armv7指令集 C函数调用 堆栈指针SP的变化

    技术2022-07-10  117

    首先说明一下,arm中函数调用不同的编译器可能差别很大,即使都是arm-linux的交叉编译器,也有差别,有的编译器把r7寄存器作为栈帧寄存器(fp),有的把r11寄存器作为栈帧指针(fp),例如arm-linux-gnueabihf-gcc用的r7和arm-linux-gnueabi-gcc用的r11,另外在函数执行开头的处理也不一样

    1. arm-linux-gnueabihf-gcc编译器先给函数中变量分配栈空间,然后将fp和sp指向栈顶

    2. arm-linux-gnueabi-gcc编译器先让fp和sp指向栈顶(栈底),然后再给函数中的变量分配栈空间,之后sp指向新的栈顶,而fp指向的老的栈顶变成了函数的栈底。

    个人感觉第二种比较好理解,但是总而言之,每次函数开始执行都需要保存fp指针到栈空间,这里的被保存fp指针是上一个函数的数据(一般是栈底数据),然后立即将本函数的栈底数据保存到fp指针, 函数调用结束,根据fp的数据恢复sp指针,从而释放结束函数的栈空间。

    这么看来,函数调用需要入栈的数据只有前一个函数的fp指针,然后跳转的时候会将跳转指令bl的下一条指令地址保存到 lr寄存器,方便函数调用结束后返回。当然如果函数入参很多,寄存器不够用,这些参数同样需要入栈。

    下面贴出两种编译器的C代码以及反汇编:

    下面我们看C程序:

    int m = 8; int fun(int a,int b) { int c = 0; c = a + b; return c; } int main() { int i = 4; int j = 5; m = fun(i, j); return 0; }

    使用的编译器是arm-linux-gnueabihf-gcc,针对的芯片是I.Mx6ull,对应的反汇编代码:

    Disassembly of section .text: 00010094 <fun>: 10094: b480 push {r7} 10096: b085 sub sp, #20 10098: af00 add r7, sp, #0 1009a: 6078 str r0, [r7, #4] 1009c: 6039 str r1, [r7, #0] 1009e: 2300 movs r3, #0 100a0: 60fb str r3, [r7, #12] 100a2: 687a ldr r2, [r7, #4] 100a4: 683b ldr r3, [r7, #0] 100a6: 4413 add r3, r2 100a8: 60fb str r3, [r7, #12] 100aa: 68fb ldr r3, [r7, #12] 100ac: 4618 mov r0, r3 100ae: 3714 adds r7, #20 100b0: 46bd mov sp, r7 100b2: f85d 7b04 ldr.w r7, [sp], #4 100b6: 4770 bx lr 000100b8 <main>: 100b8: b580 push {r7, lr} 100ba: b082 sub sp, #8 100bc: af00 add r7, sp, #0 100be: 2304 movs r3, #4 100c0: 607b str r3, [r7, #4] 100c2: 2305 movs r3, #5 100c4: 603b str r3, [r7, #0] 100c6: 6839 ldr r1, [r7, #0] 100c8: 6878 ldr r0, [r7, #4] 100ca: f7ff ffe3 bl 10094 <fun> 100ce: 4602 mov r2, r0 100d0: f240 03e4 movw r3, #228 ; 0xe4 全局变量m的地址 100d4: f2c0 0302 movt r3, #2 100d8: 601a str r2, [r3, #0] 100da: 2300 movs r3, #0 100dc: 4618 mov r0, r3 100de: 3708 adds r7, #8 100e0: 46bd mov sp, r7 100e2: bd80 pop {r7, pc} Disassembly of section .data: 000200e4 <m>: 200e4: 00000008 andeq r0, r0, r8 /* 这里00000008是全局变量m的值,被解读成andeq指令了 */

    使用arm-linux-gnueabi-gcc编译器对应的反汇编代码(参考自https://blog.csdn.net/melody157398/article/details/104454219,个人感觉此文章给的图可能有点不对,但是反汇编代码应该没问题):

    00010400 <fun>: 10400: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!) 10404: e28db000 add fp, sp, #0 10408: e24dd014 sub sp, sp, #20 1040c: e50b0010 str r0, [fp, #-16] 10410: e50b1014 str r1, [fp, #-20] ; 0xffffffec 10414: e3a03000 mov r3, #0 10418: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1041c: e51b2010 ldr r2, [fp, #-16] 10420: e51b3014 ldr r3, [fp, #-20] ; 0xffffffec 10424: e0823003 add r3, r2, r3 10428: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1042c: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8] 10430: e1a00003 mov r0, r3 10434: e24bd000 sub sp, fp, #0 10438: e49db004 pop {fp} ; (ldr fp, [sp], #4) 1043c: e12fff1e bx lr 00010440 <main>: 10440: e92d4800 push {fp, lr} 10444: e28db004 add fp, sp, #4 10448: e24dd008 sub sp, sp, #8 1044c: e3a03004 mov r3, #4 10450: e50b300c str r3, [fp, #-12] 10454: e3a03005 mov r3, #5 10458: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1045c: e51b1008 ldr r1, [fp, #-8] 10460: e51b000c ldr r0, [fp, #-12] 10464: ebffffe5 bl 10400 <fun> 10468: e1a02000 mov r2, r0 1046c: e59f3010 ldr r3, [pc, #16] ; 10484 <main+0x44> 全局变量m的地址 10470: e5832000 str r2, [r3] 10474: e3a03000 mov r3, #0 10478: e1a00003 mov r0, r3 1047c: e24bd004 sub sp, fp, #4 10480: e8bd8800 pop {fp, pc} 10484: 00021024 andeq r1, r2, r4, lsr #32

    个人感觉参考第二份反汇编代码比较好理解堆栈的变化过程,其实函数调用就两个要点:

    1. 要保存好函数自己的栈底地址,保证函数结束栈空间能够正常释放,但只有一个fp指针,所以使用fp指针存储本函数的栈底地址之前,要将上一个函数的栈底地址入栈也就是,现将fp入栈,然后再使用fp保存新的栈底指针。

    2. 使用bl指令,保证函数调用结束能跳回。将bl指令下一条地址保存到lr寄存器中。

    Processed: 0.010, SQL: 9