BL（B）和LDR跳轉(zhuǎn)范圍是如何規(guī)定的

1. BL LDR指令簡(jiǎn)介

2. 分析絕對(duì)跳轉(zhuǎn)過(guò)程

3. BL（B）和LDR跳轉(zhuǎn)范圍是如何規(guī)定的

4. BL執(zhí)行過(guò)程分析

5. LDR執(zhí)行過(guò)程分析

6. 總結(jié)

1. BL LDR指令簡(jiǎn)介

??LDR和BL在啟動(dòng)程序中，都是可以負(fù)責(zé)pc跳轉(zhuǎn)的指令。

??BL是地址無(wú)關(guān)指令，即和當(dāng)前的運(yùn)行地址無(wú)關(guān)。鏈接器腳本中標(biāo)明了一個(gè)運(yùn)行地址，但是arm中的代碼實(shí)際是從地址0開(kāi)始運(yùn)行的。這個(gè)時(shí)候，實(shí)際的地址和運(yùn)行地址是不符的。

??如果想讓程序正常的運(yùn)行，就得使用地址無(wú)關(guān)指令。比如在完成將程序復(fù)制到內(nèi)存之前想要跳轉(zhuǎn)到一個(gè)函數(shù)里，就得使用BL。因?yàn)锽L跳轉(zhuǎn)依靠的是相對(duì)地址，和運(yùn)行地址無(wú)關(guān)，所以能完成跳轉(zhuǎn)。

??LDR是地址有關(guān)指令。如果這個(gè)時(shí)候使用“l(fā)dr pc，=函數(shù)名”來(lái)跳轉(zhuǎn)，實(shí)際上是跳轉(zhuǎn)到這個(gè)函數(shù)在鏈接器腳本中標(biāo)明的地址上了。所以使用地址相關(guān)指令之前，要把代碼復(fù)制到鏈接器腳本中指明的那個(gè)地址上，否則的話程序就跑飛了。復(fù)制完成之后再使用LDR跳轉(zhuǎn)到內(nèi)存中，使程序繼續(xù)運(yùn)行。

2. 分析絕對(duì)跳轉(zhuǎn)過(guò)程

??我們以一個(gè)例子具體分析下絕對(duì)跳轉(zhuǎn)過(guò)程。

??假設(shè)程序被放在0x00000000位置開(kāi)始執(zhí)行，編譯鏈接后的結(jié)果為：

絕對(duì)跳轉(zhuǎn)分析

??當(dāng)這段程序被放在0xC000000空間（如右圖）時(shí)，開(kāi)始執(zhí)行指令1，然后采用相對(duì)尋址的方法就可以運(yùn)行到指令6，在指令6執(zhí)行時(shí)也可以使用絕對(duì)尋址的方法從0xC0000014正確跳轉(zhuǎn)到指令8所在的0xC00001C位置，這段代碼運(yùn)行正常。

??當(dāng)這段代碼被放在0x00000000空間（如左圖）時(shí)，開(kāi)始執(zhí)行指令1，然后采用相對(duì)尋址的方法就可以運(yùn)行到指令6，但在指令6執(zhí)行時(shí)使用絕對(duì)尋址的方法從0x0000014跳轉(zhuǎn)到了0xC000001C，但0xC000001C空間沒(méi)有代碼，這樣程序就跑飛了。

??因此，當(dāng)編譯地址（加載地址）和運(yùn)行地址相同時(shí)，絕對(duì)跳轉(zhuǎn)和相對(duì)跳轉(zhuǎn)都可以正確執(zhí)行。比如，程序在NORFLASH存儲(chǔ)時(shí)。

??但是，當(dāng)編譯地址（加載地址）和運(yùn)行地址不相同時(shí)，相對(duì)跳轉(zhuǎn)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。比如，代碼存儲(chǔ)在NANDFLASH，由于NANDFLASH并不能運(yùn)行代碼，所以需要重定位代碼到內(nèi)部的SRAM。

3. BL（B）和LDR跳轉(zhuǎn)范圍是如何規(guī)定的

??下圖為B(BL）指令的格式

BL指令編碼格式

??BL指令的[23,0]位存放的是要跳轉(zhuǎn)的相對(duì)地址，由于指令所在地址必須是4字節(jié)對(duì)齊的，因此跳轉(zhuǎn)的地址最低位必然是0。

??BL指令[23,0]位保存的是省略這最低2位的地址，如果補(bǔ)全了這2位,BL指令就可以表示26位的跳轉(zhuǎn)地址。在這26位中需要使用1位表示向前跳還是向后跳，那么剩下的25位就可以表示32 MBts的范圍了，225=32M因此，B（BL）指令的跳轉(zhuǎn)范圍為-32MBytes~+32MBytes。

??下圖為L(zhǎng)DR指令的格式。

LDR指令編碼格式 LDR指令編碼格式

??圖中的LDR的跳轉(zhuǎn)范圍計(jì)算方式和B指令的類(lèi)似，其中Rn和Address_mode共同構(gòu)成第二個(gè)操作數(shù)的內(nèi)存地址。由Address_mode的9種格式可以知道，Address_mode表示的就是偏移地址的范圍大小，為212=4K。（不理解的可以對(duì)比下ldrpc, [pc, #804]和Address_mode的九種格式，很明顯可以看出Address_mode就是當(dāng)前地址的偏移范圍）

4. BL執(zhí)行過(guò)程分析

??下圖為B(BL）指令的格式。

BL指令編碼格式

??28~31位（cond）是條件碼，就是表明這條語(yǔ)句里是否有大于、等于、非零等的條件判斷，這4位共有16種狀態(tài)，分別為：

條件碼

??我們以Uboot啟動(dòng)過(guò)程中的這句跳轉(zhuǎn)代碼分析下BL指令具體的執(zhí)行過(guò)程。

#ifndefCONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
blcpu_init_crit
#endif

??上述代碼對(duì)應(yīng)的反匯編代碼如下：

33f000ac:eb000017bl33f00110

33f00110:
33f00110:e3a00000movr0,#0;0x0
33f00114:ee070f17mcr15,0,r0,cr7,cr7,{0}

??當(dāng)指令執(zhí)行到33f000ac時(shí)，對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼為eb000017（1110_1011_0000_0000_0000_0000_0001_0111?），其中[31,28]高四位為條件碼，1110表示無(wú)條件執(zhí)行。[25,27]位保留區(qū)域,24位表示是否帶有返回值，1表示帶有返回值，也就是BL指令。[23,0]為指令的操作數(shù)，0000_0000_0000_0000_0001_0111。

??BL指令的跳轉(zhuǎn)地址是按照如下方式計(jì)算：

??1、將指令中24位帶符號(hào)的補(bǔ)碼立即數(shù)擴(kuò)展為32位(擴(kuò)展其符號(hào)位)原數(shù)變成 0000_0000_0000_0000_0000_0000_0001_0111。

??2、將此數(shù)左移兩位0000_0000_0000_0000_0000_0010_1000_0000 變成 0000_0000_0000_0000_0000_0000_0101_1100 = 0x0000005c

?? 3、將得到的值加到PC寄存器中得到目標(biāo)地址，由于ARM為3級(jí)流水線，此時(shí)的 pc = 33f000ac+8 = 33F000B4，pc = 33F000B4 + 0x0000005c = 33F00110?與圖中的cpu_init_crit的地址相等。

?? 在算的過(guò)程中我們使用的始終是PC的值，假設(shè)程序在 0 地址處執(zhí)行，那么計(jì)算方法一樣，pc 的值變了，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果也隨之改變。所以 BL 的跳轉(zhuǎn)時(shí)是與位置無(wú)關(guān)的。

5. LDR執(zhí)行過(guò)程分析

??下圖為L(zhǎng)DR指令的格式。

LDR指令編碼格式

??我們以下圖中的代碼作為例子分析下。

ldrpc,=call_board_init_f

??對(duì)應(yīng)的反匯編代碼如下：

33f000d0:e59ff324ldrpc,[pc,#804];33f003fc

33f003fc:33f000d4.word0x33f000d4
........
33f000d4:
33f000d4:e3a00000movr0,#0;0x0

?? ldrpc, [pc, #804]這條指令為偽指令，編譯的時(shí)候會(huì)將call_board_init_f的鏈接地址存入一個(gè)固定的地址（鏈接時(shí)確定的），對(duì)于本條指令，這個(gè)地址就是33f000d4 。

??上面的反匯編出來(lái)的 ldr pc,=call_board_init_f就變成了ldrpc, [pc, #804]，由于ARM使用了流水線的原因，所以在執(zhí)行 ldr pc,[ pc, #4 ]的時(shí)候 pc 不在這句代碼這里了，而是跑到了 pc+8的地方，這句代碼相當(dāng)于 pc= *(pc+804+8)=33f000d0+32C=33f003fc ，所以會(huì)跳轉(zhuǎn)到33f003fc 地址取33f000d4 ，而 33f000d4 是存在代碼段中的一個(gè)常量，并不是計(jì)算出來(lái)的，不會(huì)隨程序的位置而改變，所以無(wú)論代碼和pc怎么變 *(pc+804) 的值時(shí)不會(huì)變的。

6. 總結(jié)

??這樣，絕對(duì)跳轉(zhuǎn)中的固定地址就很好理解了，要跳轉(zhuǎn)地址的值在鏈接時(shí)就已經(jīng)確定了，存在了一塊內(nèi)存中。

相對(duì)跳轉(zhuǎn)時(shí)，反匯編bl33f00110中的33f00110是根據(jù)pc計(jì)算出來(lái)的，當(dāng)pc改變時(shí)，結(jié)果也會(huì)改變。所以，稱(chēng)為相對(duì)跳轉(zhuǎn)，與當(dāng)前位置無(wú)關(guān)。

原文標(biāo)題：分析下BL(B)/LDR指令

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