ldr和adr在使用标号表达式作为操作数的区别

本文详细解析了ARM汇编中的ldr指令及ldr、adr伪指令的区别与应用场景,包括它们如何处理标号表达式,以及这些指令在不同运行环境下的行为表现。

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http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b5210840100c80i.html

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ARM汇编有ldr指令以及ldradr伪指令,他门都可以将标号表达式作为操作数,下面通过分析一段代码以及对应的反汇编结果来说明它们的区别。

        ldr     r0, _start
        adr     r0, _start
        ldr     r0, =_start
_start:
        b  _start
       
编译的时候设置 RO 0x30000000(好像有问题),下面是反汇编的结果:

   0x00000000: e59f0004  ldr r0, [pc, #4] ; 0xc
   0x00000004: e28f0000  add r0, pc, #0 ; 0x0
   0x00000008: e59f0000  ldr r0, [pc, #0] ; 0x10
   0x0000000c: eafffffe  b 0xc
   0x00000010: 3000000c  andcc r0, r0, ip ;
注这条指令是不在上面指令中的任何一条

1ldr     r0, _start  :读取指定地址中的值
   ldr
在此是一条指令,把内存地址 _start 位置中的值读入r0。(_start为指针之意,读取指针的值)
在这里_start是一个标号(是一个相对程序的表达式),汇编程序计算相对于 PC 的偏移量,并生成相对于 PC的前索引指令:ldr r0, [pc, #4]。执行指令后,r0 = 0xeafffffe
   
可以在和_start标号的相对位置不变的情况下移动( 也就是说整段代码从flash中拷贝到ram中依然可以正常运行)。

2adr     r0, _start  :将指定地址赋到r0
   
ADR是小范围的地址读取伪指令.ADR 指令将基于PC 相对偏移的地址值读取到寄存器中.在汇编编译源程序时,ADR 伪指令被编译器替换成一条合适的指令.通常,编译器用一条
ADD
指令或SUB 指令来实现该ADR 伪指令的功能,若不能用一条指令实现,则产生错误,
编译失败.

   
r0的值为((标号_start 的地址与此指令的距离差)+(此指令的地址))。在此例中被汇编成:add r0, pc, #0。该代码可以在和标号相对位置不变的情况下移动(也就是说整段代码从flash中拷贝到ram中依然可以正常运行);
   
假如这段代码在 0x30000000 运行,那么 adr r0, _start 得到 r0 = 0x3000000c;如果在地址 0 运行,就是 0x0000000c 了。
   
通过这一点可以判断程序在什么地方运行。U-boot中那段relocate代码就是通过adr实现判断当前程序是在RAM中还是flash中。

  3ldr     r0, =_start  :将指定标号的值赋给r0
   ldr
在此是一条伪指令,_start(即:label-expr)是一个相对程序的或外部的表达式。汇编程序将相对程序的标号表达式 label-expr 的值放在一个文字池中,并生成一个相对程序的 LDR 指令来从文字池中装载该值,在此例中生成的指令为:ldr r0, [pc, #0],对应文字池中的地址以及值为:0x00000010: 3000000c。如果 label-expr 是一个外部表达式,或者未包含于当前段内,则汇编程序在目标文件中放置一个链接程序重定位命令。链接程序在链接时生成地址。

   
因此取得的是标号 _start 的绝对地址,这个绝对地址(运行地址)是在连接的时候确定的。它要占用 2 32bit 的空间,一条是指令,另一条是文字池中存放_start 的绝对地址。因此可以看出,不管这段代码将来在什么地方运行,它的结果都是 r0 = 0x3000000c。由于ldr r0, =_start取得的是_start的绝对地址,这句代码可以在_start标号的绝对位置不变的情况下移动;如果使用寄存器pc在程序中可以实现绝对转移。(1.绝对地址;2.标号对应的值)

举例:

GPFCON      EQU  0x56000050

ldr   r0,=GPFCON

GPFCON      :标号

0x56000050      :标号的值

 

http://blog.chinaunix.net/u2/72383/showart_1071068.html

ldr的确是个复杂的指令,现总结一下:
   
首先要判断我们用的是ldr arm指令还是伪指令。 当我们用的是arm指令时,它的作用不是向寄存器里加载立即数,而是将某个地址里的内容加载到寄存器。而伪指令ldr的作用就是向寄存器里加载立即数。
   
1 ldr伪指令
    ldr
伪指令的格式是 ldr Rn, =expr
   
其中,expr是要加载到Rn中的内容,一般可以是立即数或者label
   
如果expr可以用8bit数据向右移偶数位得到,那么这条伪指令就被编译器翻译成mov指令。具体的移位情况可以去查阅资料。反之如果立即数很大,超过了12bit的表示范畴,那么就不能用一条mov指令了,毕竟arm指令最大只有32bit的空间可用(RISCarm所有的指令长度是一致的,效率较高,当然我们并不关心16bitthumb指令)。如果不能用一条32bit的指令乘下来,那么就只能另辟蹊径了,新开一段缓冲,将立即数expr放到里面,然后将其地址(暂时标记为addr)拿来使用:
    ldr Rn, addr
    xxx (xxx
就是expr)
    xxx

   
由于编译器一般来说新安排的存储这个立即数expr的缓冲的位置是在相应代码的附近(这个应该可以控制,好像是使用.ltorg伪指令)。我们从addr地址加载数据到Rn不就可以了。

   
2ldr arm 指令
   
就是将一个地址的内容加载到寄存器。不能用mov,因为arm里的mov只是在寄存器之间传输数据,不支持在寄出器和memory之间传递数据。因此就出现了ldr/str指令。如ldr Rn, addr,注意这里的addr的值也是有限制的。这个label应该距离当前指令的距离不超过4k。因为我们知道label在具体使用的时候应该是被翻译成了相对偏移,如果这个label长度不超过12bit,那么就不应超过4k,我们可以这样做:
ldr pc, _start_armboot
_start_armboot: .word arm_startboot
这样label _start_armboot就在指令下方,因此肯定是合法的。

 

AREA Program1, CODE, READONLY ENTRY CODE32 ;声明其后的代码是32位的ARM指令 ARM_CODE ADR R0, THUMB_CODE+1 伪指令,会被真实的指令所替代 把表达式THUMB_CODE+1的值传送到寄存器R0中 BX R0 跳转指令并进行工作状态转换(从ARM工作状态转换到Thumb工作状态) 不再跳回来的简单跳转,没有返回地址 从ARM工作状态转换到Thumb工作状态要求 BX指令的操作数R0的第0位的值是1 R0的内容是 THUMB_CODE+1(奇数), R0的第0位变成0后即跳转的目标地址(THUMB_CODE) 其中THUMB_CODE(标号)是Thumb指令MOV R0, #10的地址,是偶数 CODE16 ;声明其后的代码是16位的thumb指令 THUMB_CODE MOV R0, #10 MOV R1, #20 ADD R0, R1 ; thumb指令, 把R0 <= R0+R1 ; ARM指令,ADD R0, R0,R1 B . END B . 是单条指令构建的无限循环 等同于: halt B halt REA Program2, CODE, READONLY ENTRY CODE32 START LDR R0 ,= 0x12345678 ;该伪指令访问存储器 ; 合法的立即数前有#,LDR伪指令加载的数据没有# 把0x12345678加载到寄存器R0中 0x12345678不是合法的立即数,不能直接出现在指令码中, 而是存放在存储器中(文字池) LDR R1 ,= 0x30100000 ;0x30100000是地址 LDR R2 ,= 0x87654321 STR R2, [R1] ;把R2中的内容存放到地址为0x30100000(R1的内容) LDR R3, [R1] ;真实指令,读存储器地址为0x30100000(R1的内容)的存储单元 ; R3的内容是 0x87654321 AND R3, R3, #0x000000FF ;把8~31位(高3个字节)清零,截取R3的最低字节0~7位 ;此时,R3的内容是0x00000021 ADD R0, R0, R3, LSL #2 ;R0+0x21*4,R3不变 ; R0 <= 0x12345678 + 0x84 ; R0 <= 0x123456FC STR R0, [R1] B . END AREA ExampleProgram, CODE, READONLY ENTRY MAIN MOV R1, #0x10 MOV R2, #0x20 MOV R3, #0x30 LDR SP, =StackUser+29*4 ; 设置好堆栈指针 BL SUB1 ; 调用子程序SUB1,把返回地址(B . 这条指令的地址) ; 存放到LR中 B . SUB1 STMFD SP!, {R0-R7,LR} ;满递减堆栈 ;保存寄存器的顺序:LR,R7,...,R0 MOV R3, R1 ; 0x10,0x10 MOV R1, R2 ; 0x20,0x20 MOV R2, R3 ; 0x10,0x10 ;R1R2的内容交换,R3是中间暂存 BL DELAY ; 调用子程序DELAY,把返回地址 ; (LDMFD SP!, {R0-R7,PC} 的地址)保存在LR中 LDMFD SP!, {R0-R7,PC} ; 恢复寄存器的顺序是R0,...,R7,LR=>PC ; LR=>PC引起处理器跳转到B .指令处执行 ;SUB1子程序结束 DELAY MOV R3, #100 ;控制循环次数的循环变量 DELAY_L1 SUBS R3, R3, #1 ;S的作用是设置CPSR的Z位 ; 减的结果为0,则设置CPSR[Z]=1 BNE DELAY_L1 ;循环体执行100次 ;减的结果不等于0则循环继续,否则退出循环 MOV PC, LR ;跳转到BL DELAY的下一条指令 AREA MyStacks, DATA, READWRITE StackUser SPACE 30*4 ; SPACE伪指令,分配120个字节的存储单元,初始化为0,首地址为StackUser END NumCount EQU 0x30003000 ;定义地址常量NumCount,地址0x30003000属于哪个BANK? AREA ExampleProgram, CODE, READONLY ENTRY MAIN LDR R0, =NumCount ;把地址0x30003000加载到R0中 ;R0是一个字的地址 MOV R1, #0x000000AB STR R1, [R0] ;把R1的内容保存到地址为0x30003000 ;的字存储单元(4个字节) LDR R2, [R0] ;R2的内容是0x000000AB ADD R2, R2, #1 ;R2的内容是0x000000AC STR R2, [R0] ;把R2的内容保存到地址为0x30003000 HALT B HALT ;单条指令的空操作无限循环 END 实验四 汇编语言程序设计 实验习题(写在实验报告上) 程序1(exp4-p1.s): 1. 指令BX R0的功能是什么? 答:调用地址为THUMB_CODE的Thumb子程序。 2. 指令BX R0的操作数的内容是什么?R0的第0位的值是什么? 该值有何特殊意义? 答:R0 中包含了所调用子程序的入口地址(R0-1) R0[0]是处理器工作状态切换标志: 1:从ARM工作状态切换到Thumb工作状态 0:从Thumb工作状态切换到ARM工作状态 3. 指令BX指令B的相同点区别分别是什么? 程序2(exp4-p2.s): 1. 指令ADD R0, R0, R3, LSL #2执行前后寄存器R0R3的值分别是什么? 答:执行前R0内容是0x12345678,执行后R0内容是0x123456FC; 寄存器R3在本条指令执行前后内容不变,是0x00000021 2. 程序执行到END的时候,寄存器R0、R1、R2R3的值是什么? 3. 程序执行到END的时候, 地址为0x30100000的内存单元的值是什么?(指字节)0xFC 地址为0x30100001的内存单元的值是什么? 0x56 地址为0x30100002的内存单元的值是什么? 0x34 地址为0x30100003的内存单元的值是什么? 0x12 按小端存放方式 程序3(exp4-p3.s): 1. 在程序执行BL SUB1之前,R1、R2、R3中寄存的值分别是什么(填写十六进制数据)? 2. 在程序执行完BL SUB1之后,R1、R2、R3中寄存的值分别是什么(填写十六进制数据)? 3. 在执行子程序SUB1时,在执行BL DELAY指令之前,执行MOV R2, R3指令之后,R1、R2、R3中寄存的值是什么(填写十六进制数据)? 4. 写出本程序中的循环结构的代码,该循环结构的循环体执行了多少次? 5. 如果把标号DELAY_L1处的指令SUBS R3, R3, #1改成SUB R3, R3, #1,程序的功能会发生怎样的变化?发生这种变化的原因是什么? S 设置CPSR 的条件码标志位 NZCV,Z=0时,条件NE成立 6. BL指令B指令有何异同? 程序4(exp4-p4.s): 1. 程序运行到B HALT指令时,R0中寄存的数据是什么(填写十六进制数据)? 2. 在S3C2410A中,NumCount所指向的存储单元位于( )中。 A. bank5 B. bank6 C. bank7 D. 特殊功能寄存器 3. 把NumCount加载到寄存器R0,能不能用MOV R1, NumCount实现?如果不能请说明原因。 4. 刚执行完(1)处的指令STR R1, [R0]后,地址0x30003000处的字节内容是 。执行完(2)处的指令STR R1, [R0]后,地址0x30003000处的字节内容是 。 5. 已知标号MAIN的值是0x00008000,则(1)处的指令STR R1, [R0]的地址是什么? 6. 指令HALT B HALT的功能是什么? 根据以上内容写个实验小结
06-08
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