adr和ldr

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

这两个都是伪指令：adr是小范围的地址读取伪指令，ldr是大范围的读取地址伪指令。可实际上adr是将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对地址值读取的为指令，而ldr用于加载32为立即数或一个地址到指定的寄存器中。到这儿就会看到其中的区别了。如果在程序中想加载某个函数或者某个在联接时候指定的地址时请使用adr，例如在lds中需要重新定位的地址。当加载32为的立即数或外部地址时请用ldr。

我给大家先举个例子：

AREA test,CODE,READONLY

        ENTRY

ldr r0,_start

        adr r0,_start

        ldr r0,=_start

        nop

        

_start

        nop

        END

ARM汇编有ldr指令以及ldr、adr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 为 0x30000000，下面是反汇编的结果：

   0x00000000: e59f0004  ldr r0, [pc, #4] ; 0xc  pc为当前地址加8
   0x00000004: e28f0000  add r0, pc, #0 ; 0x0
   0x00000008: e59f0000  ldr r0, [pc, #0] ; 0x10
   0x0000000c: eafffffe  b 0xc
   0x00000010: 3000000c  andcc r0, r0, ip     (数据缓冲池）

1．ldr     r0, _start
    这是一条指令，从内存地址 _start 的位置把值读入。
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的前索引的指令：ldr r0, [pc, #4]。执行指令后，r0 = 0xeafffffe。
    ldr r0, _start是根据_start对当前PC的相对位置读取其所在地址的值，因此可以在和_start标号的相对位置不变的情况下移动。

2．adr     r0, _start
    这是一条伪指令，总是会被汇编程序汇编为一个指令。汇编程序尝试产生单个 ADD 或 SUB 指令来装载该地址。如果不能在一个指令中构造该地址，则生成一个错误，并且汇编失败。
    在这里是取得标号_start 的地址到 r0，因为地址是相对程序的，因此ADR产生依赖于位置的代码，在此例中被汇编成：add r0, pc, #0。因此该代码可以在和标号相对位置不变的情况下移动；
    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实现当前程序是在RAM中还是flash中，下面进行简要分析。

 

3．ldr     r0, =_start
    这是一条伪指令，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 个 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。

 

 

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（RISC的arm所有的指令长度是一致的，效率较高，当然我们并不关心16bit的thumb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。

    （2）ldr 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。

 用 LDR Rd, =const 加载

LDR Rd,=const 伪指令可在单个指令中构造任何 32 位数字常数。 使用此伪指令可生成超出 MOV 和 MVN 指令范围的常数。

LDR 伪指令可为特定的常数生成最高效的单个指令：

• 如果可以用单个 MOV 或 MVN 指令构造该常数，则汇编器会生成适当的指令。

• 如果不能用单个 MOV 或 MVN 指令构造该常数，则汇编器会执行下列操作：

  • 将该值放入文字池（在代码中嵌入的一部分内存，用于存放常数值）中。

  • 生成一个使用程序相对地址的 LDR 指令，用于从文字池中读取该常数。

  例如：

      LDR      rn, [pc, #offset to literal pool]
                            ; load register n with one word
                            ; from the address [pc + offset]
  

  必须确保文字池位于汇编器所生成的 LDR 指令的范围内。 有关详细信息，请参阅放置文字池。

有关 LDR 伪指令语法的描述，请参阅LDR 伪指令。

放置文字池

汇编器将文字池放在每节的末尾。 这些节的末尾是由下一节开始处的 AREA 指令定义的，或者是由汇编代码末尾的 END 指令定义的。位于所包含的文件末尾的 END 指令并不表示一节的结束。

在较大的节中，缺省的文字池可能会超出一个或多个 LDR 指令的范围。 从 pc 到常数的偏移量必须符合下列条件：

• 在 ARM 或 Thumb-2 代码中小于 4KB，但可指向任何方向

• 在 Thumb-2 以前的 Thumb 代码中，或在 Thumb-2 代码中使用 16 位指令时，要小于 1KB 并指向前面。

当 LDR Rd,=const 伪指令要求将常数放入文字池时，汇编器会执行下列操作：

• 检查以前任何文字池中的常数是否可用以及是否可寻址。如果是，则会对现有常数进行寻址。

• 如果以前的文字池已经不可用，则会尝试将常数放入下一个文字池中。

如果下一个文字池超出范围（即超出了正负4kb)，汇编器会生成一条错误消息。 在这种情况下，必须使用 LTORG 指令在代码中放置一个附加的文字池。 LTORG 指令应放在失败的 LDR 伪指令之后，并位于范围 ±4KB（ARM，32 位 Thumb-2）或范围 0 到 +1KB（Thumb-2 以前的 Thumb、16 位 Thumb-2）内。 有关详细描述，请参阅LTORG。

文字池必须放在处理器不会试图将其当作指令来执行的位置上。 它们应放在无条件跳转指令的后面，或者放在子例程末尾处的返回指令的后面。

Example 2.4 显示了这一操作原理。在主示例目录 install_directory/RVDS/Examples 中以 loadcon.s 文件形式提供了该示例。有关如何汇编、链接和执行该示例的说明，请参阅代码示例。

作为注释列出的指令是汇编器生成的 ARM 指令。

Example 2.4. 

        AREA     Loadcon, CODE, READONLY
        ENTRY                              ; Mark first instruction to execute
start
        BL       func1                     ; Branch to first subroutine
        BL       func2                     ; Branch to second subroutine
stop
        MOV      r0, #0x18                 ; angel_SWIreason_ReportException
        LDR      r1, =0x20026              ; ADP_Stopped_ApplicationExit
        SVC      #0x123456                 ; ARM semihosting (formerly SWI)
func1
        LDR      r0, =42                   ; => MOV R0, #42
        LDR      r1, =0x55555555           ; => LDR R1, [PC, #offset to
                                           ; Literal Pool 1]
        LDR      r2, =0xFFFFFFFF           ; => MVN R2, #0
        BX       lr
        LTORG                              ; Literal Pool 1 contains
                                           ; literal Ox55555555
func2
        LDR      r3, =0x55555555           ; => LDR R3, [PC, #offset to
                                           ; Literal Pool 1]
        ; LDR r4, =0x66666666              ; If this is uncommented it
                                           ; fails, because Literal Pool 2
                                           ; is out of reach
        BX       lr
LargeTable
        SPACE    4200                      ; Starting at the current location,
                                           ; clears a 4200 byte area of memory
                                           ; to zero
        END                                ; Literal Pool 2 is empty