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分析了一下 align 的用法

萌宠菠菠乐园
2024-11-22 11:55

之前看bootloader的时候总是搞的不太懂，今天下定决心分析一下这个 align究竟是怎么回事。一下分多种情况

平台： WinXP + WinARM ，WinARM是window平台的 ARM-LINUX-GCC 的移植版本。

.align 就是用来对齐的，究竟怎么对齐，有啥情况？下面分析一下

（一）

_start:
    b reset
    .byte 0x55
    .byte 0xaa
reset:
    ldr r0, =0x53000000
    ...

这样的话编译器会报错

crt0.S: Assembler messages:

crt0.S:10: Error: misaligned branch destination

make: *** [leds.bin] Error 1

很明显，提示边界对齐出错，为什么这样的呢？我们分析一下。首先，ARM指令都是32位的，这里要求4字节（一个word）对齐，b reset 指令占了4个字节，接着我们用 .byte 指令定义2个常数，因为这里是 byte 类型，所以只占了八位，两个数据，一共占16位。由于连接器内部有一个程序地址计数指针，里面保存着当前的地址，这地址指针是连接器内部工作需要的，我们不需要理会，只需要了解有这么一个机制。假如_start从0x00，第一条指令占4个byte，然后连续分配2个byte，当前地址指针应该是 0x06，那么问题来了，下条指令，也就是标号 reset 处的ldr指令，是一条ARM指令，这要求是 4个字节对齐的，当前的地址为 0x06，并不能满足这个要求，所以编译器报错了。

解决办法很简单，我们只需要加一条 .align 指令，问题就解决了

_start:
    b reset
    .byte 0x55
    .byte 0xaa
    .align
reset:
    ldr r0, =0x53000000

编译结果是：

00000000 <_start>:
0: ea000000 b 8 <reset>
4: 0000aa55 andeq sl, r0, r5, asr sl

00000008 <reset>:
8: e3a00453 mov r0, #1392508928 ; 0x53000000

在两个 .byte 指令后自动补零，直到满足地址要求为止。这里就是将地址累加到 0x08符合ARM指令要求，所以在这里写入下条指令。这是基本内容，下面研究一下其他

（二）.align 5

这里只是一个例子，重点想说的是这个 .align 5 后面的 5 究竟是什么意思？ uboot里面就有这指令。我们继续做做试验，看看编译结果是什么

_start:
b reset

.align 5
.byte 0x55

.align 5
.byte 0xaa

.align
reset:
ldr r0, =0x53000000

编译结果：

00000000 <_start>:
0: ea00000f b 44 <reset>
...
20: 00000055 andeq r0, r0, r5, asr r0
...
40: 000000aa andeq r0, r0, sl, lsr #1

00000044 <reset>:
44: e3a00453 mov r0, #1392508928 ; 0x53000000

我们发现这编译结果有点意思，这地址分配一下子上去了，但是也不难，分析一下就OK，看那个 20 和 40 ，这里是十六进制，也就是 32 和 64了。那么很容易可以联想到，这里做的是幂运算，也就是 .align 5 对齐的地址为 2^5 = 32，之前的地址全部补零。

（三）.balignl 16,0xdeadbeef

_start:
b reset

.balignl 16,0xdeadbeef

reset:
ldr r0, =0x53000000

在看uboot的时候还有这么一个语句，查了半天as的手册才找到，囧，不过稍微做了一下实现，觉得又不是很难，我们看看结果：

00000000 <_start>:
   0: ea000002 b 10 <reset>
   4: deadbeef cdple 14, 10, cr11, cr13, cr15, {7}
   8: deadbeef cdple 14, 10, cr11, cr13, cr15, {7}
   c: deadbeef cdple 14, 10, cr11, cr13, cr15, {7}

00000010 <reset>:
10: e3a00453 mov r0, #1392508928 ; 0x53000000

可以看出，这指令就是将 deadbeef字符串填进去，一共填到地址为16对齐的地方为指，上面可以看到，这里填到 0x10 也就是 16了。