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S3C2440④ | ARM-THUMB子程序调用规则ATPCS
其实，对于ARM处理器，在ARM指令集汇编程序和THUMB指令集汇编程序中制定了子程序调用的规则 —— ATPCS规则，这个规则包括：寄存器使用规则数据栈使用规则参数传递规则1.寄存器使用规则ARM处理器中有（指向栈顶）R12ip子程序内部调用的scratch寄存器R11v8ARM状态局部变量寄存器8R10v7ARM状态局部变量寄存器7R9v6ARM状态局部变量寄存器6R8v5ARM状态局部变量寄存器5R7v4ARM状态局部变量寄存器4R6v3ARM状态局部变量寄存器3R5v2ARM状态局部变量寄存器2R4v1ARM状态局部变量寄存器1R3a4参数结果scratch寄存器4R2a3参数结果scratch寄存器3R1a2参数结果scratch寄存器2R0a1参数结果scratch寄存器1总结如下：子程序间通过寄存器R0-R3传递参数和返回结果；子程序中通过寄存器R4-R11保存局部变量；寄存器R12用作子程序间scratch寄存器；寄存器R13用作数据栈指针，指向栈顶；寄存器R14用作链接寄存器，保存子程序的返回地址；寄存器R15用作程序计数器；2.X86与Arm的差异
ARM基于RISC指令集指令少：有些指令集也就100多条，甚至少于100条指令ARM指令只能处理寄存器内的数据，内存数据只能通过loadstore访问存储器，将内存的数据读取到寄存器，经过指令处理后，再将数据存储到内存中例如将内存0x70009中的数值加1，X86的指令为add ,1即可，而arm指令则需要先将0x70009地址的数据通过load指令加载到R1寄存器中，然后再ADD R1 R1 #1(即R1=R1+1在ARM中大多数指令可以用于分支跳转的条件判断。ARM的两种运行模式ARM模式Thumb模式ARM架构在ARMv3之前是小端排序（Little Endian）的，在那之后，ARM处理器提供一个配置项，可以通过配置在大端和小端之间切换。X86基于CISC指令集指令多：约几百条指令，指令集庞大，功能丰富，一条指令可能可以替代多条RISC指令允许进行复杂的内存访问操作立即寻址直接寻址基址变址寻址寄存器间接寻址寄存器寻址寄存器相对寻址拥有的寄存器数量比arm（1）| 基础知识
今天来介绍一下arm裸机部分的知识。这些主要是一些关于arm内核的基础知识，理解这些，对后面的编程非常有帮助。（3）各种模式的切换，可以是程序员通过代码主动切换（通过写CPSR寄存器），也可以是CPU在某些情况下自动切换。（4）各种模式下权限和可以访问的寄存器不同。三、arm的37个通用寄存器?注意：1、ARM总共有37个寄存器，但是每种模式下最多只能看到18个寄存器，其他寄存器虽然名字相同但是在当前模式不可见。2、对r13这个名字来说，在ARM中共有6个名叫r13（又叫sp）的寄存器，但是在每种特定处理器模式下，只有一个r13是当前可见的，其他的r13必须切换到他的对应模式下才能看到。这种设计叫影子寄存器（banked register）四、ARM的异常处理方式异常向量表：所有的CPU都有异常向量表，这是CPU设计时就设定好的，是硬件决定的。arm上backtrace的分析与实现原理
1.1 寄存器与汇编指令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。但是往往这些寄存器都不能同时被访问，需要在特定的模式下访问特定的指令。有三个特殊的通用寄存器：R13：在ARM指令中常用作堆栈指针SPR14：也称作子程序连接寄存器（Subroutine Link Register）即连接寄存器LRR15：也称作程序计数器PC还有一个寄存器2.1 APCSARM过程调用标准规范了arm寄存器的使用、过程调用时 出栈和入栈的约定。如下图示意。?栈回溯中输出的寄存器的值是入栈时保存起来的寄存器值。它的原理是记录每个函数的入栈指令(一般比APCS的入栈要少的多)到特殊的段.ARM.unwind_idx .ARM.unwind_tab。04总结对于arm32体系架构的backtrace基本原理可以参考如上的描述，其中最核心的部分是每个函数的栈中寄存器地址指向的是上个函数的地址，所以利用这个特性，就可以一级一级的跟踪下去，从而实现栈的回溯功能ARM cortex 内核编程模式
ARM cortexM4 内核的编程模式，处理器模式和软件执行的特权级别简介处理器模式处理器模式包含： 线程模式：常用来执行应用软件，处理器复位后，进入线程模式执行应用软件。内核寄存器cortex M4内核寄存器主要有：?R0~R12 通用寄存器，32位的为数据操作的通用寄存器。MSP，PSP，main堆栈指针，处理器堆栈指针，R13LR，链接寄存器， R14PC，程序计数器， R15PSR，程序状态寄存器ASPR，应用程序状态寄存器IPSR，中断程序状态寄存器EPSR，执行程序状态寄存器PRIMASK,优先级屏蔽掩码寄存器FAULTMASK,错误屏蔽掩码寄存器BASEPRI,基本优先级屏蔽掩码寄存器CONTROL, 控制寄存器具体的寄存器操作以及使用请参照ARM官方文档，部分寄存器我们在前面的ARM相关课程里已经讲过了，这里不赘述，如果记不住也没关系，在具体项目应用时候在参照官方文档，但了解这些内核知识还是很必要的，尤其是要做驱动开发时候和理解汇编语言时候。通过反汇编理解函数调用机制（x86和ARM）
在分析上面的汇编程序之前，需要了解rbp、rsp为栈基址寄存器、栈顶寄存器，分别指向栈底和栈顶；edx、eax、esi、edi均为x86CPU上的通用寄存器，可以存放数据（虽然它们还有别的作用，但是本文章不涉及使用arm-linux-gcc编译并反汇编：arm-linux-objdump -D -m arm a.out得到arm机器的汇编代码（除去一些初始化的代码）如下：??这段代码的解析与x86类似，只不过需要了解几个arm汇编指令和寄存器名称。fp为帧寄存器，起“标签”作用。lr是连接寄存器，在ARM体系结构中lr的用途有两种：一是用来保存子程序返回地址；二是当异常发生时，lr保存的值等于异常发生时PC的值减4（或者减2），因此在各种异常模式下可以返回到异常发生前的相应位置继续执行ARM为堆栈提供硬件支持，它有一个专门的寄存器sp指向栈顶，ARM支持四种堆栈工作方式，最常用的也是和x86类似，即从高地址向低地址生长。深入iOS系统底层之CPU寄存器介绍
X0-X30, XZR arm64 32 W0-W30, WZR 如果你仔细观察一些汇编代码中的寄存器的使用，其实你会发现一些特点：在x64体系中RAX以及arm64体系中的X0一般都用来保存函数的返回值；而在arm64体系中则分别保存在X0,X1,X2,....中。arm64体系中的XZR,WZR表示为一个特殊的寄存器，就是用来表示0arm64体系中的X8一般用来表示全局变量或者常量的偏移地址。arm64中的X29寄存器特殊用于保存函数栈的基址寄存器(X29也叫FP)，所以一般不能用于其他用途。，除了一些浮点数状态和控制寄存器(比如四舍五入的处理方式等)外主要就是一些保存浮点数的寄存器： 体系结构 长度 名称 x64 128 XMM0 - XMM15 arm64 64 D0 - D31 arm64体系结构 长度 名称 x64 64 RIP x64 32 EIP arm64 64 PC, LR 这里再看一下arm64体系下的PC和LR寄存器，我们先看下面一张图：?iOS逆向工程之Hopper中的ARM指令
现在看ARM指令集还是倍感亲切的，毕竟大学里开了ARM这门课，并且做了不少的实验，当时自我感觉ARM这门课学的还是可以的。一、Hopper中的ARM指令ARM处理器就不多说了，ARM处理器因为低功耗等原因，所以大部分移动设备上用的基本上都是ARM架构的处理器。貌似有点跑偏了，今天的主题是ARM指令集，Hopper的东西就不做过多赘述了。二、ARM指令集综述ARM指令主要是对寄存器，栈、内存的操作。寄存器位于CPU中，个数少速度快，ARM指令集中大部分指令都是对寄存器操作，但有些指令是对栈和内存的操作。下方会对操作栈、寄存器以及内存的指令进行介绍。所以我们假设R0,R1,R2,R3寄存器中分别由低到高存储着第一个数字，而R4, R5, R6, R7存储着第二个数字。下方就是两个128数字相加操作的ARM汇编指令。arm（2）| 汇编指令和伪指令
arm汇编有两种风格，ARM官方的ARM汇编风格：指令一般用大写、Windows中IDE开发环境（如ADS、MDK等）常用。如：LDR R0, 。GNU风格的ARM汇编：指令一般用小写字母、linux中常用。如：ldr r0, 。二、arm汇编特点ARM汇编特点1：LDRSTR架构。ARM采用RISC架构，CPU本身不能直接读取内存，而需要先将内存中内容加载入CPU中通用寄存器中才能被CPU处理。ldr（load register）指令将内存内容加载入通用寄存器。str（store register）指令将寄存器内容存入内存空间中。ldrstr组合用来实现 ARM CPU和内存数据交换。ARM汇编特点2：8种寻址方式。, {r0 - r6, pc}^^的作用：在目标寄存器中有pc时，会同时将spsr写入到cpsr，一般用于从异常模式返回。那么arm汇编指令就暂时介绍这几个，接下来介绍几个伪指令。R0~R16寄存器作用
如果被调用函数使用了这些寄存器，它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。R11- fp(frame pointer)寄存器即可以用来记录回溯信息,也可以当做局部变量来使用R12-内部调用暂时寄存器 ip它在过程链接胶合代码（例如，交互操作胶合代码）中用于此角色。它们通常指向各模式所对应的专用堆栈，也就是ARM处理器允许用户程序有六个不同的堆栈空间,ARM处理器中的R13被用作SP。R14-链接寄存器 LR在ARM体系结构中LR的特殊用途有两种：一是执行子程序调用指令（BL ）时，会自动完成将当前的PC的值减去4的结果数据保存到LR寄存器。是因为arm流水线,也就是执行第1条指令,第2条指令进行译码，将第3条指令从存储器中取出,那么pc当前等于pc+8所以在异常发生时,此时lr=pc+8,但是pc+4是没有被执行的，所以异常返回时需要返回到ARM中断处理过程
以s3c2440 ARM9核为例：一:s3c2440 ARM处理器特性： 1、S3C2440支持60个中断源，含子中断源； 2、ARM9采用五级流水线方式； 3、支持外部中断和内部中断；二、s3c2440支持的寄存器：2.1 外部中断寄存器 24个外部中断占用GPF0-GPF7（EINT0-EINT7），GPG0-GPG15（EINT8-EINT23）。2.2 内部中断寄存器 内部中断有8个寄存器。INTPND：中断优先级仲裁器选出优先级最高中断后，这个中断在INTPND寄存器中的相应位被置1，随后，CPU进入中断模式处理它。同一时间内，此寄存器只有一位被置1。 3、在ISR中通过读取外设的相关的寄存器来识别中断的类型，并进行相应的处理。 4、清除中断：通过读写相关中断控制寄存器和外设相关寄存器来实现。ARM的体系结构。
示例处理器 - Cortex-M3 • ARMv8 架构 ARMv8-A 将 64 位体系结构支持引入 ARM 体系结构中，其中包括： • 64 位通用寄存器、SP(堆栈指针)和 PC(程序计数器NEON 技术是通过清晰方式构建的，并可无缝用于其本身的独立流水线和寄存器文件。 它具有 32 个寄存器，64 位宽(是 16 个寄存器，128 位宽的双倍视图。) NEON 指令可执行“打包的 SIMD”处理： 寄存器被视为同一数据类型的元素的矢量 数据类型可为：有符号无符号的 8 位、16 位、32 位、64 位单精度浮点 指令在所有通道中执行同一操作? nbsp; 通过具有双 128 位64 位视图的大型 NEON 寄存器文件，可有效处理数据并尽可能减少对内存的访问，从而增加了数据吞吐量。764261140ARM cortex-M4 软件复位设计
在嵌入式开发项目过程中，经常需要执行软件复位，基于ARM cortex-M4核的芯片，通过控制系统控制模块(System Control Block)的中断和复位寄存器可以实现设备的软件复位, 这种复位实现软件从开始运行寄存器介绍基于ARM cortex-M4内核的芯片软件复位功能的实现是通过应用中断和复位控制寄存器(AIRCR)实现的,复位只与寄存器中的第2位，16~31位有关。下图是寄存器位的详细描述。??如果想写这个寄存器，必须先给VECTKEY域写0x5FA，负责寄存器将忽略写操作。SYSRESETREQ位，为系统复位请求位，写0，无复位请求，写1请求复位。这一位是只写位，读为0。实现方案知道了寄存器的定义后，如何通过软件来实现复位这一功能呢，有两种方案。一种是直接调用ARM公司提供的core_cm4.h文件中的复位函数。对照寄存器，这个函数应该很好理解，ARM公司提供的是内联函数。ARM coretex M4 系统定时器
系统定时器SysTick简介今天我们来讲讲ARM cortex M4核系统定时器system Timer，处理器核有一个24位的系统定时器SysTick，可以用来作为系统工作的滴答时钟，从装载值向下计数到零相关寄存器与系统定时器相关的寄存器主要有SysTick控制和状态寄存器，重装在寄存器，当前值寄存器，校准寄存器。?控制和状态寄存器主要是使能和配置SysTick功能，以及定时器计数到0状态指示位。关于这些寄存器的具体位定义可以参考ARM官方文档，这里不在赘述，在编程使用操作系统定时器Systick时候，需要仔细阅读这些寄存器的含义。软件方案在core_cm4.h文件中，ARM已经提供了对系统定时器的操作函数** brief System Tick Configuration The function initializes the如果是自己编码实现，建议按照ARM官方文档的说明进行操作，其实小猿建议大家使用ARM或者芯片厂商提供的已有函数。嵌入式程序猿微信号:InterruptISR图说ARM架构知识
ARM架构分为系统架构、安全架构、CPU架构。?CPU架构主要是指系统架构上的芯片实现。安全架构主要是指PSA，前面介绍过。请参考：ARM公司PSA平台架构介绍系统架构包括：?从上图可以看出ARM现在主流的架构就是V7和V8两个系列，对应的有A、R、M分别对应应用处理器、实时工控处理器、微控制器。除此之外，ARM还有安全处理器系统。前面有介绍。从华为手机盾聊一下ARM公司的安全处理器 ?ARMv7 后ARM公司改革了以前的冗长的命名方法，统一用 Cortex 作为主名。现在主流芯片使用的是V7、V8架构，下面一个图表显示出两者的异同。?SIMD Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流，能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集。具体ARM芯片型号参考文档《Arm-Cortex-processors-public-August-2017》。
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