通過前面的學習,我們知道,把可執行程序從一個位置復制到另一個位置的過程叫做重定位。
現在有兩種方式,第一種是只重定位data段到內存(sdram),為什么需要重定位?因為有些flash的寫操作,不是簡單地內存訪問,通常我們使用sdram這個介質作為程序運行的載體。但是只重定位data段這種方式存在弊端。第一,我們的調試工具通常不支持這種分體形式(比如我們的之前的代碼在0地址開始存放text和rodata段,而在間隔很遠處sdram 0x30000000存放data段,這就是分體的形式)的代碼;第二,這種分體方式需要能夠直接運行程序的flash比如nor flash才可以工作,但是有些板子根本連nor flash都沒有,那么只能通過第二種方式進行開發了。

第二種方式是把整個程序都復制到內存(sdram),這種方式所有數據都是緊挨着的,以后我們都使用這種方式。
現在思考一個問題,關於第二種方式,我們的bin文件是由連接腳本指定了運行地址為sdram(0x30000000)的,但是這個bin文件我們燒寫在nor flash,是從0地址開始運行的,那么在nor flash上的代碼就需要把整個bin文件拷貝到sdram中去,這就是重定位,但這就要求我們必須做到,在重定位之前的代碼必須是位置無關碼。(連接腳本指定我們程序的運行地址為0x30000000,為什么我們的在nor flash上的代碼從0地址開始運行也能工作?這就是建立在我們這部分代碼必須是位置無關碼的基礎上的,0地址處運行和0x30000000處運行達到同樣效果,需要我們保證,在重定位之前,也就是復制操作沒有完成之前的代碼,必須是位置無關的)。
現在修改我們之前的連接腳本和啟動文件:
SECTIONS { . = 0x30000000; . = ALIGN(4); .text : { *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) *(.COMMON) } _end = .; }
上面是連接腳本,我想此時應該都不需要備注了吧,基本語法。表示0x30000000處是我們的運行地址。
更改啟動文件:
/* 重定位text, rodata, data段整個程序 */ mov r1, #0 ldr r2, =_start /* 第1條指令運行時的地址 */ ldr r3, =__bss_start /* bss段的起始地址 */
其中標號_start為啟動文件的最開始處的標號,完整啟動文件如下:
1 .text 2 .global _start 3 4 _start: 5 6 /* 關閉看門狗 */ 7 ldr r0, =0x53000000 8 ldr r1, =0 9 str r1, [r0] 10 11 /* 設置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */ 12 /* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */ 13 ldr r0, =0x4C000000 14 ldr r1, =0xFFFFFFFF 15 str r1, [r0] 16 17 /* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */ 18 ldr r0, =0x4C000014 19 ldr r1, =0x5 20 str r1, [r0] 21 22 /* 設置CPU工作於異步模式 */ 23 mrc p15,0,r0,c1,c0,0 24 orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA 25 mcr p15,0,r0,c1,c0,0 26 27 /* 設置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 28 * m = MDIV+8 = 92+8=100 29 * p = PDIV+2 = 1+2 = 3 30 * s = SDIV = 1 31 * FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M 32 */ 33 ldr r0, =0x4C000004 34 ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 35 str r1, [r0] 36 37 /* 一旦設置PLL, 就會鎖定lock time直到PLL輸出穩定 38 * 然后CPU工作於新的頻率FCLK 39 */ 40 41 42 43 /* 設置內存: sp 棧 */ 44 /* 分辨是nor/nand啟動 45 * 寫0到0地址, 再讀出來 46 * 如果得到0, 表示0地址上的內容被修改了, 它對應ram, 這就是nand啟動 47 * 否則就是nor啟動 48 */ 49 mov r1, #0 50 ldr r0, [r1] /* 讀出原來的值備份 */ 51 str r1, [r1] /* 0->[0] */ 52 ldr r2, [r1] /* r2=[0] */ 53 cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND啟動 */ 54 ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假設是nor啟動 */ 55 moveq sp, #4096 /* nand啟動 */ 56 streq r0, [r1] /* 恢復原來的值 */ 57 58 bl sdram_init 59 60 # /* 重定位data段 */ 61 # ldr r1, =data_load_add /* data段在bin文件中的地址, 加載地址 */ 62 # ldr r2, =data_start /* data段在重定位地址, 運行時的地址 */ 63 # ldr r3, =data_end /* data段結束地址 */ 64 /* 重定位text, rodata, data段整個程序 */ 65 mov r1, #0 66 ldr r2, =_start /* 第1條指令運行時的地址 */ 67 ldr r3, =__bss_start /* bss段的起始地址 */ 68 cpy: 69 ldr r4, [r1] 70 str r4, [r2] 71 add r1, r1, #4 72 add r2, r2, #4 73 cmp r2, r3 74 bcc cpy 75 76 77 /* 清除BSS段 */ 78 ldr r1, =__bss_start 79 ldr r2, =_end 80 mov r3, #0 81 clean: 82 str r3, [r1] 83 add r1, r1, #4 84 cmp r1, r2 85 bcc clean 86 87 bl main 88 89 halt: 90 b halt 91
此時串口輸出:

請留意現在的打印字符的速度。
之前我們說了,我們的代碼全部重定位到sdram,需要我們在重定位之前的代碼是位置無關的!而我們的啟動文件最后跳轉到main函數使用的是bl指令,bl指令時位置無關的,在調用main之前,我們已經完成了所有代碼的重定位,此時程序已經運行在sdram上,但我們使用bl指令調用main函數,所以,此時我們的main函數,其實還是運行在nor flash中的,此時的運行速度,肯定不及sdram快,所以我們再次更改啟動文件,
bl main替換成
ldr pc,=main
ldr指令給pc賦值為絕對地址,此時main函數的地址是sdram上的一個地址。
再次編譯,查看打印速度。可以發現,現在的打印速度明顯快於之前,這個時候,我們的代碼才是運行在sdram中的。
現在,我們更改sdram初始化函數為:
void sdram_init2(void) { unsigned int arr[] = { 0x22000000, //BWSCON 0x00000700, //BANKCON0 0x00000700, //BANKCON1 0x00000700, //BANKCON2 0x00000700, //BANKCON3 0x00000700, //BANKCON4 0x00000700, //BANKCON5 0x18001, //BANKCON6 0x18001, //BANKCON7 0x8404f5, //REFRESH,HCLK=12MHz:0x008e07a3,HCLK=100MHz:0x008e04f4 0xb1, //BANKSIZE 0x20, //MRSRB6 0x20, //MRSRB7 }; volatile unsigned int * p = (volatile unsigned int *)0x48000000; int i; for (i = 0; i < 13; i++) { *p = arr[i]; p++; } }
定義一個初始化的數組,此時,我們編譯運行,發現程序沒有打印信息輸出了,這是為什么呢?
查看反匯編:
300004e8 <sdram_init2>: 300004e8: e1a0c00d mov ip, sp 300004ec: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} 300004f0: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4 300004f4: e24dd03c sub sp, sp, #60 ; 0x3c 300004f8: e59f3088 ldr r3, [pc, #136] ; 30000588 <.text+0x588> 300004fc: e24be040 sub lr, fp, #64 ; 0x40 30000500: e1a0c003 mov ip, r3 30000504: e8bc000f ldmia ip!, {r0, r1, r2, r3} 30000508: e8ae000f stmia lr!, {r0, r1, r2, r3} 3000050c: e8bc000f ldmia ip!, {r0, r1, r2, r3} 30000510: e8ae000f stmia lr!, {r0, r1, r2, r3} 30000514: e8bc000f ldmia ip!, {r0, r1, r2, r3} 30000518: e8ae000f stmia lr!, {r0, r1, r2, r3} 3000051c: e59c3000 ldr r3, [ip] 30000520: e58e3000 str r3, [lr] 30000524: e3a03312 mov r3, #1207959552 ; 0x48000000 30000528: e50b3044 str r3, [fp, #-68] 3000052c: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0 30000530: e50b3048 str r3, [fp, #-72] 30000534: e51b3048 ldr r3, [fp, #-72] 30000538: e353000c cmp r3, #12 ; 0xc 3000053c: ca00000f bgt 30000580 <sdram_init2+0x98> 30000540: e51b1044 ldr r1, [fp, #-68] 30000544: e51b3048 ldr r3, [fp, #-72] 30000548: e3e02033 mvn r2, #51 ; 0x33 3000054c: e1a03103 mov r3, r3, lsl #2 30000550: e24b000c sub r0, fp, #12 ; 0xc 30000554: e0833000 add r3, r3, r0 30000558: e0833002 add r3, r3, r2 3000055c: e5933000 ldr r3, [r3] 30000560: e5813000 str r3, [r1] 30000564: e51b3044 ldr r3, [fp, #-68] 30000568: e2833004 add r3, r3, #4 ; 0x4 3000056c: e50b3044 str r3, [fp, #-68] 30000570: e51b3048 ldr r3, [fp, #-72] 30000574: e2833001 add r3, r3, #1 ; 0x1 30000578: e50b3048 str r3, [fp, #-72] 3000057c: eaffffec b 30000534 <sdram_init2+0x4c> 30000580: e24bd00c sub sp, fp, #12 ; 0xc 30000584: e89da800 ldmia sp, {fp, sp, pc} 30000588: 300007b0 strcch r0, [r0], -r0
紅色部分出,可以看出,sdram初始化函數的時候,此時在300007b0處要保存這個地址的值給r0-r3這個四個寄存器了,注意,此時我們的sdram還沒有初始化完畢呢!這樣肯定出問題,現在我們看看在300007b0處到底存放的是什么:

可以看到,在7b0處的值和數組初始化的值一一對應,而且,這是位於rodata段的,這rodata段的數據需要絕對地址訪問,那么,我們的這個sdram初始化函數就不是位置無關的,所以,這樣的代碼不能正常運行。
Summary:
我們以后采取把bin文件全部重定位到sdram的方式,而且,在重定位完成之前,采用位置無關的代碼編寫程序(這是針對bin文件存儲在nor flash上的情況)。有初始值的數組,數組的初始值放在rodata段里面,所以不是位置無關的,rodata段的數據地址已經固定,必須通過絕對地址訪問。本來局部變量是存放在棧上的,但是初始值可就不是了,不要以為數組本身是個局部變量,那么數組的初始值也是直接存放在棧上的,存放在棧上的,僅僅是數組名(地址)和開辟對應的空間,具體的局部變量初始值,存放於rodata段,(這個時候編譯器會在rodata段去值來初始化局部變量,這個過程會有訪問rodata段的操作,不是位置無關的)注意了喲。這個你可能覺得奇怪,那么回到我之前隨筆的那個問題:

之前我在main函數中,也是局部變量,定義了上面的變量,此時的字符串“char *q”存放於哪里?當然是存放於rodata段里面,這個例子對於深入學習了C語言的人應該很熟悉,因為我們知道這樣初始化了的指針,是不能改變它的值得,只是那個時候我們僅僅是知道,而現在,我們卻正在一步步驗證我們學習得C語言基礎。同樣的道理,我們也知道,通常來說,返回一個指針的局部變量會由於內存釋放出現問題,但是要是返回上面那個字符串的地址,哪怕是局部變量,也不會出問題,因為它存放在rodata段,地址是絕對地址,固定了的。或許你會問,既然初始化了的局部變量的初始值是存放在rodata段中的,那為什么局部變量 char *q="char *q"可以作為return返回,而char q[]="char *q"就不可以呢?
因為字符串很特別啊,你直接書寫一個字符串,這個字符串所參與的操作其實是在操作這個字符串的地址,而這個地址,是rodata段的,屬於固定地址,所以我們返回局部指針q,也可以達到目的,因為q的值已經是這個字符串的地址了,而且是一個不變的地址,而局部字符數組char q[];就不同了,q本身是存放在棧里面的,由於是字符數組,是一個蘿卜一個坑一一對應於數組的,第一個字符放在數組第一個位置,此時的數組q,是存放在棧中的,棧給予它地址,作為局部變量返回,必然不再安全。而一個例子雖然它也是棧上分配的,可是字符串的地址賦值給了它,返回一個固定不變的地址,就不會有問題。
eg:


可以看到最后兩個的地址次才是相同的,字符數組,后面的初始值雖然也是位於rodata,但是字符數組的特殊性,相當於
p[0]='1';p[1]='2';p[2]='3';p[4]='\0';是從rodata處取得值復制到棧地址上,所以這樣的局部字符數組不能作為返回值,而指針就不同了,直接是rodata的地址。
只要是有初始值的數組,都不是位置無關的,但是基礎局部變量比如 int a=1;這個初始值不是存放在rodata上的。數組有初始值,需要經過一步訪問rodata段地操作,rodata是絕對地址,故不是位置無關的。
