详解汇编语言B和LDR指令与相对跳转和绝对跳转的关系

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我们清楚了上面几个概念，就知道了为什么要有相对跳转和绝对跳转。各种指令相互配合才能使得cpu有更高的处理效率。正是因为有了顺序和跳转指令，我们的cpu才可以处理各种复杂的计算。

在程序中只有相对跳转/绝对跳转是否可以?

答案肯定是不可以的。我们以一个例子具体分析。指令编号 | 指令功能-------- | -----| -----指令1 | 顺序执行指令2 | 顺序执行指令3 |相对跳转到指令5指令4 | 顺序执行指令5 | 顺序执行指令6 | 绝对跳转到指令8指令7 | 顺序执行指令8 | 顺序执行

假设程序被放在0x00000000位置开始执行，编译链接后的结果为：

• 指令地址 | 指令编号 | 指令功能 | 下条指令地址-------- | -----| -----| -----| -----0x00000000 | 顺序执行| 顺序执行| 当前地址+40x00000004 | 顺序执行| 顺序执行| 当前地址+40x00000008 |跳转到指令5|跳转到指令5|当前地址+80x0000000C | 顺序执行 | 顺序执行 | 当前地址+40x00000010 | 顺序执行 | 顺序执行 | 当前地址+40x00000014 | 跳转到指令8| 跳转到指令8| 0xC000001C0x00000018 | 顺序执行| 顺序执行|当前地址+40x0000001C | 顺序执行 | 顺序执行 | 当前地址+4

 

当这段程序被放在0xC000000空间时，开始执行指令1，然后采用相对寻址的方法就可以运行到指令6，在指令6执行时也可以使用绝对寻址的方法从0xC0000014正确跳转到指令8所在的0xC00001C位置，这段代码运行正常。

当这段代码被放在0x00000000空间时，开始执行指令1，然后采用相对寻址的方法就可以运行到指令6，但在指令6执行时使用绝对寻址的方法从0x0000014跳转到了0xC000001C，但0xC000001C空间没有代码，这样程序就跑飞了。

因此，当编译地址(加载地址)和运行地址相同时，绝对跳转和相对跳转都可以正确执行。比如，程序在NORFLASH存储时。但是，当编译地址(加载地址)和运行地址不相同时，相对跳转都就会出现问题。比如，代码存储在NANDFLASH，由于NANDFLASH并不能运行代码，所以需要重定位代码到内部的SRAM。关于NANDFLASH和NORFLASH可以看这篇文章S3C2440从NAND Flash启动和NOR FLASH启动的问题。

B(BL)和LDR指令具体怎么执行的?

我们以下图中的这句跳转代码分析下指令具体的执行过程。

 

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 
    bl    cpu_init_crit 
#endif 

  上述代码对应的反汇编代码如下：

 

33f000ac:    eb000017     bl    33f00110  
 
33f00110 : 
33f00110:    e3a00000     mov    r0, #0    ; 0x0 
33f00114:    ee070f17     mcr    15, 0, r0, cr7, cr7, {0} 

当指令执行到33f000ac时，对应的机器码为eb000017(1110 1011 0000 0000 0000 0000 0001 0111‬)，其中[31,28]高四位为条件码，1110表示无条件执行。[25,27]位保留区域,24位表示是否带有返回值，1表示带有返回值，也就是BL指令。[23,0]为指令的操作数，0000 0000 0000 0000 0001 0111。按照如下计算方式：

• 将指令中24位带符号的补码立即数扩展为32位(扩展其符号位)原数变成 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0111。
• 将此数左移两位0000 0000 0000 0000 0000 0010 1000 0000 变成 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 1100 = 0x0000005c
• 将得到的值加到PC寄存器中得到目标地址，由于ARM为3级流水线，此时的 pc = 33f000ac+8 = 33F000B4，pc = 33F000B4 + 0x0000005c = 33F00110‬与图中的cpu_init_crit的地址相等。

在算的过程中我们使用的始终是PC的值，假设程序在 0 地址处执行，那么计算方法一样，pc 的值变了计算出来的结果也随之改变。所以 BL 的跳转时与位置无关的。

下图为B(BL)指令的格式

28~31bts(cond)是条件码，就是表明这条语句里是否有大于、等于、非零等的条件判断，这4bts共有16种状态，分别为：

下图为LDR指令的格式

  我们以下图中的第一句话作为例子分析下

ldr pc,=call_board_init_f 

对应的反汇编代码如下：

 

33f000d0:    e59ff324     ldr    pc, [pc, #804]    ; 33f003fc  
 
33f003fc:    33f000d4     .word    0x33f000d4 
........ 
33f000d4 : 
33f000d4:    e3a00000     mov    r0, #0    ; 0x0 

ldr pc, [pc, #804]这条指令为伪指令，编译的时候会将call_board_init_f的链接地址存入一个固定的地址(链接时确定的)，对于本条指令这个地址就是33f000d4 。上面的反汇编出来的 ldr pc,=call_board_init_f就变成了ldr pc, [pc, #804]，由于ARM使用了流水线的原因，所以在执行 ldr pc. [ pc, #4 ]的时候 pc 不在这句代码这里了，而是跑到了 pc+8的地方，这句代码相当于 pc = *(pc+804+8)=33f000d0+32C=33f003fc ，所以会跳转到33f003fc 地址取33f000d4 ，而33f000d4 是存在代码段中的一个常量，并不是计算出来的，不会随程序的位置而改变，所以无论代码和pc怎么变 *(pc+804) 的值时不会变的。

这样，绝对跳转中的固定地址就很好理解了，要跳转地址的值在链接时就已经确定了，存在了一块内存中。而相对跳转时，反汇编bl 33f00110中的33f00110是根据pc计算出来的，当pc改变时，结果也会改变，所以，称为相对跳转，与当前位置无关。

B(BL)和LDR跳转范围是如何规定的?

下图为B(BL)指令的格式

BL指令的[23,0]bits存放的是要跳转的相对地址，由于指令所在地址必须是4字节对齐的，因此跳转的地址最低bits必然是0，因此BL指令[23,0]bits保存的是省略这最低2bts的地址，如果补全了这2bits,BL指令就可以表示26bits的跳转地址。在这26bits中需要使用1bit表示向前跳还是向后跳，那么剩下的25bits就可以表示32 MBts的范围了，225=32M因此，B(BL)指令的跳转范围为-32MBytes~+32MBytes。

下图为LDR指令的格式

图中的LDR的跳转范围计算方式和B指令的类似，其中Rn和Address_mode共同构成第二个操作数的内存地址，由Address_mode的9种格式可以直到，Address_mode表示的就是偏移地址的范围大小，为212=4K。(不理解的可以对比下ldr pc, [pc, #804]和Address_mode的九种格式，很明显可以看出Address_mode就是当前地址的偏移范围)