2020年01月30日 | ARM函数调用过程分析

1.ARM的栈帧

    先来看看ARM的栈帧布局图：

    上图描述的是ARM的栈帧布局方式，main stack frame为调用函数的栈帧，func1 stack frame为当前函数(被调用者)的栈帧，栈底在高地址，栈向下增长。图中FP就是栈基址，它指向函数的栈帧起始地址；SP则是函数的栈指针，它指向栈顶的位置。ARM压栈的顺序很是规矩，依次为当前函数指针PC、返回指针LR、栈指针SP、栈基址FP、传入参数个数及指针、本地变量和临时变量。如果函数准备调用另一个函数，跳转之前临时变量区先要保存另一个函数的参数。

    ARM也可以用栈基址和栈指针明确标示栈帧的位置，栈指针SP一直移动，相比于x86，ARM更为鲜明的特点是，两个栈空间内的地址（SP+FP）前面，必然有两个代码地址（PC+LR）明确标示着调用函数位置内的某个地址。

2.ARM的汇编指令和栈操作

    ARM微处理器共有37个寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可编程访问的，取决于微处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器R0～R15、一个或两个状态寄存器都是可访问的。有三个特殊的通用寄存器：

    寄存器R13：在ARM指令中常用作堆栈指针SP

    寄存器R14：也称作子程序连接寄存器（Subroutine Link Register）即连接寄存器LR

    寄存器R15：也称作程序计数器PC

    ARM进行函数内压栈和出栈往往使用如下的语句：

  stmfd sp!, {r0-r9, lr}    ; 满递减入栈,给寄存器r0-r9,lr压栈,sp不断减4

  ldmfd sp!, {r0-r9, pc}    ; 满递减出栈,给寄存器r0-r9出栈，并使程序跳转回函数的调用点,sp不断增4

    常用的函数内外跳转指令有mov和BL，ARM有两种跳转方式：

  （1）mov pc, <跳转地址〉

    这种向程序计数器PC直接写跳转地址，能在4GB连续空间内任意跳转。

  （2）通过 B BL BLX BX 可以完成在当前指令向前或者向后32MB的地址空间的跳转（为什么是32MB呢？寄存器是32位的，此时的值是24位有符号数，所以32MB？后面再查查看）。B是最简单的跳转指令。要注意的是，跳转指令的实际值不是绝对地址，而是相对地址——是相对当前PC值的一个偏移量，它的值由汇编器计算得出。BL很常用,它在跳转之前会在寄存器LR(R14)中保存PC的当前内容。BL的经典用法如下：

    bl NEXT       ; 跳转到NEXT 

    …… 

    NEXT 

    …… 

    mov pc, lr    ; 从子程序返回。

看代码:

int func(int a, int b, int c, int d)

{

return 1;

}

int main()

{

int i = 1, j = 2;

func(i, j, 3, 4);

return 0;

}

使用arm-linux-gcc编译后，使用ida打开:

.text:000083D0                 EXPORT main

.text:000083D0 main                                    ; DATA XREF: .text:000082C4o

.text:000083D0                                         ; .text:off_82DCo

.text:000083D0

.text:000083D0 b               = -0x14

.text:000083D0 a               = -0x10

.text:000083D0

.text:000083D0 IP = R12

.text:000083D0 FP = R11

.text:000083D0                 MOV     IP, SP

.text:000083D4                 STMFD   SP!, {FP,IP,LR,PC}

.text:000083D8                 SUB     FP, IP, #4

.text:000083DC                 SUB     SP, SP, #8

.text:000083E0                 MOV     R3, #1

.text:000083E4                 STR     R3, [FP,#a]

.text:000083E8                 MOV     R3, #2

.text:000083EC                 STR     R3, [FP,#b]

.text:000083F0                 LDR     R0, [FP,#a]

.text:000083F4                 LDR     R1, [FP,#b]

.text:000083F8                 MOV     R2, #3

.text:000083FC                 MOV     R3, #4

.text:00008400                 BL      func

.text:00008404                 MOV     R3, #0

.text:00008408                 MOV     R0, R3

.text:0000840C                 SUB     SP, FP, #0xC

.text:00008410                 LDMFD   SP, {FP,SP,PC}

.text:00008410 ; End of function main

可以发现，在main函数中，使用IP(R12)暂时保存栈指针sp,然后使用堆栈操作指令stmfd将栈帧(FP)、IP、程序返回地址(LR)、程序计数器（PC）压栈，以保护现场，然后使用sub fp,ip,#4使fp指向当前函数栈帧的栈底，sub sp,sp,#8，为当前函数局部变量分配看空间。接下来通过寄存器传递参数r1,r2,r3,r4。使用BL指令调用函数，BL指令同时也会将当前指令的下一条指令地址赋给LR,以跳转回来。最后使用ldmfd恢复现场。

.text:000083A0 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================

.text:000083A0

.text:000083A0 ; Attributes: bp-based frame

.text:000083A0

.text:000083A0                 EXPORT func

.text:000083A0 func                                    ; CODE XREF: main+30p

.text:000083A0

.text:000083A0 var_1C          = -0x1C

.text:000083A0 var_18          = -0x18

.text:000083A0 var_14          = -0x14

.text:000083A0 var_10          = -0x10

.text:000083A0

.text:000083A0                 MOV     R12, SP

.text:000083A4                 STMFD   SP!, {R11,R12,LR,PC}

.text:000083A8                 SUB     R11, R12, #4

.text:000083AC                 SUB     SP, SP, #0x10

.text:000083B0                 STR     R0, [R11,#var_10]

.text:000083B4                 STR     R1, [R11,#var_14]

.text:000083B8                 STR     R2, [R11,#var_18]

.text:000083BC                 STR     R3, [R11,#var_1C]

.text:000083C0                 MOV     R3, #1

.text:000083C4                 MOV     R0, R3

.text:000083C8                 SUB     SP, R11, #0xC

.text:000083CC                 LDMFD   SP, {R11,SP,PC}

.text:000083CC ; End of function func

.text:000083CC

.text:000083D0

.text:000083D0 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================

参考:

http://blog.chinaunix.net/uid-16459552-id-3364761.html

http://m.blog.csdn.net/blog/u011405813/41899197