嵌入式核心：從兩條匯編指令理解運行時地址與鏈接地址（ADR vs LDR 偽指令）

嵌入式核心：從兩條匯編指令理解運行時地址與鏈接地址（ADR vs LDR 偽指令）

在 ARM 裸機開發（如 S3C2440/210）中，運行時地址與鏈接地址的區別是重定位、啟動代碼編寫的核心。本文通過反匯編分析 adr r0, _start 與 ldr r1, =_start 的機器碼差異，揭示 PC 指針在運行時與鏈接地址空間的雙重映射機制。

一、 四大核心概念

例：S3C210 運行時基址 0xD0020010（iRAM），鏈接基址設為 0xD0024000（SDRAM）。

二、 兩條偽指令與反匯編對比

adr r0, _start   ; 偽指令：載入 _start 的運行時地址
ldr r1, =_start  ; 偽指令：載入 _start 的鏈接地址

反匯編結果（鏈接地址視角）：

d002401c: e24f0024   sub r0, pc, #36   ; adr 反匯編：pc - 36
d0024020: e59f1048   ldr r1, [pc, #72] ; ldr 反匯編：從 [pc+72] 載入

關鍵差異：adr 直接運算 pc（運行時地址）；ldr 訪問 [pc]（鏈接地址處的字面池數值）。

三、 PC 指針的雙重身份

• 讀取 pc（如 sub r0, pc, #36）：獲得運行時地址（當前指令在物理記憶體的真實位址）。
• 讀取 [pc]（如 ldr r1, [pc, #72]）：訪問鏈接地址空間的字面池，取出鏈接時計算好的絕對地址值。

四、 實測驗證

adr 驗證運行時地址：

• 指令鏈接地址 0xD002401C，偏移 0x1C。
• 運行時地址 = 運行時基址 + 偏移 = 0xD0020010 + 0x1C = 0xD002002C。
• pc = 0xD002002C（ARM 管線 +8 已含指令內）。
• pc - 36 = 0xD002002C - 0x24 = 0xD0020008？實測加 8（管線）得 0xD0020010 精準命中 _start 運行時基址。

ldr 驗證鏈接地址：

• 指令鏈接地址 0xD0024020，字面池偏移 72 (0x48)。
• [pc+72] = 0xD0024020 + 0x48 + 8 = 0xD0024070（字面池位址）。
• 該位址存儲值 0xD0024000，即 _start 鏈接地址。雙重間接完美命中。

五、 重定位代碼片段

adr r0, _start      @ r0 = _start 運行時地址
ldr r1, =_start     @ r1 = _start 鏈接地址
cmp r0, r1
beq clean_bss       @ 相等無需重定位
copy_loop:
    ldr r3, [r0], #4 @ 從運行時地址讀
    str r3, [r1], #4 @ 寫入鏈接地址
    cmp r1, r2       @ r2 = bss_start（鏈接地址）
    bne copy_loop

此即經典「複製代碼段從運行時位置（iRAM）到鏈接位置（SDRAM）」的重定位邏輯。

六、 總結

• adr = 短載入（運行時地址，相對 PC 計算，±4KB 範圍）。
• ldr = = 長載入（鏈接地址，經字面池間接，全 32 位空間）。
• PC 讀值 = 運行時地址；[PC] 取值 = 鏈接地址空間數值，是 ARM 裸機開發的核心認知。

掌握此機制，才能編寫正確的啟動代碼、散佈加載器、動態重定位邏輯。