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汇编调用c函数为什么要设置栈

2021-07-08 19:09:36计算机类访问手机版75

  汇编调用c函数为什么要设置

  计算机领域,堆栈是一个不容忽视的概念,堆栈是两种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构,只能在一端称为栈顶top对数据项进行插入和删除。在单片机应用中,堆栈是个特殊的存储区,主要功能是暂时存放数据和地址,通常用来保护断点和现场。要点:堆,队列优先,先进先出。栈,先进后出First-In/Last-Out。汇编调用c函数为什么要设置栈,下面我们一起来看看。

一.栈的整体作用

  1保存现场/上下文

  2传递参数:汇编代码调用c函数时,需传递参数

  3保存临时变量:包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

二.为什么汇编代码调用c函数需要设置栈

  之前看了很多关于uboot的分析,其中就有说要为C语言的运行,准备好栈。而自己在Uboot的start.S汇编代码中,关于系统初始化,也看到有栈指针初始化这个动作。但是,从来只是看到有人说系统初始化要初始化栈,即正确给栈指针sp赋值,但是却从来没有看到有人解释,为何要初始化栈。所以,接下来的内容,就是经过一定的探究,试图来解释一下,为何要初始化栈。

  要明白这个问题,首先要了解栈的作用。关于栈的作用,要详细讲解的话,要很长的篇幅,所以此处只是做简略介绍。总的来说,栈的作用就是:保存现场/上下文,传递参数,保存临时变量

  1.保存现场/上下文

  现场/上下文,意思就相当于案发现场,总有一些现场的情况,要记录下来的,否则被别人破坏掉之后,你就无法恢复现场了。而此处说的现场,就是指CPU运行的时候,用到了一些寄存器,比如r0,r1等等,对于这些寄存器的值,如果你不保存而直接跳转到子函数中去执行,那么很可能就被其破坏了,因为其函数执行也要用到这些寄存器。因此,在函数调用之前,应该将这些寄存器等现场,暂时保持起来入栈push,等调用函数执行完毕返回后出栈pop,再恢复现场。这样CPU就可以正确的继续执行了。

  保存寄存器的值,一般用的是push指令,将对应的某些寄存器的值,一个个放到栈中,把对应的值压入到栈里面,即所谓的压栈。然后待被调用的子函数执行完毕的时候,再调用pop,把栈中的一个个的值,赋值给对应的那些你刚开始压栈时用到的寄存器,把对应的值从栈中弹出去,即所谓的出栈。

  其中保存的寄存器中,也包括lr的值(因为用bl指令进行跳转的话,那么之前的pc的.值是存在lr中的),然后在子程序执行完毕的时候,再把栈中的lr的值pop出来,赋值给pc,这样就实现了子函数的正确的返回。

  2.传递参数

  C语言进行函数调用的时候,常常会传递给被调用的函数一些参数,对于这些C语言级别的参数,被编译器翻译成汇编语言的时候,就要找个地方存放一下,并且让被调用的函数能够访问,否则就没发实现传递参数了。对于找个地方放一下,分两种情况。一种情况是,本身传递的参数不多于4个,就可以通过寄存器传送参数。因为在前面的保存现场的动作中,已经保存好了对应的寄存器的值,那么此时,这些寄存器就是空闲的,可以供我们使用的了,那就可以放参数。另一种情况是,参数多于4个时,寄存器不够用,就得用栈了。

  3.临时变量保存在栈中

  包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

  4.举例分析C语言函数调用是如何使用栈的

  对于上面的解释的栈的作用显得有些抽象,此处再用例子来简单说明一下,就容易明白了:用:arm-inux-objdump–d u-boot >dump_u-boot.txt可以得到dump_u-boot.txt文件。该文件就是中,包含了u-boot中的程序的可执行的汇编代码,其中我们可以看到C语言的函数的源代码,到底对应着那些汇编代码。

  下面贴出两个函数的汇编代码,一个是clock_init,另一个是与clock_init在同一C源文件中的,另外一个函数CopyCode2Ram:

  (1)clock_init部分的代码可以看到该函数第一行:33d009b0: e3a02313 mov r2, #1275068416 ;0x4c000000就没有我们所期望的push指令,没有去将一些寄存器的值放到栈中。这是因为,我们clock_init这部分的内容,所用到的r2,r3等等寄存器,和前面调用clock_init之前所用到的寄存器r0,没有冲突,所以此处可以不用push去保存这类寄存器的值,不过有个寄存器要注意,那就是r14,即lr,其是在前面调用clock_init的时候,用的是bl指令,所以会自动把跳转时候的pc的值赋值给lr,所以也不需要push指令去将PC的值保存到栈中。而clock_init的代码的最后一行:33d009f8:e1a0f00e mov pc, lr就是我们常见的movpc,lr,把lr的值,即之前保存的函数调用时候的PC值,赋值给现在的PC,这样就实现了函数的正确的返回,即返回到了函数调用时候下一个指令的位置。这样CPU就可以继续执行原先函数内剩下那部分的代码了。

  (2)CopyCode2Ram部分的代码其第一行:33d0091c:e92d4070 push r4, r5, r6, lr就是我们所期望的,用push指令,保存了r4,r5,r以及lr。用push去保存r4,r5,r6,那是因为所谓的保存现场,以后后续函数返回时候再恢复现场,而用push去保存lr,那是因为此函数里面,还有其他函数调用:33d0092c: ebffffef bl 33d008f0

  ......

  33d00984: ebffff14 bl 33d005dc

  ......

  也用到了bl指令,会改变我们最开始进入clock_init时候的lr的值,所以我们要用push也暂时保存起来。而对应地,CopyCode2Ram的最后一行:33d009ac:e8bd8070 pop r4, r5, r6,pc就是把之前push的值,给pop出来,还给对应的寄存器,其中最后一个是将开始push的lr的值,pop出来给赋给PC,因为实现了函数的返回。另外,我们注意到,在CopyCode2Ram的倒数第二行是:33d009a8:e3a00000 mov r0, #0 ;0x0是把0赋值给r0寄存器,这个就是我们所谓返回值的传递,是通过r0寄存器的。此处的返回值是0,也对应着C语言的源码中的“return0”。

  对于使用哪个寄存器来传递返回值:当然你也可以用其他暂时空闲没有用到的寄存器来传递返回值,但是这些处理方式,本身是根据ARM的APCS的寄存器的使用的约定而设计的,你最好不要随便改变使用方式,最好还是按照其约定的来处理,这样程序更加符合规范。

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