ARM函數調用過程分析

1.  ARM的棧幀
    先來看看ARM的棧幀布局圖：
    
    上圖描述的是ARM的棧幀布局方式，main stack frame為調用函數的棧幀，func1 stack frame為當前函數(被調用者)的棧幀，棧底在高地址，棧向下增長。圖中FP就是棧基址，它指向函數的棧幀起始地址；SP則是函數的棧指針，它指向棧頂的位置。ARM壓棧的順序很是規矩，依次為當前函數指針PC、返回指針LR、棧指針SP、棧基址FP、傳入參數個數及指針、本地變量和臨時變量。如果函數准備調用另一個函數，跳轉之前臨時變量區先要保存另一個函數的參數。
    ARM也可以用棧基址和棧指針明確標示棧幀的位置，棧指針SP一直移動，相比於x86，ARM更為鮮明的特點是，兩個棧空間內的地址（SP+FP）前面，必然有兩個代碼地址（PC+LR）明確標示着調用函數位置內的某個地址。

 

2.  ARM的匯編指令和棧操作
    ARM微處理器共有37個寄存器，其中31個為通用寄存器，6個為狀態寄存器。但是這些寄存器不能被同時訪問，具體哪些寄存器是可編程訪問的，取決於微處理器的工作狀態及具體的運行模式。但在任何時候，通用寄存器R0～R15、一個或兩個狀態寄存器都是可訪問的。有三個特殊的通用寄存器：
  寄存器R13：在ARM指令中常用作堆棧指針SP
  寄存器R14：也稱作子程序連接寄存器（Subroutine Link Register）即連接寄存器LR
  寄存器R15：也稱作程序計數器PC
    ARM進行函數內壓棧和出棧往往使用如下的語句：
  stmfd sp!, {r0-r9, lr}    ; 滿遞減入棧,給寄存器r0-r9,lr壓棧,sp不斷減4
  ldmfd sp!, {r0-r9, pc}    ; 滿遞減出棧,給寄存器r0-r9出棧，並使程序跳轉回函數的調用點,sp不斷增4
    常用的函數內外跳轉指令有mov和BL，ARM有兩種跳轉方式：
  （1）mov pc, <跳轉地址〉
    這種向程序計數器PC直接寫跳轉地址，能在4GB連續空間內任意跳轉。
  （2）通過 B BL BLX BX 可以完成在當前指令向前或者向后32MB的地址空間的跳轉（為什么是32MB呢？寄存器是32位的，此時的值是24位有符號數，所以32MB？后面再查查看）。B是最簡單的跳轉指令。要注意的是，跳轉指令的實際值不是絕對地址，而是相對地址——是相對當前PC值的一個偏移量，它的值由匯編器計算得出。BL很常用,它在跳轉之前會在寄存器LR(R14)中保存PC的當前內容。BL的經典用法如下：
    bl NEXT       ; 跳轉到NEXT 
    …… 
    NEXT 
    …… 
    mov pc, lr    ; 從子程序返回。

 

 看代碼:

int func(int a, int b, int c, int d)
{
	
	return 1;
}


int main()
{
	int i = 1, j = 2;
	func(i, j, 3, 4);
	return 0;
}

使用arm-linux-gcc編譯后，使用ida打開:

.text:000083D0                 EXPORT main
.text:000083D0 main                                    ; DATA XREF: .text:000082C4o
.text:000083D0                                         ; .text:off_82DCo
.text:000083D0
.text:000083D0 b               = -0x14
.text:000083D0 a               = -0x10
.text:000083D0
.text:000083D0 IP = R12
.text:000083D0 FP = R11
.text:000083D0                 MOV     IP, SP
.text:000083D4                 STMFD   SP!, {FP,IP,LR,PC}
.text:000083D8                 SUB     FP, IP, #4
.text:000083DC                 SUB     SP, SP, #8
.text:000083E0                 MOV     R3, #1
.text:000083E4                 STR     R3, [FP,#a]
.text:000083E8                 MOV     R3, #2
.text:000083EC                 STR     R3, [FP,#b]
.text:000083F0                 LDR     R0, [FP,#a]
.text:000083F4                 LDR     R1, [FP,#b]
.text:000083F8                 MOV     R2, #3
.text:000083FC                 MOV     R3, #4
.text:00008400                 BL      func
.text:00008404                 MOV     R3, #0
.text:00008408                 MOV     R0, R3
.text:0000840C                 SUB     SP, FP, #0xC
.text:00008410                 LDMFD   SP, {FP,SP,PC}
.text:00008410 ; End of function main

可以發現，在main函數中，使用IP(R12)暫時保存棧指針sp,然后使用堆棧操作指令stmfd將棧幀(FP)、IP、程序返回地址(LR)、程序計數器（PC）壓棧，以保護現場，然后使用sub fp,ip,#4使fp指向當前函數棧幀的棧底，sub sp,sp,#8，為當前函數局部變量分配看空間。接下來通過寄存器傳遞參數r1,r2,r3,r4。使用BL指令調用函數，BL指令同時也會將當前指令的下一條指令地址賦給LR,以跳轉回來。最后使用ldmfd恢復現場。

.text:000083A0 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
.text:000083A0
.text:000083A0 ; Attributes: bp-based frame
.text:000083A0
.text:000083A0                 EXPORT func
.text:000083A0 func                                    ; CODE XREF: main+30p
.text:000083A0
.text:000083A0 var_1C          = -0x1C
.text:000083A0 var_18          = -0x18
.text:000083A0 var_14          = -0x14
.text:000083A0 var_10          = -0x10
.text:000083A0
.text:000083A0                 MOV     R12, SP
.text:000083A4                 STMFD   SP!, {R11,R12,LR,PC}
.text:000083A8                 SUB     R11, R12, #4
.text:000083AC                 SUB     SP, SP, #0x10
.text:000083B0                 STR     R0, [R11,#var_10]
.text:000083B4                 STR     R1, [R11,#var_14]
.text:000083B8                 STR     R2, [R11,#var_18]
.text:000083BC                 STR     R3, [R11,#var_1C]
.text:000083C0                 MOV     R3, #1
.text:000083C4                 MOV     R0, R3
.text:000083C8                 SUB     SP, R11, #0xC
.text:000083CC                 LDMFD   SP, {R11,SP,PC}
.text:000083CC ; End of function func
.text:000083CC
.text:000083D0
.text:000083D0 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================

參考:
http://blog.chinaunix.net/uid-16459552-id-3364761.html
http://m.blog.csdn.net/blog/u011405813/41899197