ARM处理器的位置无关程序设计.

1、ARM 处理器的位置无关程序设计ARM 处理器支持位置无关的程序设计，这种程序加载到存储器的任意地址空间 都可以正常运行，其设计方法在嵌入式应用系统开发中具有重要的作用。尤其 在裸机状态下开发 Bootloader 程序及进行内核初始化设计；利用位置无关的程 序设计方法还可以在具体应用中用于构建高效率动态链接库，因而了解位置无 关的程序设计方法，有助于开发人员设计出结构简单、清晰的应用程序。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

2、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 勺0 x0 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 SDRA 中再运行。一般情况下，这两者的地址并不相 同，程序在 SDRAMS的地址重定位过程必须由程序员完成。实际上，由于 Bootloader 是系统上电后要执

3、行的第一段程序， Bootloader 程序的拷贝和在这 之前的所有工作都必须由其自身来完成，而这些指令都是在ROM 中执行的。也就是说，这些代码即使不在链接时所指定的运行时地址空间，也可以正确执 行。这就是位置无关代码，它是一段加载到任意地址空间都能正常执行的特殊 代码。位置无关代码常用于以下场合：程序在运行期间动态加载到内存；程序在不同场合与不同程序组合后加载到内存 ( 如共享的动态链接库 )；在运行期间不同地址相互之间的映射(如 Bootloader 程序)。虽然在用 GCC 编译时，使用-fPIC 选项可为 C 语言产生位置无关代码，但 这并不能修正程序设计中固有的位置相关性缺陷。特别

4、是汇编语言代码，必须 由程序员遵循一定的程序设计准则，才能保证程序的位置无关性。ARM 程序的位置无关可执行文件 PIE ( Positionlndependent Executable ) 包括位置无关代码 PIC 和位置无关数据 PID (Positionlndependent Data )两 部分。PID 主要针对可读写数据段(.data 段)，其中保存已赋初值的全局变量。 为实现其位置无关性，通常使用寄存器R9 作为静态基址寄存器，使其指向该可 读写段的首地址，并使用相对于基址寄存器的偏移量来对该段的变量进行寻 址。这种方法常用于为可重入程序的多个实例产生多个独立的数据段。在程序 设计

5、中，一般不必考虑可读写段的位置无关性，这主要是因为可读写数据主要 分配在 SDRA 中。PIC包括程序中的代码和只读数据 （.text段） ， 为保证程序能在 ROM和 SDRAMS间都能正确运行（如裸机状态下的 Bootloader 程序），必须采用位置 无关代码程序设计。PIC 遵循只读段位置无关 ROPI (ReadOnly Position Independence )的ATPCS( ARMThumb Procedure Call STandard )的程序设计规范：程序设计规范#e#（1）程序设计规范 1引用同一 ROPI 段或相对位置固定的另一 ROPI 段中的符号时，必须是基于

6、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。 位置无关的程序跳转。在 ARM 匚编程序中，使用相对跳转指令 B/BL 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。另外， 还可使用 ADR或 ADRL伪指令将地址标号值读取到 PC中实现程序跳 转。这是因为 ADR 或 ADRL 等伪指令会被编译器替换为对基于 PC 的地址值进行 操作，但这种方式所能读取的地址范围较小，并且会因地址值是否为字对齐而 异。但在 ARMg序中，使用 LDR 等指令直接将地址

7、标号值读取到 PC 中实现程序 跳转不是位置无关的。例如：LDR PC, =main上面的伪指令编译后的结果为：LDR PC, PC, OFFSET_TO_LPOOLLPOOLDCD main可见， 虽然 LDR 是把基于 PC 的一个存储单元 LPOOL 勺内容加载到 PC 中，但该存储单元中保存的却是链接时所决定的 main 函数入口的绝对地址，所以 main 函数实际所在的段不是位置无关。 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EQL 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。下面以PXA270 勺 GPIO 初始化介绍位置无关的常量访问方法。GPIO_BASE EQU 0 x40e00000; GPIO 基 址寄存器地址GPDR0 EQU 0 x0