AArch64 重定位前缀
AArch64 relocation prefixes
我注意到一个用于 ARM 64 位汇编的 GNU asm relocation syntax。 #:abs_g0_nc: 和 :pg_hi21: 这样的片段是什么？他们在哪里解释？他们是否有模式，或者他们是在旅途中弥补的？我在哪里可以了解更多信息？
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给加载器（静态或动态）四条信息：
要修补的指令的虚拟地址或偏移量。
这是由 r_offset.
访问的符号的运行时地址。
这是由r_info.
一个名为加数的自定义值
该值最终作为表达式中的操作数，用于计算将写入以修补指令的值。
RELA条目在r_addend中有这个值，REL条目从重定位站点中提取它。
搬迁类型
这决定了用于计算修补指令值的表达式类型。这个编码在r_info.
搬迁
在重定位阶段，加载程序遍历所有重定位条目并写入每个 r_offset 指定的位置，使用 r_info 下半部分选择的公式计算值从addend（RELA 的r_addend）和符号地址（可从r_info 的上部获得）存储。
实际上写入部分已经简化，与其他架构相反，在其他架构中，指令的立即字段通常与用于编码操作的字节完全分开，在 ARM 中，立即值与其他编码信息混合.
所以加载器应该知道什么样的指令试图重定位，如果它是一个指令1，而不是让它反汇编重定位的位置，它是设置的汇编程序根据说明的搬迁类型。
每个重定位符号只能重定位一两个编码等效指令。
在特定情况下，重定位本身甚至会更改指令类型。
在重定位期间计算的值被隐式扩展到 64 位，根据选择的重定位类型有符号或无符号。
AArch64 重定位
作为具有固定指令大小的 RISC 架构的 ARM，将全宽度（即 64 位）立即加载到寄存器中是非常重要的，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实际值（这是问题的纯重定位部分）；其次，找到一种方法将其放入寄存器，因为没有指令具有 64 位立即数字段。
第二个问题通过使用组重定位得到解决，组中的每个重定位类型用于计算 64 位值的 16 位部分，因此只能有一组中的四种重定位类型（范围从 G0 到 G3）。
这种分成 16 位的切片符合 movk（移动保持）、movz（移动归零）和 movn（逻辑移动否定）。
其他指令，如 b、bl、adrp、adr 等，具有特别适合它们的重定位类型。
只要引用符号的给定指令只有一个因此明确的可能重定位类型，汇编程序就可以生成相应的条目，而无需程序员显式指定它。
组重定位不属于此类，它们的存在是为了让程序员有一定的灵活性，因此通常会明确说明。
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，取决于使用的特定类型）。
G1 也是如此，加载位 31-16 检查值是否适合 32 位。
因此 G3 始终不检查，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，一个符号的地址无非是一个任意整数常量。
请注意 r_addend 是 64 位宽。
1 如果 r_offset 指向数据部分中的站点，则计算值将在指示的位置写入 64 位字。
搬迁运营商
首先，一些参考资料：
约定
根据 ARM 文档约定，我们有：
S is the runtime address of the symbol being relocated.
A is the
addend for the relocation.
P is the address of the relocation site
(derived from r_offset).
X is the result of a relocation
operation, before any masking or bit-selection operation is applied.
Page(expr) is the page address of the expression expr, defined as
expr & ~0xFFF, i.e. expr with the lower 12 bits cleared.
GOT is
the address of the Global Offset
Table.
GDAT(S+A) represents a 64-bit entry in the GOT for address S+A. The
entry will be relocated at run time with relocation
R_AARCH64_GLOB_DAT(S+A).
G(expr) is the address of the GOT
entry for the expression expr.
Delta(S) resolves to the difference
between the static link address of S and the execution address of
S. If S is the null symbol (ELF symbol index 0), resolves to the
difference between the static link address of P and the execution
address of P.
Indirect(expr) represents the result of calling
expr as a function.
[msb:lsb] is a bit-mask operation
representing the selection of bits in a value, bounds are inclusive.
运算符
为了简洁起见，搬迁名称缺少前缀R_AARCH64_。
类型 |X|≤2^16 的表达式意为 -2^16 ≤ X < 2^16, 注意右边的严格不等式。
这是对符号的滥用，由格式化 table.
的约束调用
组搬迁
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 table 中显示了 ABS 版本，汇编程序可以选择 PREL （PC 相关）或GOTOFF（GOT 相关）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
通常使用一位一位检查运算符，设置最高部分的一位。
这就是为什么检查版本仅重定位 movz，而非检查版本重定位 movk（部分设置寄存器）。
G3 都重新定位了，因为它本质上是非检查的，因为任何值都不能超过 64 位。
签名版本以 _s 结尾，并且他们一直在检查。
没有 G3 版本，因为如果使用 64 位值，则符号 if 在值本身中指定。
它们总是只用于设置最高部分，因为符号只在那里相关。
他们总是检查有符号值是否溢出，使值变得更无意义。
这些重定位根据值的符号将指令类型更改为 movn 或 movz，这有效地对值进行符号扩展。
组搬迁，也可以
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: 根据指令处理的数据大小改变含义（例如 ldrb 使用 LDST8_ABS_LO12_NC，ldrh 使用 LDST16_ABS_LO12_NC） .
这些重定位的 GOT 相关版本也存在，汇编程序将选择正确的版本。
控制流重定位
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
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
结语
我找不到官方文档。
上面的 tables 是根据 GAS 测试用例和 ARM 文档重建的，该文档解释了可用于符合 AArch64 的 ELF 的重定位类型。
tables 没有显示 ARM 文档中存在的所有重定位，因为它们中的大多数是补充版本，由汇编程序自动选取。
有示例的部分会很棒，但我没有 ARM GAS。
将来我可能会扩展此答案以包括程序集列表和重定位转储的示例。
我注意到一个用于 ARM 64 位汇编的 GNU asm relocation syntax。 #:abs_g0_nc: 和 :pg_hi21: 这样的片段是什么？他们在哪里解释？他们是否有模式，或者他们是在旅途中弥补的？我在哪里可以了解更多信息？
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给加载器（静态或动态）四条信息：
要修补的指令的虚拟地址或偏移量。
这是由r_offset. 给出的
访问的符号的运行时地址。
这是由r_info. 的高位给出的
一个名为加数的自定义值
该值最终作为表达式中的操作数，用于计算将写入以修补指令的值。
RELA条目在r_addend中有这个值，REL条目从重定位站点中提取它。搬迁类型 这决定了用于计算修补指令值的表达式类型。这个编码在
r_info. 的下半部分
搬迁
在重定位阶段，加载程序遍历所有重定位条目并写入每个 r_offset 指定的位置，使用 r_info 下半部分选择的公式计算值从addend（RELA 的r_addend）和符号地址（可从r_info 的上部获得）存储。
实际上写入部分已经简化，与其他架构相反，在其他架构中，指令的立即字段通常与用于编码操作的字节完全分开，在 ARM 中，立即值与其他编码信息混合.
所以加载器应该知道什么样的指令试图重定位，如果它是一个指令1，而不是让它反汇编重定位的位置，它是设置的汇编程序根据说明的搬迁类型。
每个重定位符号只能重定位一两个编码等效指令。
在特定情况下，重定位本身甚至会更改指令类型。
在重定位期间计算的值被隐式扩展到 64 位，根据选择的重定位类型有符号或无符号。
AArch64 重定位
作为具有固定指令大小的 RISC 架构的 ARM，将全宽度（即 64 位）立即加载到寄存器中是非常重要的，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实际值（这是问题的纯重定位部分）；其次，找到一种方法将其放入寄存器，因为没有指令具有 64 位立即数字段。
第二个问题通过使用组重定位得到解决，组中的每个重定位类型用于计算 64 位值的 16 位部分，因此只能有一组中的四种重定位类型（范围从 G0 到 G3）。
这种分成 16 位的切片符合 movk（移动保持）、movz（移动归零）和 movn（逻辑移动否定）。
其他指令，如 b、bl、adrp、adr 等，具有特别适合它们的重定位类型。
只要引用符号的给定指令只有一个因此明确的可能重定位类型，汇编程序就可以生成相应的条目，而无需程序员显式指定它。
组重定位不属于此类，它们的存在是为了让程序员有一定的灵活性，因此通常会明确说明。
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，取决于使用的特定类型）。
G1 也是如此，加载位 31-16 检查值是否适合 32 位。
因此 G3 始终不检查，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，一个符号的地址无非是一个任意整数常量。
请注意 r_addend 是 64 位宽。
1 如果 r_offset 指向数据部分中的站点，则计算值将在指示的位置写入 64 位字。
搬迁运营商
首先，一些参考资料：
约定
根据 ARM 文档约定，我们有：
Sis the runtime address of the symbol being relocated.
Ais the addend for the relocation.
Pis the address of the relocation site (derived fromr_offset).
Xis the result of a relocation operation, before any masking or bit-selection operation is applied.
Page(expr)is the page address of the expression expr, defined asexpr & ~0xFFF, i.e.exprwith the lower 12 bits cleared.GOTis the address of the Global Offset Table.
GDAT(S+A)represents a 64-bit entry in the GOT for address S+A. The entry will be relocated at run time with relocation R_AARCH64_GLOB_DAT(S+A).
G(expr)is the address of the GOT entry for the expression expr.
Delta(S)resolves to the difference between the static link address ofSand the execution address ofS. IfSis the null symbol (ELF symbol index 0), resolves to the difference between the static link address ofPand the execution address ofP.
Indirect(expr)represents the result of callingexpras a function.
[msb:lsb]is a bit-mask operation representing the selection of bits in a value, bounds are inclusive.
运算符
为了简洁起见，搬迁名称缺少前缀R_AARCH64_。
类型 |X|≤2^16 的表达式意为 -2^16 ≤ X < 2^16, 注意右边的严格不等式。
这是对符号的滥用，由格式化 table.
组搬迁
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 table 中显示了 ABS 版本，汇编程序可以选择 PREL （PC 相关）或GOTOFF（GOT 相关）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
通常使用一位一位检查运算符，设置最高部分的一位。
这就是为什么检查版本仅重定位 movz，而非检查版本重定位 movk（部分设置寄存器）。
G3 都重新定位了，因为它本质上是非检查的，因为任何值都不能超过 64 位。
签名版本以 _s 结尾，并且他们一直在检查。
没有 G3 版本，因为如果使用 64 位值，则符号 if 在值本身中指定。
它们总是只用于设置最高部分，因为符号只在那里相关。
他们总是检查有符号值是否溢出，使值变得更无意义。
这些重定位根据值的符号将指令类型更改为 movn 或 movz，这有效地对值进行符号扩展。
组搬迁，也可以
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: 根据指令处理的数据大小改变含义（例如 ldrb 使用 LDST8_ABS_LO12_NC，ldrh 使用 LDST16_ABS_LO12_NC） .
这些重定位的 GOT 相关版本也存在，汇编程序将选择正确的版本。
控制流重定位
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
------------+-----------------+-----------+------+-----------+----------
结语
我找不到官方文档。
上面的 tables 是根据 GAS 测试用例和 ARM 文档重建的，该文档解释了可用于符合 AArch64 的 ELF 的重定位类型。
tables 没有显示 ARM 文档中存在的所有重定位，因为它们中的大多数是补充版本，由汇编程序自动选取。
有示例的部分会很棒，但我没有 ARM GAS。
将来我可能会扩展此答案以包括程序集列表和重定位转储的示例。