安卓逆向:重温Thumb汇编指令的细节

小道安全

发布于 2021-01-18 11:20:20

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发布于 2021-01-18 11:20:20

主要内容 1.Thumb指令集详解 2.Thumb直接访问的寄存器 3.Thumb指令集组成部分详解 4.Thumb和arm状态切换 5.Thumb的常见应用场景

1.Thumb指令集详解

•ARM处理器支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。•ARM指令集指令长度为32位，Thumb指令集指令长度为16位。在16位外部数据总线宽度下，ARM处理器上使用Thumb指令的性能要比使用ARM指令的性能更好。•存在Thumb指令的意义：兼容数据总线宽度为16位的应用系统。

2.Thumb直接访问的寄存器

3.Thumb指令集组成部分

•3.1.Thumb数据处理指令

•3.2.分支跳转指令

•3.3.寄存器加载存储指令(单寄存器、多寄存器)

•3.4.杂项指令•SWI：软中断指令指令格式如下：

  SWI  immed_8
  其中：immed_8 8 位立即数，值为0～255 之间的整数。
  SWI 指令举例如下：
  SWI 1 ;软中断，中断立即数为0
  SWI 0x55 ;软中断，中断立即数为0x55
  使用SWI 指令时，通常使用以下两种方法进行传递参数，SWI 异常中断处理程序可以提供相关的服务，这两种方法均是用户软件协定。SWI 异常中断处理程序要通过读取引起软中断的SWI 指令。以取得8 位立即数。
  （A）指令中8 位的立即数指定了用户请求的服务类型，参数通过用寄存器传递。
            MOV R0,#34 ;设置子功能号为34
            SWI 18 ;调用18 号软中断
  （B）指令中的8 位立即数被忽略，用户请求的服务类型由寄存器R0 的值决定，参数通过其它的通用寄存器传递。
          MOV R0,#18 ;调用18 号软中断
          MOV R1,#34 ;设置子功能号为34
          SWI 0

4.Thumb和ARM状态切换

•ARM/Thumb之间的状态切换是通过一条专用的转移交换指令BX来实现的

汇编格式：BX{} Rm 功能：BX 指令跳转到指令中所指定的目标地址，并实现状态的切换。Rm 是一个表达目标地址的寄存器。当Rm 中的最低位Rm[0] 为 1 时，强制程序从ARM 指令状态跳到Thumb 指令状态；当 Rm 中的最低位Rm[0]为0 时，强制程序从Thumb 指令状态跳到ARM 指令状态。

BX 指令示例

  CODE32      ；ARM 程序段，32 位编码
  arm1   ADR R0,thumb1+1  ；把thumb1 所在地址赋给R0 ,末位R0[0] 置1 ，要跳转THUMB 指令集
  MOV LR,PC   ；设置返回地址
  BX R0     ；跳转
  ADD R1,R2,#2    ；返回地址处，第4 条指令
  CODE16  ；THUMB 程序段， 16 位编码
  thumb1  ADD R1,R3,#1   ；THUMB 程序
  BX LR ；跳转到返回地址处，执行第4 条指令

以上示例分析：说明了带状态切换的子程序调用和返回结构，ARM 程序段执行MOV LR,PC 语句时将返回地址保存到了LR 寄存器中。执行到BX 语句时，PC 指向下一个要执行的语句，此时PC(R15) 中的值为下一个语句ADD 指令所在的地址，并根据R0 中的bit[0] 实现了由ARM 状态切换到Thumb 状态。从而调用Thumb 子程序，子程序调用完后使用BX LR 指令，从而实现了子程序调用的返回并切换到ARM 状态。