【基于Android的ARM汇编语言系列】之三：ARM汇编语言程序结构

时间：2021-12-22 00:56:22

作者：郭嘉
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【基于Android的ARM汇编语言系列】章节列表

【基于Android的ARM汇编语言系列】之一：ARM汇编语言开篇
【基于Android的ARM汇编语言系列】之二：C/C++程序生成ARM汇编程序的过程分析
【基于Android的ARM汇编语言系列】之三：ARM汇编语言程序结构
【基于Android的ARM汇编语言系列】之四：ARM处理器的寻址方式
【基于Android的ARM汇编语言系列】之五：ARM指令集与Thumb指令集
【基于Android的ARM汇编语言系列】之六：NEON指令集与VFP指令集

Android平台的ARM汇编是GNU ARM汇编格式，使用的汇编器是GAS（GNU Assembler），GAS有自己的一套语法结构。详细的内容可以查阅GAS语法结构官方手册。

我们先来看一个完整的ARM汇编程序：

C代码：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]){
printf("Hello ARM!\n");
return 0;
}

对应的汇编代码：

    .arch armv5te
    .fpu softvfp
    .eabi_attribute 20, 1
    .eabi_attribute 21, 1
    .eabi_attribute 23, 3
    .eabi_attribute 24, 1
    .eabi_attribute 25, 1
    .eabi_attribute 26, 2
    .eabi_attribute 30, 6
    .eabi_attribute 18, 4
    .file   "hello.c"
    .section    .rodata
    .align  2
.LC0:
    .ascii  "Hello ARM!\000"
    .text
    .align  2
    .global main
    .type   main, %function
main:
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 8
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0
    stmfd   sp!, {fp, lr}
    add fp, sp, #4
    sub sp, sp, #8
    str r0, [fp, #-8]
    str r1, [fp, #-12]
    ldr r3, .L3
.LPIC0:
    add r3, pc, r3
    mov r0, r3
    bl  puts(PLT)
    mov r3, #0
    mov r0, r3
    sub sp, fp, #4
    ldmfd   sp!, {fp, pc}
.L4:
    .align  2
.L3:
    .word   .LC0-(.LPIC0+8)
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (GNU) 4.4.3"
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits

下面分部分介绍这段代码的结构。

一 处理器架构定义

    .arch armv5te           @处理器架构
    .fpu softvfp            @协处理器类型
    .eabi_attribute 20, 1   @接口属性
    .eabi_attribute 21, 1
    .eabi_attribute 23, 3
    .eabi_attribute 24, 1
    .eabi_attribute 25, 1
    .eabi_attribute 26, 2
    .eabi_attribute 30, 6
    .eabi_attribute 18, 4

1.1 处理器架构

.arch指定了ARM处理器架构。armv5te表示本程序的代码可以运行在armv5te架构的处理器上运行。

1.2 协处理器类型

.fpu指定协处理器的类型。softvfp表示使用浮点数运算库来模拟协处理器运算。还可以用vfpv2、vfpv3来指定自带的协处理器。

1.3 接口属性

.eabi_attrbute指定了一些接口。

EABI（Embedded Application Binary Interface）嵌入式应用二级制接口是ARM指定的一套接口规范，Android系统实现了它。

二 段定义

    .file   "hello.c"
    .section    .rodata
    .align  2
.LC0:
    .ascii  "Hello ARM!\000"
    .text
    .align  2
    .global main
    .type   main, %function
main:
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 8
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0
    stmfd   sp!, {fp, lr}
    add fp, sp, #4
    sub sp, sp, #8
    str r0, [fp, #-8]
    str r1, [fp, #-12]
    ldr r3, .L3
.LPIC0:
    add r3, pc, r3
    mov r0, r3
    bl  puts(PLT)
    mov r3, #0
    mov r0, r3
    sub sp, fp, #4
    ldmfd   sp!, {fp, pc}
.L4:
    .align  2
.L3:
    .word   .LC0-(.LPIC0+8)
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (GNU) 4.4.3"
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits

ARM中段的定义格式如下所示：

.section name , "flags", %type, flag_specific_arguments
  • name：段名
  • flags：段的属性，如读、写和可执行等。
  • type：段的类型，如progbits表示段中含有数据，note表示段中包含的数据并非程序本身使用。
  • flag_specific_arguments：指定了一些平台相关的参数。

三 注释与标号

GNU ARM支持两种注释添加方式。

/* */型注释

/* args = 0, pretend = 0, frame = 8 */
/* frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0 */

@型注释

@ args = 0, pretend = 0, frame = 8
@ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0

四 汇编器指令

.file   "hello.c"
    .section    .rodata
    .align  2
.LC0:
    .ascii  "Hello ARM!\000"
    .text
    .align  2
    .global main
    .type   main, %function

程序中所有以.开头的指令都是汇编器指令，汇编器指令是与汇编器相关的，它们并不属于ARM指令集。

  • .file：指定源文件名。
  • .align：指定代码的对齐方式，后面跟的数值是2的次数方。
  • .ascii：声明字符串。
  • .global：声明全局符号，全局符号是指在本程序外可以访问的符号，
  • .type：指定符号的类型。
  • .word：用来存放地址值。
  • .size：设置指定符号的大小。
  • .ident：编译器标识，无实际用途。

五 子程序与参数传递

子程序在代码表示一个独立的功能，很多时候，子程序和代码是相同的概念。在汇编中声明函数的方式如下所示：

.global 函数名
.type 函数名 %Function
函数名：
    ...
    函数体
    ...

那么函数调用过程中，参数传递的方式如下所示：

ARM汇编中规定：R0~R3这4个寄存器分别用来传递函数调用的第1到第4个参数，超出的参数通过堆栈来传递。R0寄存器用来存放函数调用的返回值。被调用的函数在返回前无需恢复这些寄存器的内容。
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