%pcrel_hi 和 %pcrel_lo 实际上是做什么的？

Question

在riscv-asm-manual的控制和状态寄存器部分，有一个例子：

.equ RTC_BASE,      0x40000000
.equ TIMER_BASE,    0x40004000

# setup machine trap vector
1:      auipc   t0, %pcrel_hi(mtvec)        # load mtvec(hi)
        addi    t0, t0, %pcrel_lo(1b)       # load mtvec(lo)
        csrrw   zero, mtvec, t0

...
# break on interrupt
mtvec:
        csrrc  t0, mcause, zero
        bgez t0, fail       # interrupt causes are less than zero
        slli t0, t0, 1      # shift off high bit
...

我猜%pcrel_hi(mtvec) 计算mtvec 和当前PC 之间的高距离（这里是1 符号的地址）。假设1符号的地址为0x80010000，mtvec的地址为0x80020040。那么%pcrel_hi(mtvec) = (0x80020040 - 0x80010000) >> 12 = 0x00010，所以auipc的结果是0x00010 << 12 + PC = 0x00010000 + 0x80010000 = 0x80020000。

但%pcrel_lo 将1b 作为其参数。如何计算其结果并得到mtvec的最终地址？ addi t0, t0, %pcrel_lo(mtvect) 似乎是直观的代码，但实际上并非如此。为什么？

Answer 1

正如 Peter Cordes 在他的评论、您的链接以及 this one 中指出的那样。对于 addi，使用标签而不是直接使用符号，因为 addi 必须包含 pc 和符号之间的相对地址的 12 个低有效位。但是 pc 必须与用于 pcrel_high 的那个相同，因为从 binutils 的角度来看，不能保证这两个指令将相互跟随（这可能会导致计算不同）。因此，为了提供正确的电脑，选择的解决方案是使用标签。

现在对于您示例中的 1b，它不是计算的结果。所有计算都在链接器级别完成，汇编器只负责生成必要的重定位信息。 1b 表示向后 标签1。数字标签用于本地引用。对本地标签的引用后缀为“f”表示前向引用或后缀为“b”表示后向引用（它也存在于您的链接中）。

如果你组装这个汇编文件，你会看到标签将根据你的汇编器版本更改为.L1XXX，然后如果你执行riscv-objdump -r，你会看到你有一个R_RISCV_PCREL_LO12_I到这个标签在addi对应的offset上。

基本上你会有类似的东西：

OFFSET           TYPE              VALUE 
0000000000000000 R_RISCV_PCREL_HI20  mtvec
0000000000000000 R_RISCV_RELAX     *ABS*
0000000000000004 R_RISCV_PCREL_LO12_I  .L1^B

在此示例中，偏移量 0 是 .L1^B1 的偏移量（已转换的标签 1）。所以链接器将使用这个重定位来计算将用于 auipc 的值。

那么对于 addi 指令的偏移量 4，链接器将找到 R_RISCV_PCREL_LO12_I 重定位。它将使用值 .L1^B1 从重定位 (R_RISCV_PCREL_HI20) 中获取与该值的偏移量相对应的 pc 和符号。那么它将取 .L1^B1 的 pc 和找到的符号 mtvec 的地址之间的相对地址的 LSB 12 位。