通过C代码和反汇编工具研究ARM指令。
教程目标：
- 生成了Thumb指令还是ARM指令，如何通过编译参数改变；
- 对于ARM指令，能否产生条件执行的指令；
- 设计C的代码场景，观察是否产生了寄存器移位寻址；
- 设计C的代码场景,观察一个复杂的32位数是如何装载到寄存器的;
- 写一个C的多重函数调用的程序，观察和分析:
- 调用时的返回地址在哪里？
- 传入的参数在哪里？
- 本地变量的堆栈分配是如何做的？
- 寄存器是caller保存还是callee保存？是全体保存还是部分保存？
- MLA是带累加的乘法，尝试要如何写C的表达式能编译得到MLA指令。
教程器材及软件：
- 树莓派的板子。
- SD卡（已经有镜像刷入）。
- 电源线及USB充电器。
- U盘或USB硬盘
- putty和psftp。
- 有DHCP的网线。
步骤：
- 首先写一段简单的C代码：
#include<stdio.h> int main(int argc,char** argv) { int a=0x12345678; printf("a:%d\n",a); return 0; }- 如果要将其编译成ARM指令的，那么，默认就好了。然后，再用objdump出来看看。
gcc -o 1.o -c 1.c objdump -d 1.o- 我们可以看到指令是32位的。
1.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <main>: 0: e92d4800 push {fp, lr} 4: e28db004 add fp, sp, #4 8: e24dd010 sub sp, sp, #16 c: e50b0010 str r0, [fp, #-16] 10: e50b1014 str r1, [fp, #-20] 14: e59f3020 ldr r3, [pc, #32] ; 3c <main+0x3c> 18: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1c: e59f301c ldr r3, [pc, #28] ; 40 <main+0x40> 20: e1a00003 mov r0, r3 24: e51b1008 ldr r1, [fp, #-8] 28: ebfffffe bl 0 <printf> 2c: e3a03000 mov r3, #0 30: e1a00003 mov r0, r3 34: e24bd004 sub sp, fp, #4 38: e8bd8800 pop {fp, pc} 3c: 12345678 .word 0x12345678 40: 00000000 .word 0x00000000- 如果要将其编译成Thumb指令的话，就要像下面这样子。如果，不加-mfloat-abi=softfp，会报错。好像和浮点运算VFP 的ABI没有有关系。
gcc -o 1.o -c 1.c -mthumb -mfloat-abi=softfp objdump -d 1.o- 我们可以看到指令是16位的。
1.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <main>: 0: b580 push {r7, lr} 2: b084 sub sp, #16 4: af00 add r7, sp, #0 6: 6078 str r0, [r7, #4] 8: 6039 str r1, [r7, #0] a: 4b06 ldr r3, [pc, #24] ; (24 <main+0x24>) c: 60fb str r3, [r7, #12] e: 4a06 ldr r2, [pc, #24] ; (28 <main+0x28>) 10: 68fb ldr r3, [r7, #12] 12: 1c10 adds r0, r2, #0 14: 1c19 adds r1, r3, #0 16: f7ff fffe bl 0 <printf> 1a: 2300 movs r3, #0 1c: 1c18 adds r0, r3, #0 1e: 46bd mov sp, r7 20: b004 add sp, #16 22: bd80 pop {r7, pc} 24: 12345678 .word 0x12345678 28: 00000000 .word 0x00000000- 再写一个程序2.c：
int max(int a,int b) { if(a>b) return a; else return b; }2.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <max>: 0: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!) 4: e28db000 add fp, sp, #0 8: e24dd00c sub sp, sp, #12 c: e50b0008 str r0, [fp, #-8] 10: e50b100c str r1, [fp, #-12] 14: e51b2008 ldr r2, [fp, #-8] 18: e51b300c ldr r3, [fp, #-12] 1c: e1520003 cmp r2, r3 20: da000001 ble 2c <max+0x2c> 24: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8] 28: ea000000 b 30 <max+0x30> 2c: e51b300c ldr r3, [fp, #-12] 30: e1a00003 mov r0, r3 34: e28bd000 add sp, fp, #0 38: e8bd0800 pop {fp} 3c: e12fff1e bx lr- 我们让gcc对代码进行优化：
gcc -o 2.o -c 2.c -O12.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <max>: 0: e1510000 cmp r1, r0 4: a1a00001 movge r0, r1 8: b1a00000 movlt r0, r0 c: e12fff1e bx lr- 写一个简单的程序3.c：
int fun(int p[],int index) { return p[index]; }gcc -o 3.o -c 3.c -O1 objdump -d 3.o 3.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <fun>: 0: e7900101 ldr r0, [r0, r1, lsl #2] 4: e12fff1e bx lr- 再写一个简单的程序4.c:
int fun(void) { return 0x12345678; }gcc -o 4.o -c 4.c -O1 objdump -d 4.o 4.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <fun>: 0: e59f0000 ldr r0, [pc] ; 8 <fun+0x8> 4: e12fff1e bx lr 8: 12345678 .word 0x12345678- 再写一个不简单的程序5.c（gcc的优化能力实在是太强了，要写一个程序就看出所有的这些，真是不容易啊。）：
#include<stdio.h> int bb(int a,int b,int c,int d,int e,int f) { printf("Hello world!\n"); return a*b*c*d*e*f; } int cc(int a,int b,int c,int d,int e,int f,int g,int h,int i,int j,int k) { int t1=a+b; int t2=c+d; int t3=e+f; int t4=g+h; int t5=i+j; bb(1,2,3,4,5,6); int t6=t1*t2; int t7=t3*t4; int t8=t6-t7; int t9=t8*t5*k; return t9; //return a*b*c*d*e*f*g*h*i*j*k; }gcc -o 5.o -c 5.c -O1 objdump -d 5.o 5_1.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <bb>: 0: e92d40f8 push {r3, r4, r5, r6, r7, lr} 4: e1a04000 mov r4, r0//r0-r3会被用作作为传参数的寄存器，如果不够就会用堆栈里的。 8: e1a05001 mov r5, r1 c: e1a06002 mov r6, r2 10: e1a07003 mov r7, r3 14: e59f0020 ldr r0, [pc, #32] ; 3c <bb+0x3c> 18: ebfffffe bl 0 <puts> 1c: e0040495 mul r4, r5, r4 20: e0060496 mul r6, r6, r4 24: e0070697 mul r7, r7, r6 28: e59d6018 ldr r6, [sp, #24] 2c: e0070796 mul r7, r6, r7 30: e59d001c ldr r0, [sp, #28] 34: e0000790 mul r0, r0, r7 38: e8bd80f8 pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc} 3c: 00000000 .word 0x00000000 00000040 <cc>: 40: e92d41f0 push {r4, r5, r6, r7, r8, lr}//这个说明caller save r0-r3,lr,callee save r4-r8, //另外，返回地址就在lr上，如果该函数要表用别的函数的话，lr会被推入堆栈。 44: e24dd008 sub sp, sp, #8 48: e0804001 add r4, r0, r1 4c: e0825003 add r5, r2, r3 50: e59d3024 ldr r3, [sp, #36] ; 0x24 54: e59d7020 ldr r7, [sp, #32] 58: e0877003 add r7, r7, r3 5c: e59d302c ldr r3, [sp, #44] ; 0x2c 60: e59d6028 ldr r6, [sp, #40] ; 0x28 64: e0866003 add r6, r6, r3 68: e59d3034 ldr r3, [sp, #52] ; 0x34 6c: e59d8030 ldr r8, [sp, #48] ; 0x30 70: e0888003 add r8, r8, r3 74: e3a03005 mov r3, #5 78: e58d3000 str r3, [sp] 7c: e3a03006 mov r3, #6 80: e58d3004 str r3, [sp, #4] 84: e3a00001 mov r0, #1 88: e3a01002 mov r1, #2 8c: e3a02003 mov r2, #3 90: e3a03004 mov r3, #4 94: ebfffffe bl 0 <bb> 98: e0040495 mul r4, r5, r4 9c: e0060796 mul r6, r6, r7 a0: e0664004 rsb r4, r6, r4 a4: e0080498 mul r8, r8, r4 a8: e59d0038 ldr r0, [sp, #56] ; 0x38 ac: e0000890 mul r0, r0, r8 b0: e28dd008 add sp, sp, #8 b4: e8bd81f0 pop {r4, r5, r6, r7, r8, pc} //至于本地变量的存放问题，因为，开启了优化，本地变量都放在寄存器里面了。如果，不要优化，就可以看到它是先用低地址，再用高地址。- 再写一个简单的程序6.c：
int fun(int a,int b,int c) { return a*b+c; }gcc -o 6.o -c 6.c -O1 objdump -d 6.o 6.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <fun>: 0: e0202091 mla r0, r1, r0, r2 4: e12fff1e bx lr
备注：
此为浙江大学计算机学院嵌入式系统实验报告。
