可以将搬运代码和搬运完成跳转到的代码分段映射，即搬运代码映射到ROM地址空间，其他代码映射到RAM空间。但是这样会存在一个问题：生成的bin文件变得非常大。生成的bin文件将会按照映射到地址空间来生成，如果ROM空间与RAM空间地址不连续，假设ROM地址空间为0x0 0x1000 ， RAM地址空间为0x100000x20000，那么， 0x10000x10000之间的地址空间都被填充为0，除非在生成bin文件时重新进行拼装。如何编写位置无关代码呢？引用同一位置无关段或相对位置固定的另一位置无关段中的符号时，必须是基于PC的符号引用，即使用相对于当前PC的偏移量来实现跳转或进行常量访问。1.位置无关的程序跳转。使用相对跳转指令实现程序跳转。指令中所跳转的目标地址用基于当前PC的偏移量来表示，与链接时分配给地址标号的绝对地址值无关，因而代码可以在任何位置进行跳转，实现位置无关性。2.位置无关的常量访问。在应用程序中，经常要读写相关寄存器以完成必要的硬件初始化。为增强程序的可读性，利用EQU伪指令对一些常量进行赋值，但在访问过程中，必须实现位置无关性。3. 使用绝对地址进行跳转，一般是在不同的位置无关代码段之间跳转。最后，总结一下位置无关代码段的优点：1.简化设计，方便实现系统的快速引导。位置无关代码可以避免在引导时进行地址映射，并方便地跳转到RAM中实现快速引导2.实现复位处理智能化。位置无关的代码可以被加载到任意地址空间运行3.便于调试。Bootloader的调试通常也是一个繁琐的过程，使用位置无关代码，则可以将映像文件加载到RAM中进行调试，这既能真实地反映程序从ROM中 进行系统引导的情况，又可以避免频繁烧写程序存储器。 位置无关代码（PIC）的分析理解 -转载(2012-03-28 13:48:12) 转载标签： it分类： 刚开始学 首先，需要理解加载域与运行域的概念。加载域是代码存放的地址，运行域是代码运行时的地址。为什么会产生这2个概念？这2个概念的实质意义又是什么呢？在一些场合，一些代码并不在储存这部分代码的地址上执行地址，比如说，放在norflash中的代码可能最终是放在RAM中运行，那么中norflash中的地址就是加载域，而在RAM中的地址就是运行域。在汇编代码中我们常常会看到一些跳转指令，比如说b、bl等，这些指令后面是一个相对地址而不是绝对地址，比如说b main，这个指令应该怎么理解呢？main这里究竟是一个什么东西呢？这时候就需要涉及到链接地址的概念了，链接地址实际上就是链接器对代码中的变量名、函数名等东西进行一个地址的编排，赋予这些抽象的东西一个地址，然后在程序中访问这些变量名、函数名就是在访问一些地址。一般所说的链接地址都是指链接这些代码的起始地址，代码必须放在这个地址开始的地方才可以正常运行，否则的话当代码去访问、执行某个变量名、函数名对应地址上的代码时就会找不到，接着程序无疑就是跑飞。但是上面说的那个b main的情形有点特殊，b、bl等跳转指令并不是一个绝对跳转指令，而是一个相对跳转指令，什么意思呢？就是说，这个main标签最后得到的只并不是main被链接器编排后