uboot代码重定位：解决调用与地址无关问题的测试

原创已于 2023-10-08 23:15:37 修改 · 778 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#linux #arm开发

于 2023-10-08 01:17:44 首次发布

系统移植篇同时被 2 个专栏收录

94 篇文章

订阅专栏

uboot

49 篇文章

订阅专栏

文章详细解释了U-Boot启动过程中重定位的问题，包括如何处理函数调用和全局变量地址在重定位后的变化，以及通过位置无关码和ld链接选项pie确保正确执行。

一. uboot启动流程

_main 函数中会调用 relocate_code 函数。

relocate_code 函数分两个部分：

1. 拷贝 uboot 代码部分

2. 有关 " 重定位后有关函数调用或全局变量地址的问题"的解决方法。

本文继上一篇文章的学习，地址如下：

uboot启动流程-uboot代码重定位说明一_凌肖战的博客-优快云博客

这里学习 uboot 重定位的第二部分内容：重定位后有关函数调用或全局变量地址的问题。

二. uboot代码重定位

1. 重定位后函数调用或全局变量使用问题

具体问题描述：

重定位 就是 uboot 将自身拷贝到 DRAM 的另一个地放去继续运行(DRAM 的高地址处)。

我们知道，一个可执行的 bin 文件，其链接地址和运行地址要相等，也就是链接到哪个地址，在运行之前，就要拷贝到哪个地址去。现在我们重定位以后，运行地址就和链接地址不同了，这样寻址的时候不会出问题吗？

当简单粗暴的将uboot从0X87800000 拷贝到其他地方以后，关于函数调用、全局变量引用就会出问题。Uboot对于这个的处理方法就是采用位置无关码，这个就需要借助于 .rel.dyn段。

2. 代码测试

为了分析这个问题，在ubuntu下通过 vscode 打开uboot代码工程。所使用的 uboot源码包目录如下：

阿尔法Linux开发板（A盘-基础资料-2022 / 阿尔法Linux开发板（A盘）-基础资料 / 例程源码 / 开发板教程对应的uboot和linux源码/uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek.tar.bz2

使用 "ctrl+p"快捷键打开搜索栏，搜索 "mx6ull_alientek_nand.c" 文件，在 "mx6ull_alientek_nand.c" 文件中输入如下内容，最后在 board_init 函数里面调用 rel_test 函数：

int board_early_init_f(void)
{
	setup_iomux_uart();

	return 0;
}

static int rel_a  = 0;

void rel_test()
{
    rel_a = 100;
    printf("rel_test\r\n");
}

int board_init(void)
{
    rel_test();
  ......
}

编译uboot 源码

board_init 函数会调用 rel_test，rel_test 会调用全局变量 rel_a，使用如下命令编译对 uboot 进行编译：

 ./imx6ull_alientek_nand.sh

编译完成以后，使用 arm-linux-gnueabihf-objdump 将 u-boot 进行反汇编，得到 u-boot.dis 这个汇编文件，命令如下：

arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm u-boot > u-boot.dis

在 u-boot.dis 文件中找到 rel_a、rel_rest 和 board_init，相关内容如下所示：

87804088 <rel_test>:
87804088:	e59f300c 	ldr	r3, [pc, #12]	; 8780409c <rel_test+0x14>
8780408c:	e3a02064 	mov	r2, #100	; 0x64
87804090:	e59f0008 	ldr	r0, [pc, #8]	; 878040a0 <rel_test+0x18>
87804094:	e5832000 	str	r2, [r3]
87804098:	ea00faff 	b	87842c9c <printf>
8780409c:	8786b180 	strhi	fp, [r6, r0, lsl #3]
878040a0:	8784b1c3 	strhi	fp, [r4, r3, asr #3]

878040a4 <board_init>:
878040a4:	e92d4010 	push	{r4, lr}
878040a8:	ebfffff6 	bl	87804088 <rel_test>
......

8786b180 <rel_a>:
8786b180:	00000000 	andeq	r0, r0, r0

第 12 行，是 borad_init 调用 rel_test 函数，用到了 bl 指令，而 bl 指令时位置无关指令，bl 指令是相对寻址的(pc+offset)，因此 uboot 中函数调用是与绝对位置无关的。

再来看一下 rel_test 函数对于全局变量 rel_a 的调用，第 2 行设置 r3 的值为 pc+12 地址处的值，因为ARM流水线的原因，pc寄存器的值为：当前地址+8，因此pc=0X87804088+8=0X87804090，

r3=0X8780418C+12=0X8780409C。

第 7 行就是 0X8780409C 这个地址，0X8780409C 处的值为 0X8786B180。根据第 17 行可知，0X8786B180 正是变量 rel_a 的地址，最终 r3 = 0X8786B180 。

第 3 行，r2=100。

第 5 行，将 r2 内的值写到 r3 地址处，也就是设置地址 0X8786B180 的值为 100，这不就

是rel_test函数的第一行代码：rel_a = 100。

总结一下 rel_a=100 的汇编执行过程：

① 在函数 rel_test 末尾处有一个地址为0X8780409C 的内存空间，此内存空间保存着变量 rel_a 的地址。

② 函数 rel_test 要想访问变量 rel_a，首先访问末尾的 0X8780409C来获取变量 rel_a 的地址，而访问 0X8780409C 是通过偏移来访问的，很明显是个位置无关的操作。

③ 通过 0X8780409C 获取到变量 rel_a 的地址，对变量 rel_a 进行操作。

④ 可以看出，函数 rel_test 对变量 rel_a 的访问没有直接进行，而是使用了一个第三方偏