一、为什么需要位置无关码？

首先我们需要了解一下ARM板子的启动流程。

1． exynos 4412启动流程首先看一下 exynos 4412 memory map ：

可知：iROM基地址是0x00000000iRAM基地址是0x02020000

这两块内存都在 SOC中。

查看exynos 4412 Booting Sequence：

位于第五章。

上图是exynos4412上电复位时的启动流程，大致如下：

＜1＞执行内部只读存储器iROM中的一段代码（厂家固化在里面的），这段代码主要是初始化一些系统的基本配置，比如初步时钟配置、堆栈、启动模式（对应图中的标志①）。

＜2＞iROM中的代码根据阶段一获取的启动模式（OM＿STAT寄存器），从相应的存储介质中拷贝BL1镜像到内部静态随机存储器SRAM，BL1主要是完善系统时钟的初始化工作、内存控制器一些时序的配置。做完这些工作后把OS镜像拷贝到内存中（对应图中标志②③）。

＜3＞跳转到OS中执行。

SRAM只有256KB，而uboot镜像一般是超过这个大小的，也就是说它不能把完整的uboot镜像拷贝到SRAM中，因此，推测这里的拷贝方式应该还是：「BL1拷贝的仅仅是uboot的一部分」，这一部分除了能设置好基本的硬件运行环境外，「还能把其自身（uboot镜像）完整的拷贝到内存中」，然后uboot在内存中运行，完成OS镜像的拷贝和引导

一般情况下两者的地址并不相同，程序在DRAM中的地址重定位过程必须由程序员来完成。

这样就有了「位置无关代码」的概念，指代码不在连接时指定的运行地址空间，也可以执行，它一段加载到任意地址空间都能执行的特殊代码。

uboot搬移到DRAM中，然后跳转到DRAM继续运行uboot剩下的代码，那么在搬移之前的这段代码必须是位置无关，而且不能使用绝对寻址指令，否则寻址就会出错。

二、怎么实现位置无关码？

1． 什么是《编译地址》？什么是《运行地址》？

「编译地址：」

32位的处理器，它的每一条指令是4个字节，以4个字节存储顺序，进行顺序执行，CPU是顺序执行的，只要没发生什么跳转，它会顺序进行执行， 编译器会对每一条指令分配一个编译地址，这是编译器分配的，在编译过程中分配的地址，我们称之为编译地址。

「运行地址：」

是指程序指令真正运行的地址，是由用户指定的，用户将运行地址烧录到哪里，哪里就是运行的地址。比如有一个指令的编译地址是0x40008000，实际运行的地址是0x40008000，如果用户将指令烧到0x60000000上，那么这条指令的运行地址就是0x60000000。

当编译地址和运行地址不同的时候会出现什么结果？结果是不能跳转，编译后会产生跳转地址，如果实际地址和编译后产生的地址不相等，那么就不能跳转。

「C语言编译地址：」

都希望把编译地址和实际运行地址放在一起的，但是汇编代码因为不需要做C语言到汇编的转换，可以直接的去写地址，所以直接写的就是他的运行地址，这就是为什么任何bootloader刚开始会有一段汇编代码，因为起始代码编译地址和实际地址不相等，这段代码和汇编无关，跳转用的运行地址。

2． 举例

实现位置无关码主要考虑以下两个方面：

1． 位置无关的函数跳转
2． 位置无关的常量访问

下面我们通过两个例子详细讲解。

代码

编译代码使用的连接文件「map．lds」如下：

OUTPUT＿FORMAT（＂elf32－littlearm＂， ＂elf32－littlearm＂， ＂elf32－littlearm＂）
OUTPUT＿FORMAT（＂elf32－arm＂， ＂elf32－arm＂， ＂elf32－arm＂）
OUTPUT＿ARCH（arm）
ENTRY（＿start）
SECTIONS
｛
． ＝ 0x40008000；
． ＝ ALIGN（4）；
．text      ：
｛
 gcd．o（．text）
 ＊（．text）
｝
． ＝ ALIGN（4）；
   ．rodata ：
｛ ＊（．rodata） ｝
   ． ＝ ALIGN（4）；
   ．data ：
｛ ＊（．data） ｝
   ． ＝ ALIGN（4）；
   ．bss ：
    ｛ ＊（．bss） ｝
｝

如文件map．lds所示：「0x40008000」就是链接地址，

其他源文件如下：「gcd．s」

．text
．global ＿start
＿start：
 ldr  sp，＝0x70000000         get stack top pointer
 bl func
 ldr pc，＝func
 b  main
func：
mv pc，lr

「main．c」

＊ main．c
＊
＊  Created on： 2020－12－12
＊      Author： 一口Linux

int aaaa＝0；
int main（void）
｛
aaaa ＝ 0x11；
while（1）；
   return 0；
｝

「Makefile」

TARGET＝gcd
TARGETC＝main
all：
arm－none－linux－gnueabi－gcc －O1 －g －c －o ＄（TARGETC）．o  ＄（TARGETC）．c
arm－none－linux－gnueabi－gcc －O1 －g －c －o ＄（TARGET）．o ＄（TARGET）．s
arm－none－linux－gnueabi－gcc －O1 －g －S －o ＄（TARGETC）．s  ＄（TARGETC）．c
arm－none－linux－gnueabi－ld ＄（TARGETC）．o ＄（TARGET）．o －Tmap．lds  －o  ＄（TARGET）．elf
arm－none－linux－gnueabi－objcopy －O binary －S ＄（TARGET）．elf ＄（TARGET）．bin
arm－none－linux－gnueabi－objdump －D ＄（TARGET）．elf ＞ ＄（TARGET）．dis
clean：
rm －rf ＊．o ＊．elf ＊．dis ＊．bin
反汇编文件「gcd．dis」

如上图所示：

＿start对应的链接地址是0x400080009行 bl func对应的指令10行 ldr pc，＝pc对应的指令func的链接地址0x40008010全局变量aaaa对应的内存位于bss段0x4000802c19行 aaaa ＝ 0x11 赋值语句对应的机器码

如果我们将生成的bin文件拷贝到内存0x40008000位置运行必然没有问题，

bl func 和 ldr pc，＝func 都能跳转到func函数，
而19行代码，也能访问到全局变量aaaa。
如果我们将该程序拷贝到其他地址是否能正常运行呢？

假定我们拷贝到0地址运行，那么程序的执行地址需要从0开始重新编排，即＿start对应0地址，main对应0x18。

拷贝到0地址后内存布局：

拷贝到0地址运行后，＊＊内存中指令（机器码）＊＊的内容还和以前一样，pc的值会根据实际运行地址重新修正。

首先看bl func

对应的汇编代码是 第9行；该指令的机器码是0xeb000001，我们在《4． 从0开始学ARM－ARM指令，移位、数据处理、BL、机器码》讲过该机器码格式是从pc的位置向前偏移1条指令因为三级流水线，所以应该往下偏移3条指令，即func的位置，所以bl仍然可以正确找到func这个函数。

bl funcldr pc，＝func对应的汇编代码是 第10行；

我们可以看到是从pc值＋4位置取出对应的内存的值，pc值＋4是14，该位置对应15行，即将40008010写入到pc，

而我们的bin文件只有44个字节大小，所以此时内存40008010并没有我们编写的任何代码。所以ldr pc，＝func 无法跳转到func。

c访问全局变量aaaa

对应的汇编代码是 第19行；

c访问全局变量aaaa

我们可以看到是从pc值＋4位置取出对应的内存的值，pc值＋4是28，该位置对应22行，即将4000802c写入到r3，然后20行会将r2中值写入到0x4000802c这个地址，而此时该地址并不是全局变量aaaa，所以此指令是无法找到bss段的aaaa变量的内存。

三、总结

1． 位置无关码：

CPU取指时用相对地址取指令（比如pc ＋4），只要其相对地址没有变，都能够取指并运行。即该段代码无论放在内存的哪个地址，都能正确运行。究其原因，是因为代码里没有使用绝对地址，都是相对地址。

2． 位置相关码：

利用绝对地址取指并运行，这就需要你存放程序（链接过程中）需要按照连接脚本的要求那样执行（Makefile里面有 －Ttext xxx指定或连接脚本）。即它的地址与代码处于的位置相关，是绝对地址，如：mov PC ，＃0xff；ldr pc，＝0xffff等。

3． 位置无关码的应用：

1）． 程序在运行期间动态加载到内存；
2）． 程序在不同场合与不同程序组合后加载到内存（共享的动态链接库）；
3）． 在运行期间不同地址相互之间的映射（如bootloader）

4． 结论使用「mov pc ，xxx ；  ldr pc ，xxx」等就是位置相关码。这些使用绝对指令寻址。而使用「bl ，b ，adr，ldr」一般为位置无关码。在使用「b， bl」调用C语言中的函数里「不要使用全局变量」，因为C中全局变量的地址「也是根据链接地址生成」的。使用＝和不使用＝号是有很大区别的。「无＝号：取该标号处的值，位置无关有＝号：取该标号的地址，位置相关」

【考一考】考一考大家为什么uboot的异常向量表的reset异常，指令是b reset，而其他异常却是我们本文所说的位置相关码，ldr pc，XXXXXX？

arm对应的uboot异常向量表如下：

arch／arm／cpu／armv7／start．S