汇编运行地址,链接地址,加载地址,存储地址 位置无关码、位置有关码

来源:互联网 发布:java multipart 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 17:18

转载自:http://blog.csdn.NET/linux_103/article/details/8888427

搞ARM开发时,在连接目标代码会提到运行地址和加载地址。这两者有什么区别呢?其次,网上也有说链接地址和存储地址,那么这四个地址之间有什么区别?

1、运行地址<--->链接地址:他们两个是等价的,只是两种不同的说法。

2、加载地址<--->存储地址:他们两个是等价的,也是两种不同的说法。

 

运行地址:程序在SRAM、SDRAM中执行时的地址。就是执行这条指令时,PC应该等于这个地址,换句话说,PC等于这个地址时,这条指令应该保存在这个地址内。

加载地址:程序保存在Nand flash中的地址。

 

位置无关码:B、BL、MOV都是位置位置无关码。

位置有关码:LDR PC,=LABEL等类似的代码都是位置有关码。

 

下面我们来看看一个Makefile文件

sdram.bin : head.S  leds.c
    arm-Linux-gcc  -c -o head.o head.S
    arm-linux-gcc -c -o leds.o leds.c
    arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 head.o leds.o -o sdram_elf
    arm-linux-objcopy -O binary -S sdram_elf sdram.bin
    arm-linux-objdump -D -m arm  sdram_elf > sdram.dis
clean:
 rm -f   sdram.dis sdram.bin sdram_elf *.o

 我们可以看到sdram_elf的代码段是从0x30000000地址开始存放,这个地址我们称之为运行地址。为什么从这个地址开始存放,因为SDRAM的起始地址是0x30000000.

 

下面来看看一个启动代码

 

@*************************************************************************
@ File:head.S
@ 功能:设置SDRAM,将程序复制到SDRAM,然后跳到SDRAM继续执行
@*************************************************************************      

.equ        MEM_CTL_BASE,       0x48000000
.equ        SDRAM_BASE,         0x30000000

.text
.global _start
_start:
    bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
    bl  memsetup                        @ 设置存储控制器
    bl  copy_steppingstone_to_sdram     @ 复制代码到SDRAM中
    ldr pc, =on_sdram                   @ 跳到SDRAM中继续执行
on_sdram:
    ldr sp, =0x34000000                 @ 设置堆栈
    bl  main
halt_loop:
    b   halt_loop

disable_watch_dog:
    @ 往WATCHDOG寄存器写0即可
    mov r1,     #0x53000000
    mov r2,     #0x0
    str r2,     [r1]
    mov pc,     lr      @ 返回

copy_steppingstone_to_sdram:
    @ 将Steppingstone的4K数据全部复制到SDRAM中去
    @ Steppingstone起始地址为0x00000000,SDRAM中起始地址为0x30000000
    
    mov r1, #0
    ldr r2, =SDRAM_BASE
    mov r3, #4*1024
1:  
    ldr r4, [r1],#4     @ 从Steppingstone读取4字节的数据,并让源地址加4
    str r4, [r2],#4     @ 将此4字节的数据复制到SDRAM中,并让目地地址加4
    cmp r1, r3          @ 判断是否完成:源地址等于Steppingstone的未地址?
    bne 1b              @ 若没有复制完,继续
    mov pc,     lr      @ 返回

memsetup:
    @ 设置存储控制器以便使用SDRAM等外设

    mov r1,     #MEM_CTL_BASE       @ 存储控制器的13个寄存器的开始地址
    adrl    r2, mem_cfg_val         @ 这13个值的起始存储地址
    add r3,     r1, #52             @ 13*4 = 54
1:  
    ldr r4,     [r2], #4            @ 读取设置值,并让r2加4
    str r4,     [r1], #4            @ 将此值写入寄存器,并让r1加4
    cmp r1,     r3                  @ 判断是否设置完所有13个寄存器
    bne 1b                          @ 若没有写成,继续
    mov pc,     lr                  @ 返回


.align 4
mem_cfg_val:
    @ 存储控制器13个寄存器的设置值
    .long   0x22011110      @ BWSCON
    .long   0x00000700      @ BANKCON0
    .long   0x00000700      @ BANKCON1
    .long   0x00000700      @ BANKCON2
    .long   0x00000700      @ BANKCON3  
    .long   0x00000700      @ BANKCON4
    .long   0x00000700      @ BANKCON5
    .long   0x00018005      @ BANKCON6
    .long   0x00018005      @ BANKCON7
    .long   0x008C07A3      @ REFRESH
    .long   0x000000B1      @ BANKSIZE
    .long   0x00000030      @ MRSRB6
    .long   0x00000030      @ MRSRB7


下面来看看反汇编代码


sdram_elf:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

30000000 <_start>:
30000000:    eb000005     bl    3000001c <disable_watch_dog>
30000004:    eb000010     bl    3000004c <memsetup>
30000008:    eb000007     bl    3000002c <copy_steppingstone_to_sdram>
3000000c:    e59ff090     ldr    pc, [pc, #144]    ; 300000a4 <mem_cfg_val+0x34>

30000010 <on_sdram>:
30000010:    e3a0d30d     mov    sp, #872415232    ; 0x34000000
30000014:    eb000033     bl    300000e8 <main>

30000018 <halt_loop>:
30000018:    eafffffe     b    30000018 <halt_loop>

3000001c <disable_watch_dog>:
3000001c:    e3a01453     mov    r1, #1392508928    ; 0x53000000
30000020:    e3a02000     mov    r2, #0
30000024:    e5812000     str    r2, [r1]
30000028:    e1a0f00e     mov    pc, lr

3000002c <copy_steppingstone_to_sdram>:
3000002c:    e3a01000     mov    r1, #0
30000030:    e3a02203     mov    r2, #805306368    ; 0x30000000
30000034:    e3a03a01     mov    r3, #4096    ; 0x1000
30000038:    e4914004     ldr    r4, [r1], #4
3000003c:    e4824004     str    r4, [r2], #4
30000040:    e1510003     cmp    r1, r3
30000044:    1afffffb     bne    30000038 <copy_steppingstone_to_sdram+0xc>
30000048:    e1a0f00e     mov    pc, lr

3000004c <memsetup>:
3000004c:    e3a01312     mov    r1, #1207959552    ; 0x48000000
30000050:    e28f2018     add    r2, pc, #24
30000054:    e1a00000     nop            ; (mov r0, r0)
30000058:    e2813034     add    r3, r1, #52    ; 0x34
3000005c:    e4924004     ldr    r4, [r2], #4
30000060:    e4814004     str    r4, [r1], #4
30000064:    e1510003     cmp    r1, r3
30000068:    1afffffb     bne    3000005c <memsetup+0x10>
3000006c:    e1a0f00e     mov    pc, lr

30000070 <mem_cfg_val>:
30000070:    22011110     andcs    r1, r1, #4
30000074:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000078:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
3000007c:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000080:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000084:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000088:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
3000008c:    00018005     andeq    r8, r1, r5
30000090:    00018005     andeq    r8, r1, r5
30000094:    008c07a3     addeq    r0, ip, r3, lsr #15
30000098:    000000b1     strheq    r0, [r0], -r1
3000009c:    00000030     andeq    r0, r0, r0, lsr r0
300000a0:    00000030     andeq    r0, r0, r0, lsr r0
300000a4:    30000010     andcc    r0, r0, r0, lsl r0
300000a8:    e1a00000     nop            ; (mov r0, r0)
300000ac:    e1a00000     nop            ; (mov r0, r0)

300000b0 <wait>:
300000b0:    e52db004     push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)
300000b4:    e28db000     add    fp, sp, #0
300000b8:    e24dd00c     sub    sp, sp, #12
300000bc:    e50b0008     str    r0, [fp, #-8]
300000c0:    ea000002     b    300000d0 <wait+0x20>
300000c4:    e51b3008     ldr    r3, [fp, #-8]
300000c8:    e2433001     sub    r3, r3, #1
300000cc:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
300000d0:    e51b3008     ldr    r3, [fp, #-8]
300000d4:    e3530000     cmp    r3, #0
300000d8:    1afffff9     bne    300000c4 <wait+0x14>
300000dc:    e28bd000     add    sp, fp, #0
300000e0:    e8bd0800     pop    {fp}
300000e4:    e12fff1e     bx    lr

300000e8 <main>:
300000e8:    e92d4800     push    {fp, lr}
300000ec:    e28db004     add    fp, sp, #4
300000f0:    e24dd008     sub    sp, sp, #8
300000f4:    e3a03000     mov    r3, #0
300000f8:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
300000fc:    e59f3030     ldr    r3, [pc, #48]    ; 30000134 <main+0x4c>
30000100:    e3a02b55     mov    r2, #87040    ; 0x15400
30000104:    e5832000     str    r2, [r3]
30000108:    e59f0028     ldr    r0, [pc, #40]    ; 30000138 <main+0x50>
3000010c:    ebffffe7     bl    300000b0 <wait>
30000110:    e59f3024     ldr    r3, [pc, #36]    ; 3000013c <main+0x54>
30000114:    e3a02000     mov    r2, #0
30000118:    e5832000     str    r2, [r3]
3000011c:    e59f0014     ldr    r0, [pc, #20]    ; 30000138 <main+0x50>
30000120:    ebffffe2     bl    300000b0 <wait>
30000124:    e59f3010     ldr    r3, [pc, #16]    ; 3000013c <main+0x54>
30000128:    e3a02e1e     mov    r2, #480    ; 0x1e0
3000012c:    e5832000     str    r2, [r3]
30000130:    eafffff4     b    30000108 <main+0x20>
30000134:    56000010     undefined instruction 0x56000010
30000138:    00007530     andeq    r7, r0, r0, lsr r5
3000013c:    56000014     undefined instruction 0x56000014

Disassembly of section .ARM.attributes:

00000000 <.ARM.attributes>:
   0:    00002541     andeq    r2, r0, r1, asr #10
   4:    61656100     cmnvs    r5, r0, lsl #2
   8:    01006962     tsteq    r0, r2, ror #18
   c:    0000001b     andeq    r0, r0, fp, lsl r0
  10:    00543405     subseq    r3, r4, r5, lsl #8
  14:    01080206     tsteq    r8, r6, lsl #4
  18:    04120109     ldreq    r0, [r2], #-265    ; 0x109
  1c:    01150114     tsteq    r5, r4, lsl r1
  20:    01180317     tsteq    r8, r7, lsl r3
  24:    Address 0x00000024 is out of bounds.


Disassembly of section .comment:

00000000 <.comment>:
   0:    3a434347     bcc    10d0d24 <SDRAM_BASE-0x2ef2f2dc>
   4:    74632820     strbtvc    r2, [r3], #-2080    ; 0x820
   8:    312d676e     teqcc    sp, lr, ror #14
   c:    312e362e     teqcc    lr, lr, lsr #12
  10:    2e342029     cdpcs    0, 3, cr2, cr4, cr9, {1}
  14:    00332e34     eorseq    r2, r3, r4, lsr lr

当我们从Nand flash启动时,硬件会自动将Nand flash前4kB代码拷贝到片内SRAM中,然后CPU从SRAM的0x00000000地址处开始执行程序。在这里我想纠正一个错误的观点,网上很多人都说是CPU自动把Nand flash前4kB代码拷贝到片内SRAM中,其实不然,是Nand flash控制器完成的,这个过程中CPU根本就没有参与 。

通过上面的Makefile文件,我们可以知道 bl  disable_watch_dog   这条指令的运行地址是0x30000000,但是它现在保存在SRAM的0x00000000的地址处,那么这条指令能够正确执行吗?of course,why?

因为这条指令 bl  disable_watch_dog   是位置无关码,虽然它的运行地址是在SDRAM中的0x30000000,但是它可以在Steppingstone中执行。这条指令的功能是跳转到标号disable_watch_dog  处执行,它是一个相对跳转,PC=当前PC的值+偏移量OFFSET。其中当前PC的值等于下两条指令的地址,通过反汇编可以看到下两条指令的地址为0x0000 0008,而不是0x3000 0008.因为现在指令是保存在SRAM中。

这条指令的机器码为eb00 0005,将机器码低24位按符号位扩展成32位得到0x0000 00005.然后将0x0000 0005左移2位得到0x0000 0014。这个值就是偏移量OFFSET=0X0000 0014。所以PC=0X0000 0008+0X0000 0014=0X0000 001c.那么CPU就会到SRAM中的0x0000 001c地址处执行程序。


可以发现bl指令依赖当前PC的值,这个特性使得bl指令不依赖指令的运行地址。所以接下来的bl mensetup ,bl cope_steppingstone_to_sdram都能够执行。


接下来的ldr pc,=on_sdram是一条位置有关码,经过反汇编可以看到,它是当前pc的值+偏移量,得到一个地址Addr,然后从内存中的这个地址去取数据Data赋给pc。现在我们计算一下Addr这个地址。

Addr=当前PC的值+144。当前PC的值等于下两条指令的地址0x0000 0014,而不是0x3000 0014,因为现在程序是保存在SRAM中。所以Addr=0x0000 0014+144=0x0000 0014+0x0000 0090=0x0000 00a4.那么这个地址0x0000 00a4中保存了什么数据。通过反汇编可以看到SRAM中的0x0000 00a4这个地址保存的机器码为30000010,所以cpu会跳转到0x30000010这个地址处执行程序。这个地址0x30000010

是在SDRAM中,这样程序就跳到SDRAM中去了。因为我们前面的指令 bl cope_stepping_to_sdram 已经把SRAM中4kB的程序拷贝到了SDRAM中,所以现在SDRAM中有程序了。

 

但是如果在程序的开头放置一条这样的指令:ldr pc,=disable_watch_dog ,那么整个程序就不能够正确执行了。why?


我们先来看看启动代码

@*************************************************************************
@ File:head.S
@ 功能:设置SDRAM,将程序复制到SDRAM,然后跳到SDRAM继续执行
@*************************************************************************       

.equ        MEM_CTL_BASE,       0x48000000
.equ        SDRAM_BASE,         0x30000000

.text
.global _start
_start:
    @bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
    ldr pc, =disable_watch_dog           
    bl  memsetup                        @ 设置存储控制器
    bl  copy_steppingstone_to_sdram     @ 复制代码到SDRAM中
    ldr pc, =on_sdram                   @ 跳到SDRAM中继续执行
on_sdram:
    ldr sp, =0x34000000                 @ 设置堆栈
    bl  main
halt_loop:
    b   halt_loop

disable_watch_dog:
    @ 往WATCHDOG寄存器写0即可
    mov r1,     #0x53000000
    mov r2,     #0x0
    str r2,     [r1]
    mov pc,     lr      @ 返回

copy_steppingstone_to_sdram:
    @ 将Steppingstone的4K数据全部复制到SDRAM中去
    @ Steppingstone起始地址为0x00000000,SDRAM中起始地址为0x30000000
    
    mov r1, #0
    ldr r2, =SDRAM_BASE
    mov r3, #4*1024
1:  
    ldr r4, [r1],#4     @ 从Steppingstone读取4字节的数据,并让源地址加4
    str r4, [r2],#4     @ 将此4字节的数据复制到SDRAM中,并让目地地址加4
    cmp r1, r3          @ 判断是否完成:源地址等于Steppingstone的未地址?
    bne 1b              @ 若没有复制完,继续
    mov pc,     lr      @ 返回

memsetup:
    @ 设置存储控制器以便使用SDRAM等外设

    mov r1,     #MEM_CTL_BASE       @ 存储控制器的13个寄存器的开始地址
    adrl    r2, mem_cfg_val         @ 这13个值的起始存储地址
    add r3,     r1, #52             @ 13*4 = 54
1:  
    ldr r4,     [r2], #4            @ 读取设置值,并让r2加4
    str r4,     [r1], #4            @ 将此值写入寄存器,并让r1加4
    cmp r1,     r3                  @ 判断是否设置完所有13个寄存器
    bne 1b                          @ 若没有写成,继续
    mov pc,     lr                  @ 返回


.align 4
mem_cfg_val:
    @ 存储控制器13个寄存器的设置值
    .long   0x22011110      @ BWSCON
    .long   0x00000700      @ BANKCON0
    .long   0x00000700      @ BANKCON1
    .long   0x00000700      @ BANKCON2
    .long   0x00000700      @ BANKCON3  
    .long   0x00000700      @ BANKCON4
    .long   0x00000700      @ BANKCON5
    .long   0x00018005      @ BANKCON6
    .long   0x00018005      @ BANKCON7
    .long   0x008C07A3      @ REFRESH
    .long   0x000000B1      @ BANKSIZE
    .long   0x00000030      @ MRSRB6
    .long   0x00000030      @ MRSRB7



对应的反汇编代码


sdram_elf:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

30000000 <_start>:
30000000:    e59ff09c     ldr    pc, [pc, #156]    ; 300000a4 <mem_cfg_val+0x34>
30000004:    eb000010     bl    3000004c <memsetup>
30000008:    eb000007     bl    3000002c <copy_steppingstone_to_sdram>
3000000c:    e59ff094     ldr    pc, [pc, #148]    ; 300000a8 <mem_cfg_val+0x38>

30000010 <on_sdram>:
30000010:    e3a0d30d     mov    sp, #872415232    ; 0x34000000
30000014:    eb000033     bl    300000e8 <main>

30000018 <halt_loop>:
30000018:    eafffffe     b    30000018 <halt_loop>

3000001c <disable_watch_dog>:
3000001c:    e3a01453     mov    r1, #1392508928    ; 0x53000000
30000020:    e3a02000     mov    r2, #0
30000024:    e5812000     str    r2, [r1]
30000028:    e1a0f00e     mov    pc, lr

3000002c <copy_steppingstone_to_sdram>:
3000002c:    e3a01000     mov    r1, #0
30000030:    e3a02203     mov    r2, #805306368    ; 0x30000000
30000034:    e3a03a01     mov    r3, #4096    ; 0x1000
30000038:    e4914004     ldr    r4, [r1], #4
3000003c:    e4824004     str    r4, [r2], #4
30000040:    e1510003     cmp    r1, r3
30000044:    1afffffb     bne    30000038 <copy_steppingstone_to_sdram+0xc>
30000048:    e1a0f00e     mov    pc, lr

3000004c <memsetup>:
3000004c:    e3a01312     mov    r1, #1207959552    ; 0x48000000
30000050:    e28f2018     add    r2, pc, #24
30000054:    e1a00000     nop            ; (mov r0, r0)
30000058:    e2813034     add    r3, r1, #52    ; 0x34
3000005c:    e4924004     ldr    r4, [r2], #4
30000060:    e4814004     str    r4, [r1], #4
30000064:    e1510003     cmp    r1, r3
30000068:    1afffffb     bne    3000005c <memsetup+0x10>
3000006c:    e1a0f00e     mov    pc, lr

30000070 <mem_cfg_val>:
30000070:    22011110     andcs    r1, r1, #4
30000074:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000078:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
3000007c:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000080:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000084:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
30000088:    00000700     andeq    r0, r0, r0, lsl #14
3000008c:    00018005     andeq    r8, r1, r5
30000090:    00018005     andeq    r8, r1, r5
30000094:    008c07a3     addeq    r0, ip, r3, lsr #15
30000098:    000000b1     strheq    r0, [r0], -r1
3000009c:    00000030     andeq    r0, r0, r0, lsr r0
300000a0:    00000030     andeq    r0, r0, r0, lsr r0
300000a4:    3000001c     andcc    r0, r0, ip, lsl r0
300000a8:    30000010     andcc    r0, r0, r0, lsl r0
300000ac:    e1a00000     nop            ; (mov r0, r0)

300000b0 <wait>:
300000b0:    e52db004     push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)
300000b4:    e28db000     add    fp, sp, #0
300000b8:    e24dd00c     sub    sp, sp, #12
300000bc:    e50b0008     str    r0, [fp, #-8]
300000c0:    ea000002     b    300000d0 <wait+0x20>
300000c4:    e51b3008     ldr    r3, [fp, #-8]
300000c8:    e2433001     sub    r3, r3, #1
300000cc:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
300000d0:    e51b3008     ldr    r3, [fp, #-8]
300000d4:    e3530000     cmp    r3, #0
300000d8:    1afffff9     bne    300000c4 <wait+0x14>
300000dc:    e28bd000     add    sp, fp, #0
300000e0:    e8bd0800     pop    {fp}
300000e4:    e12fff1e     bx    lr

300000e8 <main>:
300000e8:    e92d4800     push    {fp, lr}
300000ec:    e28db004     add    fp, sp, #4
300000f0:    e24dd008     sub    sp, sp, #8
300000f4:    e3a03000     mov    r3, #0
300000f8:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
300000fc:    e59f3030     ldr    r3, [pc, #48]    ; 30000134 <main+0x4c>
30000100:    e3a02b55     mov    r2, #87040    ; 0x15400
30000104:    e5832000     str    r2, [r3]
30000108:    e59f0028     ldr    r0, [pc, #40]    ; 30000138 <main+0x50>
3000010c:    ebffffe7     bl    300000b0 <wait>
30000110:    e59f3024     ldr    r3, [pc, #36]    ; 3000013c <main+0x54>
30000114:    e3a02000     mov    r2, #0
30000118:    e5832000     str    r2, [r3]
3000011c:    e59f0014     ldr    r0, [pc, #20]    ; 30000138 <main+0x50>
30000120:    ebffffe2     bl    300000b0 <wait>
30000124:    e59f3010     ldr    r3, [pc, #16]    ; 3000013c <main+0x54>
30000128:    e3a02e1e     mov    r2, #480    ; 0x1e0
3000012c:    e5832000     str    r2, [r3]
30000130:    eafffff4     b    30000108 <main+0x20>
30000134:    56000010     undefined instruction 0x56000010
30000138:    00007530     andeq    r7, r0, r0, lsr r5
3000013c:    56000014     undefined instruction 0x56000014

Disassembly of section .ARM.attributes:

00000000 <.ARM.attributes>:
   0:    00002541     andeq    r2, r0, r1, asr #10
   4:    61656100     cmnvs    r5, r0, lsl #2
   8:    01006962     tsteq    r0, r2, ror #18
   c:    0000001b     andeq    r0, r0, fp, lsl r0
  10:    00543405     subseq    r3, r4, r5, lsl #8
  14:    01080206     tsteq    r8, r6, lsl #4
  18:    04120109     ldreq    r0, [r2], #-265    ; 0x109
  1c:    01150114     tsteq    r5, r4, lsl r1
  20:    01180317     tsteq    r8, r7, lsl r3
  24:    Address 0x00000024 is out of bounds.


Disassembly of section .comment:

00000000 <.comment>:
   0:    3a434347     bcc    10d0d24 <SDRAM_BASE-0x2ef2f2dc>
   4:    74632820     strbtvc    r2, [r3], #-2080    ; 0x820
   8:    312d676e     teqcc    sp, lr, ror #14
   c:    312e362e     teqcc    lr, lr, lsr #12
  10:    2e342029     cdpcs    0, 3, cr2, cr4, cr9, {1}
  14:    00332e34     eorseq    r2, r3, r4, lsr lr



通过反汇编代码我们可以看到:第一条指令

ldr pc,=disable_watch_dog 对应的反汇编代码为30000000:    e59ff09c     ldr    pc, [pc, #156]    ; 300000a4 <mem_cfg_val+0x34>


其中pc=下两条指令的地址=0x0000 0008,立即数156对应的16进制为为0x0000 009c,0x0000 0008+0x0000 009c=0x0000 00a4.而SRAM中的0x0000 00a4这个地址中保存的机器码为3000001c,所以执行完这条指令后pc=0x3000 001c,0x3000 001c这个地址是SDRAM中的,而现在SDRAM中什么都没有,所以程序不能正确执行。

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