ARM架构中的程序执行与调用

ARM架构中的程序执行与调用 1. 几个名词

ABI ：

可执行文件必须遵守的规范，以在特定执行环境中运行；

单独产生的可重定址的文件必须遵守的规范，以用来链接和执行。

EABI:
适用于嵌入式环境的ABI

PCS：
程序调用规范（Procedure Call Standard）

AAPCS：
PCS for ARM Architecture
AAPCS定义了单独编译、单独汇编的程序是如何一起工作的。

Routine、subroutine
控制可以进入的一段程序，调用之后，可以将控制返回给它的调用者。这里可分别理解为程序调用者、被调用者

Procedure:
A routine returns no result value.

Function；
A routine returns a result value.

Active stack、call-frame stack:
调用者栈帧

2. 数据类型 2.1 基础数据类型

整型
unsigned byte(8), signed byte(8), unsigned half-word(16), signed half-word(16), unsigned word(32), signed word(32), unsigned double-word(64), signed double-word(64)

浮点型
half precision(2), single precision(4), double precision(8)

容器向量
64-bit vector(8)，128-bit vector(16)

指针
数据指针(4)，指令指针(4)

字节序

从软件视角看，内存是字节的阵列，每一个字节都是可寻址的。

小端字节序
数据在内存中，数据的最低字节放在内存中最低地址上。

大端字节序
数据在内存中，数据的最低字节放在内存中的最高地址上。

复合类型

an aggregate, 类似于C中的结构体, where the members are laid out sequentially in memmory

a union, 枚举类型内的元素有相同的地址

数组， 相同类型数据的集合，连续地址存储

2.2 数据对齐

数据自身对齐
比如，byte对齐为1个字节，word对齐为4个字节。如果数据的对齐值为N，则该数据的存放地址位于N的整数倍的位置，即“数据地址 % N == 0”。

结构体对齐值
结构体成员中最大的对齐值即为结构体对齐值。同样，该结构体存放的地址为对齐值N的整数倍。

在C中可以使用 #pragma pack(N) 来指定对齐值

下面以C语言为例，看一下结构体的对齐方式：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef struct s{ int a; char b; long long c; short d } s; s t; int main(void) { char *c; t.a = 1; t.b = 1; t.c = 1; t.d = 1; printf("size of t is %d\n", sizeof(t)); for(c = (char*)&t + sizeof(t) -1; c>=(char*)&t; c--) { printf("0x%x: |--%x--|\n",c,*c); } return 0; }

程序输出如下：

size of t is 24 0x40ea3f: |--0--| 0x40ea3e: |--0--| 0x40ea3d: |--0--| 0x40ea3c: |--0--| 0x40ea3b: |--0--| 0x40ea3a: |--0--| 0x40ea39: |--0--| 0x40ea38: |--1--| 0x40ea37: |--0--| 0x40ea36: |--0--| 0x40ea35: |--0--| 0x40ea34: |--0--| 0x40ea33: |--0--| 0x40ea32: |--0--| 0x40ea31: |--0--| 0x40ea30: |--1--| 0x40ea2f: |--0--| 0x40ea2e: |--0--| 0x40ea2d: |--0--| 0x40ea2c: |--1--| 0x40ea2b: |--0--| 0x40ea2a: |--0--| 0x40ea29: |--0--| 0x40ea28: |--1--|

可以看出这是小端字节序，即数据的最低字节存放在最低地址。b的存放位置位于0x40ea2c地址处，虽然只占一个字节。但是由于成员c是8字节对齐的，c的起始地址8位对齐，所以c应该位于0x40ea30，0x40ea2d到0x40ea2f这三个字节是为了对齐而扩充的。而该结构体的对齐值为成员的最大对齐值也为8，所以最后一个成员d，虽然只占2字节，但是需要扩充的8字节对齐。

3. 程序调用

ARM架构定义了一组核心指令集和一些有协处理实现的附加指令。核心指令集可以访问核心寄存器，协处理器合一提供附加的寄存器用于某些特殊操作。

3.1 ARM寄存器