ARM架构简明教程
硬件架构与汇编
ARM架构
ARM芯片属于精简指令集计算机(RISC：Reduced Instruction Set Computing)，它所用的指令比较简单，有如下特点：
① 对内存只有读、写指令
② 对于数据的运算是在CPU内部实现
③ 使用RISC指令的CPU复杂度小一点，易于设计
对于上图所示的加法运算a = a + b，在RISC中要使用4条汇编指令：
① 读内存a
② 读内存b
③ 计算a+b
④ 把结果写入内存
问题：在CPU内部，用什么来保存a、b、a+b ？
CPU内部都有R0、R1、……、R15等寄存器；它们可以用来“暂存”数据。
对于R13、R14、R15，还另有用途：
-
R13：别名SP(Stack Pointer)，栈指针
-
R14：别名LR(Link Register)，用来保存返回地址
-
R15：别名PC(Program Counter)，程序计数器，表示当前指令地址，写入新值即可跳转
无论是cortex-M3/M4，还是cortex-A7，CPU内部都有R0、R1、……、R15寄存器；它们可以用来“暂存”数据。下图是cortex-M3/M4、cortex-A7处理器内部的寄存器：
对于R13、R14、R15，还另有用途：
R13：别名SP(Stack Pointer)，栈指针
R14：别名LR(Link Register)，用来保存返回地址
R15：别名PC(Program Counter)，程序计数器，表示当前指令地址，写入新值即可跳转。
汇编指令
常用汇编指令如下：
- 读内存：Load
# 示例
LDR R0, [R1, #4] ; 读地址"R1+4", 得到的4字节数据存入R0
- 写内存：Stroe
# 示例
STR R0, [R1, #4] ; 把R0的4字节数据写入地址"R1+4"
- 加减
ADD R0, R1, R2 ; R0=R1+R2
ADD R0, R0, \#1 ; R0=R0+1
SUB R0, R1, R2 ; R0=R1-R2
SUB R0, R0, \#1 ; R0=R0-1
- 比较
CMP R0, R1 ; 结果保存在PSR(程序状态寄存器)
- 跳转
B main ; Branch, 直接跳转
BL main ; Branch and Link, 先把返回地址保存在LR寄存器里再跳转
C函数内部机制
对于一个C函数，它的本质是各类汇编指令对内存的操作：
-
在内存（栈）里保存寄存器、返回地址
-
在内存（栈）里分配局部变量
-
使用机器码读写内存、计算、跳转
C函数的汇编代码分析
看视频。逐个指令分析一个C函数的汇编码
参数调用规则
在arm中有个ATPCS规则(ARM-THUMB procedure call standard（ARM-Thumb过程调用标准）。约定r0-r15寄存器的用途：
- r0-r3：
调用者和被调用者之间传参数
- r4-r11
在函数里面可能会使用这些寄存器，如果要使用的话，在函数的入口保存它们，在函数的出口恢复它们。
- <img src="C:\Users\MeiHao\AppData\Local\Temp\dsh_docx\pandoc\media/media/image243.png" title="fig:" style="width:4.73056in;height:3.24792in" />
代码示例：
## int delay(unsigned int d) { while (d--); return 0; }
在汇编里调用delay：
ldr r0, =1000000 /* 给delay函数传参数，保存在r0里 */ bl delay cmp r0, #0 /* 返回值保存在r0中 */
栈的作用
栈里面会保存：必要的寄存器（比如LR寄存器）、局部变量。
汇编代码里的__stack_chk_guard
__stack_chk_guard是GCC编译器为了实现栈溢出保护（Stack Smashing Protection，SSP，也称为 ProPolice）而引入的一个关键机制，用于检测栈缓冲区溢出（如缓冲区溢出导致的栈破坏）。
原理为：在栈帧中插入一个随机生成的 “保护值”（guard value），函数返回前检查该值是否被篡改。若被篡改，说明发生了栈溢出，程序会立即终止（避免攻击得逞）。
当编译器启用栈保护（默认在 -O2 及以上优化级别，或显式通过 -fstack-protector 系列选项开启）时，会在函数的栈帧中（通常位于缓冲区和返回地址之间）插入 __stack_chk_guard 的副本。