arm汇编进入C函数分析,C函数压栈，出栈，传参，返回值

  • 环境及代码介绍
    • 环境和源码

　　由于有时候要透彻的理解C里面的一些细节问题，所有有必要看看汇编，首先这一切的开始就是从汇编代码进入C的main函数过程。这里不使用编译器自动生成的这部分汇编代码，因为编译器自动生成的代码会涉及环境变量的传递，参数的传递等等一系列问题。以ARM汇编来进行分析。使用一个启动汇编文件和一个main.c的文件,在ARM 2440板子上调试这段程序，使用JLinkExe借助jlink来调试:

init.s:

1 .text
2 .global _start
3 _start:
4         ldr sp,=4096　　@设置堆栈指针以便调用C函数
5         bl main
6 loop:
7         b loop

main.c:

1 void main(void)
2 {
3 }

 　　为什么main函数没有使用 int main(int argc,char **argv) 这种形式？因为我这里是使用的自己写的启动汇编文件，由它来完成从汇编到C代码的进入。

    • 寄存器介绍　　

　　ARM在任何一种模式下，都可以访问16个通用寄存器（R0-R15）和1-2个状态寄存器(CPSR,SPSR),只是有些寄存器是每种模式下都共用的（R0-R7），另外一些是同名但是使用的是不同硬件单元(其他，每种模式下有所不同)。这里的寄存器有些有特定用途:

　　　　R15--PC：程序计数器，指向要取指的那条指令

　　　　R14--LR：链接寄存器，保存发生跳转时，下一条指令的地址，方便使用BL跳回

　　　　R13--SP：堆栈指针

　　　　R12--IP：暂存SP值

　　　　R11--FP: 保存堆栈frame的地址

　　　　后面的IP, FP可能需要结合实际代码来理解。

　　另外，编译器在处理C程序的时候，R0通常用作传递返回值，R1-R4用来传递函数参数。

 

　　稍微解释下这段汇编代码的 ldr sp,=4096 ，为什么设置为4096？有2个原因：

　　　　1.我这里使用的是nand启动，代码在内部4K SRAM里面执行。

　　　　2.ARM压栈时采用的是满递减堆栈。

　　我觉得更准确的讲是由编译器决定的，其实ARM指令里面有各种类型的堆栈操作指令而不是单单的满递减。满递减就是指堆栈的增长方向向下，堆栈指针指向堆栈的顶端。如果是空递减，它会指向堆栈顶端的下一个地址，这个地址未存放有效堆栈数据。其实这里sp = 4096这个内存地址是无法访问的，4K最大的地址是4096-4，因此进行数据压栈时，要先调整堆栈指针，然后再压入数据，这也是所有满类型堆栈要遵循的原则。

    • 反汇编分析压栈出栈　　　　　　

　　　　　　使用 arm-linux-objdump -DS main.elf > dump 进行反汇编

 1 00000000 <_start>:
 2 .text
 3 .global _start
 4 _start:
 5         ldr sp,=4096
 6    0:    e3a0da01     mov    sp, #4096    ; 0x1000
 7         bl main
 8    4:    eb000000     bl    c <main>
 9 
10 00000008 <loop>:
11 loop:
12         b loop
13    8:    eafffffe     b    8 <loop>
14 
15 0000000c <main>:
16 void main(void)
17 {
18    c:    e52db004     push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)
19   10:    e28db000     add    fp, sp, #0
20 }
21   14:    e28bd000     add    sp, fp, #0
22   18:    e8bd0800     pop    {fp}
23   1c:    e12fff1e     bx    lr

 　　可以看到进入C函数第一步就是压栈操作，出C函数里面出栈操作，然后跳转返回。关于push,pop  ARM官方的文档给出的说明:

　　　　PUSH is a synonym for STMDB sp!, reglist and POP is a synonym for LDMIA sp! reglist. PUSH and POP are the preferred mnemonics in these cases.

　　仅仅是个别名而已，并且是针对sp寄存器进行操作。

　　由于我这里的main过于简单，所有并看不出说明名堂，在main中增加点东西:

1 int main(void)
2 {
3     int a;
4     a = 3;
5 
6     return 0;
7 }

　　继续反汇编,只关注main:

 1 0000000c <main>:
 2 int main(void)
 3 {
 4    c:    e52db004     push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)
 5   10:    e28db000     add    fp, sp, #0
 6   14:    e24dd00c     sub    sp, sp, #12
 7     int a;
 8     a = 3;
 9   18:    e3a03003     mov    r3, #3
10   1c:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
11 
12     return 0;
13   20:    e3a03000     mov    r3, #0
14 }
15   24:    e1a00003     mov    r0, r3
16   28:    e28bd000     add    sp, fp, #0
17   2c:    e8bd0800     pop    {fp}
18   30:    e12fff1e     bx    lr

可以看到有一对互为逆向操作的指令组合 push {fp}； add fp, sp, #0 <-------> add sp, fp, #0；pop {fp}，在这对组合指令之间的代码是不会去修改fp的值的，这样就实现了恢复调用前fp sp的值，而在它们之间的指令是通过修改sp来访问堆栈。但是这里有个问题，此处我仅定义了一个int型变量，为何堆栈向下偏移了12个字节？按道理sp-4即可。未找到原因，虽然对于堆栈，Procedure Call Standard for the ARM Architecture，要求遵守几个约定，比如堆栈指针必须是4字节对齐，此外，对于public interface即全局的接口，要求sp 8字节对齐。这里我的main算是个public interface，因此8字节对齐必须遵守，但是sp-4也是8字节对齐啊，搞不清为什么-12。增加局部变量可以很明细看出8字节对齐的约定。

    • 传参　　　
 1 int foo(int a, int b, int c, int d)
 2 {
 3     int A,B,C,D;
 4     A = a;
 5     B = b;
 6     C = c;
 7     D = d;
 8 
 9     return 0;
10 }
11 void main(void)
12 {
13     int a;    
14     a = foo(1,2,3,4);
15 }

　　反汇编:

 1 00000000 <_start>:
 2 .text
 3 .global _start
 4 _start:
 5         ldr sp,=4096
 6    0:    e3a0da01     mov    sp, #4096    ; 0x1000
 7         bl main
 8    4:    eb000014     bl    5c <main>
 9 
10 00000008 <loop>:
11 loop:
12         b loop
13    8:    eafffffe     b    8 <loop>
14 
15 0000000c <foo>:
16 int foo(int a, int b, int c, int d)
17 {
18    c:    e52db004     push    {fp}        ; (str fp, [sp, #-4]!)
19   10:    e28db000     add    fp, sp, #0
20   14:    e24dd024     sub    sp, sp, #36    ; 0x24
21   18:    e50b0018     str    r0, [fp, #-24]
22   1c:    e50b101c     str    r1, [fp, #-28]
23   20:    e50b2020     str    r2, [fp, #-32]
24   24:    e50b3024     str    r3, [fp, #-36]    ; 0x24
25     int A,B,C,D;
26     A = a;
27   28:    e51b3018     ldr    r3, [fp, #-24]
28   2c:    e50b3014     str    r3, [fp, #-20]
29     B = b;
30   30:    e51b301c     ldr    r3, [fp, #-28]
31   34:    e50b3010     str    r3, [fp, #-16]
32     C = c;
33   38:    e51b3020     ldr    r3, [fp, #-32]
34   3c:    e50b300c     str    r3, [fp, #-12]
35     D = d;
36   40:    e51b3024     ldr    r3, [fp, #-36]    ; 0x24
37   44:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
38 
39     return 0;
40   48:    e3a03000     mov    r3, #0
41 }
42   4c:    e1a00003     mov    r0, r3
43   50:    e28bd000     add    sp, fp, #0
44   54:    e8bd0800     pop    {fp}
45   58:    e12fff1e     bx    lr
46 
47 0000005c <main>:
48 void main(void)
49 {
50   5c:    e92d4800     push    {fp, lr}
51   60:    e28db004     add    fp, sp, #4
52   64:    e24dd008     sub    sp, sp, #8
53     int a;    
54     a = foo(1,2,3,4);
55   68:    e3a00001     mov    r0, #1
56   6c:    e3a01002     mov    r1, #2
57   70:    e3a02003     mov    r2, #3
58   74:    e3a03004     mov    r3, #4
59   78:    ebffffe3     bl    c <foo>
60   7c:    e1a03000     mov    r3, r0
61   80:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
62 }
63   84:    e24bd004     sub    sp, fp, #4
64   88:    e8bd4800     pop    {fp, lr}
65   8c:    e12fff1e     bx    lr

 　　可以看到参数通过R0-R3寄存器传递过去，函数里面将寄存器值压栈，要用时从栈里面取出值即可。当寄存器不够用时，总共超过4个字长度，就会通过堆栈传递了：

void main(void)
{
  64:    e92d4800     push    {fp, lr}
  68:    e28db004     add    fp, sp, #4
  6c:    e24dd010     sub    sp, sp, #16
    int a;    
    a = foo(1,2,3,4,5);
  70:    e3a03005     mov    r3, #5
  74:    e58d3000     str    r3, [sp]　　@通过堆栈传递多出来的参数
  78:    e3a00001     mov    r0, #1
  7c:    e3a01002     mov    r1, #2
  80:    e3a02003     mov    r2, #3
  84:    e3a03004     mov    r3, #4
  88:    ebffffdf     bl    c <foo>
  8c:    e1a03000     mov    r3, r0
  90:    e50b3008     str    r3, [fp, #-8]
}
  94:    e24bd004     sub    sp, fp, #4
  98:    e8bd4800     pop    {fp, lr}
  9c:    e12fff1e     bx    lr

 

　　　返回值好像也是通过寄存器或者堆栈传递。

posted @ 2016-03-21 19:50  thammer  阅读(9998)  评论(1)  编辑  收藏  举报