重新定位

Question

我注意到ARM 64位程序集的GNU asm relocation syntax。那些像#:abs_g0_nc:和:pg_hi21:这样的内容是什么？他们在哪里解释？他们是否有一种模式，或者他们是否在旅途中弥补？我在哪里可以了解更多信息？

Answer 1

简介

ELF64定义了两种类型的重定位条目，称为 REL 和 RELA ：

typedef struct
{
    Elf64_Addr r_offset;    /* Address of reference */
    Elf64_Xword r_info;     /* Symbol index and type of relocation */
} Elf64_Rel;

typedef struct
{
    Elf64_Addr r_offset;    /* Address of reference */
    Elf64_Xword r_info;     /* Symbol index and type of relocation */
    Elf64_Sxword r_addend;  /* Constant part of expression */
} Elf64_Rela;

每个重定位条目的范围是为加载器（静态或动态）提供四条信息：

要修补的指令的虚拟地址或偏移量。
这由r_offset提供。
访问过的符号的运行时地址。
这由r_info的较高部分给出。
名为addend的自定义值
该值最终作为表达式中的操作数，用于计算将被写入修补指令的值 RELA条目在r_addend中具有此值，REL条目从重定位站点提取它。
重定位类型 这决定了用于计算修补指令的值的表达式类型。它编码在r_info的下半部分。

重新定位

在重定位阶段，加载程序遍历所有重定位条目，并使用r_offset下半部分选择的公式写入每个r_info指定的位置，以计算要存储的值来自 addend （RELA的r_addend）和符号地址（可从r_info的上半部分获得）。

实际上，写入部分已被简化，与其他架构相反，其中指令的直接字段通常与用于编码操作的字段完全分开，在ARM中，立即值与其他编码信息混合。登记/> 所以加载器应该知道什么样的指令正在尝试重新定位，如果它是一个指令¹，而不是让它反汇编重定位站点，那么它是汇编器设置重定位类型根据指示。

每个重定位符号只能重新定位一个或两个编码等效的指令在特定情况下，重定位本身甚至会改变指令的类型。

根据所选的重定位类型，在重定位期间计算的值compute被隐式扩展为64位，有符号或无符号。

AArch64重新安置

作为具有固定指令大小的ARM RISC架构，将全宽（即64位）立即加载到寄存器中并非易事，因为没有指令可以具有全宽度立即字段。

AArch64中的重定位也必须解决这个问题，它实际上是一个双重问题：首先，找到程序员打算使用的真正价值（这是问题的纯粹重定位部分）;第二，找到一种方法将它放入寄存器，因为没有指令有64位立即字段。

使用组重定位解决了第二个问题，组中的每个重定位类型用于计算64位值的16位部分，因此在一个重定位类型中只能有四个组（范围从 G0 到 G3 ）。

这个切成16位的符合movk（移动保持），movz（移动归零）和movn（逻辑上移动否定）。
其他说明（例如b，bl，adrp，adr等具有特别适合他们的重定位类型。

每当引用符号的给定指令只有一个明确的可能的重定位类型时，汇编器就可以生成相应的条目，而不需要程序员明确地指定它。

组重定位不适合此类别，它们的存在是为了让程序员具有一定的灵活性，因此通常是明确说明的。在组中，重定位类型可以指定汇编程序是否必须执行溢出检查 G0 重定位，用于加载值的低16位，除非明确禁止，否则检查该值是否适合16位（有符号或无符号，具体取决于所使用的特定类型）。对于 G1 也是如此，加载位31-16检查值是否适合32位因此， G3 总是不检查，因为每个值都适合64位。

最后，重定位可用于将整数值加载到寄存器中。实际上，符号的地址只不过是一个任意的整数常量请注意，r_addend是64位宽。

¹如果r_offset指向数据部分中的某个站点，则计算出的值将在指定位置写为64位字。

重定位运算符

首先，一些参考文献：

描述ELF64格式重定位类型的ARM文档是here，第4.6节
测试AArch64程序集文件，可能包含GAS可用的所有重定位运算符here

约定

遵循ARM文档约定我们有：

S是要重新定位的符号的运行时地址   A是   加入搬迁。
  P是重定位站点的地址   （源自r_offset）。
  X是搬迁的结果   在应用任何屏蔽或位选择操作之前的操作   Page(expr)是表达式expr的页面地址，定义为   expr & ~0xFFF，即清除了低12位的expr。   GOT是   Global Offset Table的地址   GDAT(S+A)表示地址S + A的GOT中的64位条目。该   条目将在迁移时在运行时重新定位   R_AARCH64_GLOB_DAT（S + A）。
  G(expr)是GOT的地址   表达式expr的条目   Delta(S)解决了差异   在S的静态链接地址和执行地址之间   S。如果S是空符号（ELF符号索引0），则解析为   P的静态链接地址与执行之间的差异   地址P。
  Indirect(expr)表示调用的结果   expr作为一项功能。
  [msb:lsb]是一个位掩码操作   表示值中位的选择，边界是包容性的。

算

为了紧凑，重定位名称缺少前缀R_AARCH64_。

| X |≤2^ 16 的表达意图为 -2 ^16≤X＆lt; 2 ^ 16 ，注意右边严格的不平等这是滥用符号，由格式化表格的约束调用。

群组重新定位

Operator    | Relocation name | Operation | Inst | Immediate | Check
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g0:    | MOVW_UABS_G0    | S + A     | movz | X[15:0]   | 0≤X≤2^16
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g0_nc: | MOVW_UABS_G0_NC | S + A     | movk | X[15:0]   | 
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g1:    | MOVW_UABS_G1    | S + A     | movz | X[31:16]  | 0≤X≤2^32
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g1_nc: | MOVW_UABS_G1_NC | S + A     | movk | X[31:16]  | 
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g2:    | MOVW_UABS_G2    | S + A     | movz | X[47:32]  | 0≤X≤2^48
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g2_nc: | MOVW_UABS_G2_NC | S + A     | movk | X[47:32]  | 
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g3:    | MOVW_UABS_G3    | S + A     | movk | X[64:48]  | 
            |                 |           | movz |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g0_s:  | MOVW_SABS_G0    | S + A     | movz | X[15:0]   | |X|≤2^16
            |                 |           | movn |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g1_s:  | MOVW_SABS_G1    | S + A     | movz | X[31:16]  | |X|≤2^32
            |                 |           | movn |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:abs_g2_s:  | MOVW_SABS_G2    | S + A     | movz | X[47:32]  | |X|≤2^48
            |                 |           | movn |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------

在表格中显示 ABS 版本，汇编程序可以拾取 PREL （PC亲属）或 GOTOFF （GOT亲属）版本取决于引用的符号和输出格式的类型。

此重定位运算符的典型用法是

Unsigned 64 bits                      Signed 64 bits   
movz    x1,#:abs_g3:u64               movz  x1,#:abs_g3_s:u64
movk    x1,#:abs_g2_nc:u64            movk  x1,#:abs_g2_nc:u64
movk    x1,#:abs_g1_nc:u64            movk  x1,#:abs_g1_nc:u64
movk    x1,#:abs_g0_nc:u64            movk  x1,#:abs_g0_nc:u64

通常使用一个检查操作符，即设置最高部分的操作符这就是检查版本仅重定位movz的原因，而非检查版本重新定位movk（部分设置了寄存器）。
G3 重定位，因为它本质上没有检查，因为没有值可以超过64位。

签名版本以_s结尾，他们总是在检查没有 G3 版本，因为如果使用64位值，则在值本身中指定了符号。
它们总是仅用于设置最高部分，因为符号仅在那里相关它们总是在签名值中检查溢出，使值意义更小。
这些重定位会根据值的符号将指令类型更改为movn或movz，这有效符号会扩展该值。

也可以进行团体搬迁

PC-relative，19,21,33位地址

Operator    | Relocation name | Operation | Inst | Immediate | Check
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | LD_PREL_LO19    | S + A - P | ldr  | X[20:2]   | |X|≤2^20
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | LD_PREL_LO21    | S + A - P | adr  | X[20:0]   | |X|≤2^20
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | LD_PREL_LO21    | S + A - P | adr  | X[20:0]   | |X|≤2^20
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:pg_hi21:   | ADR_PREL_PG     | Page(S+A) | adrp | X[31:12]  | |X|≤2^32
            | _HI21           | - Page(P) |      |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:pg_hi21_nc:| ADR_PREL_PG     | Page(S+A) | adrp | X[31:12]  | 
            | _HI21_NC        | - Page(P) |      |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:lo12:      | ADD_ABS_LO12_NC | S + A     | add  | X[11:0]   | 
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:lo12:      | LDST8_ABS_LO12  | S + A     | ld   | X[11:0]   | 
            | _NC             |           | st   |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:lo12:      | LDST16_ABS_LO12 | S + A     | ld   | X[11:1]   | 
            | _NC             |           | st   |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:lo12:      | LDST32_ABS_LO12 | S + A     | ld   | X[11:2]   | 
            | _NC             |           | st   |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:lo12:      | LDST64_ABS_LO12 | S + A     | prfm | X[11:3]   | 
            | _NC             |           |      |           |
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
:lo12:      | LDST128_ABS     | S + A     | ?    | X[11:4]   | 
            | _LO12_NC        |           |      |           |

:lo12:更改含义取决于指令处理的数据大小（例如ldrb使用LDST8_ABS_LO12_NC，ldrh使用LDST16_ABS_LO12_NC。< / p>

这些重定位的GOT相对版本也存在，汇编器将拾取正确的版本。

控制流量重定位

Operator    | Relocation name | Operation | Inst | Immediate | Check
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | TSTBR14         | S + A - P | tbz  | X[15:2]   | |X|≤2^15
            |                 |           | tbnz |           |  
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | CONDBR19        | S + A - P | b.*  | X[20:2]   | |X|≤2^20
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | JUMP26          | S + A - P | b    | X[27:2]   | |X|≤2^27
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
[implicit]  | CALL26          | S + A - P | bl   | X[27:2]   | |X|≤2^27
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------

后记

我无法找到官方文件上表是根据GAS测试用例和ARM文档重建的，该文档解释了符合AArch64标准的ELF可用的重定位类型。

表格没有显示ARM文档中存在的所有重定位，因为大多数都是互补版本，由汇编程序自动获取。

带有示例的部分会很棒，但我没有ARM GAS 将来我可以扩展这个答案，包括汇编列表和重定位转储的例子。

AArch64重定位前缀

1 个答案:

简介

重新定位

AArch64重新安置

重定位运算符

约定

算

后记