杂项记录 arm64 的一些特性

函数返回值：arm64 规定了整数型返回值放在 x0 寄存器里

sp（栈空间）字节对齐：该临时变量占用 4字节空间；又因为 arm64 下对于使用 sp 作为地址基址寻址的时候，必须要 16byte-alignment（对齐），所以申请了 16字节空间作为临时变量使用。具体参见这里。

指令模式

Thumbe 或 Arm32 或 Arm64

在一段代码的开头有 .CODE16 CODE32 CODE64

IDA 中按 ALT+G 选择 T （T是虚拟寄存器，当值手动赋值为1表示是 Thumbe 指令解析模式， 0 则是 ARM指令解析模式）

svc 0 和 swi 0 指令

分析 __bionic_clone.S ,在 libc.so 中

arm32:

源码

/bionic/libc/arch-arm/bionic/__bionic_clone.S

    # Make the system call.

    ldr     r7, =__NR_clone

    swi     #

/bionic/libc/kernel/uapi/asm-arm/asm/unistd.h

#define __NR_SYSCALL_BASE

#define __NR_clone (__NR_SYSCALL_BASE + )   //=0x78

指令

/system/lib/libc.so

.text:0001712C LDR R7, =0x78    //0x78=__NR_clone

.text: SVC

svc 指令机器码（小端）：00 00 00 EF

‭1110 1111 0000 0000 0000000000000000‬

根据最后的附录的表的倒数第二个

swi 指令的 0~31位中的 4~7位为 1111，从机器码角度可以看到 SWI 指令就是 SVC指令

源码 swi > svc

R7 向内核传递系统调用号

arm64:

源码：

/bionic/libc/arch-arm64/bionic/__bionic_clone.S

    # Make the system call.

    mov     x8, __NR_clone

    svc     #

/bionic/libc/kernel/uapi/asm-arm64/asm/unistd.h

#include <asm-generic/unistd.h>

转去看

/bionic/libc/kernel/uapi/asm-generic/unistd.h

#define __NR_clone      //=0xDC

指令

/system/lib64/libc.so

.text:000000000001B9A4 MOV X8, #0xDC          //0xDC = __NR_clone

.text:000000000001B9A8 SVC

svc 指令机器码（小端）：01 00 00 D4

网上没有找到ARM64 的二进制机器码格式表格所以，而ARM64的二进制机器码发生了改变。。。。

所以看起来是同一个指令

源码 svc -> svc

x8 用于向内核传递系统调用号

svc的 thumb，arm32，arm64 的格式都不太一样

svc指令官方手册：

Supervisor call to allow application code to call the OS. It generates an exception targeting exception level 1 (EL1). （生成一个异常级别1 的异常）

Supervisor Call causes an exception to be taken to EL1.

Arm®v8架构定义了四个异常级别，从EL0到EL3，其中EL3是最高的异常级别，具有最多的执行特权。在接受异常时，异常级别可以增加或保持不变，而从异常返回时，异常级别可以减少或保持不变。

EL0　　Applications. 应用

EL1　　OS kernels and associated functions that are typically described as privileged. 系统内核

EL2　　Hypervisor. （硬件辅助虚拟化。arm目前采用的是硬件辅助虚拟化的方式,即在处理器模式上增加了el2级别,将hypervisor运行在el2上。将hypervisor与VM kernel运行在不同的模式下，VM运行在一个受控模式，hypervisor可以配置哪些敏感指令是否触发异常。总的来说目的是为了捕获敏感指令以触发异常。 https://blog.csdn.net/zgy666/article/details/79238646）

EL3　　Secure monitor.

arm32指令机器码表格：

Thumb SVC 指令

系统调用号如何获取？用哪个寄存器？

官方文档：

问题：

为什么我们看到 arm32下，使用 svc 指令陷入内核调用 __NR_clone 的参数是用 R7 传递而不是 R0~R3 ？ arm官方推荐R0-R3 ，但Linux内核实现用的是R7 ，X8 ？对吗

从 swi 陷入内核看起，调用swi 指令后，cpu会产生一个中断信号，因为是swi指令产生的，所以会将pc赋值为中断向量表基地址 + 0x8

此处有一条跳转指令

这张表定义在 /arch/arm/kernel/entry-armv.S

...
1131 .equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start
1133    .globl    __vectors_start

1134__vectors_start:

 ARM(    swi    SYS_ERROR0    )

 THUMB(    svc    #        )           //一个表项32位，一条thumb指令16位，所以第一个表项 用了2个 thumb沾满了32位，第一个指令是 svc 0 ，第二个是 nop，用于cpu复位后调用

 THUMB(    nop            )

    W(b)    vector_und + stubs_offset

    W(ldr)    pc, .LCvswi + stubs_offset        //这里是我们关注的 swi 的中断向量跳转   指令 = ldr pc, .LCvswi + stubs_offset

    W(b)    vector_pabt + stubs_offset

    W(b)    vector_dabt + stubs_offset

    W(b)    vector_addrexcptn + stubs_offset

    W(b)    vector_irq + stubs_offset

    W(b)    vector_fiq + stubs_offset

    .globl    __vectors_end

1147__vectors_end:
...

.LCvswi:

    .word    vector_swi

/arch/arm/kernel/entry-common.S

353ENTRY(vector_swi)

    sub    sp, sp, #S_FRAME_SIZE

    stmia    sp, {r0 - r12}            @ Calling r0 - r12

 ARM(    add    r8, sp, #S_PC        )

 ARM(    stmdb    r8, {sp, lr}^        )    @ Calling sp, lr

 THUMB(    mov    r8, sp            )

 THUMB(    store_user_sp_lr r8, r10, S_SP    )    @ calling sp, lr

    mrs    r8, spsr            @ called from non-FIQ mode, so ok.

    str    lr, [sp, #S_PC]            @ Save calling PC

    str    r8, [sp, #S_PSR]        @ Save CPSR

    str    r0, [sp, #S_OLD_R0]        @ Save OLD_R0

    zero_fp

    /*

     * Get the system call number.      获取系统调用号

     */

#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)

    /*

     * If we have CONFIG_OABI_COMPAT then we need to look at the swi

     * value to determine if it is an EABI or an old ABI call.

     */

#ifdef CONFIG_ARM_THUMB

    tst    r8, #PSR_T_BIT

    movne    r10, #                @ no thumb OABI emulation

    ldreq    r10, [lr, #-]            @ get SWI instruction

#else

    ldr    r10, [lr, #-]            @ get SWI instruction

  A710(    and    ip, r10, #0x0f000000        @ check for SWI        )

  A710(    teq    ip, #0x0f000000                        )

  A710(    bne    .Larm710bug                        )

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8

    rev    r10, r10            @ little endian instruction

#endif

#elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*

     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).

     */

  A710(    ldr    ip, [lr, #-]            @ get SWI instruction    )

  A710(    and    ip, ip, #0x0f000000        @ check for SWI        )

  A710(    teq    ip, #0x0f000000                        )

  A710(    bne    .Larm710bug                        )

#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)

    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */

    tst    r8, #PSR_T_BIT            @ this is SPSR from save_user_regs

    addne    scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in

    ldreq    scno, [lr, #-]

#else

    /* Legacy ABI only. */

    ldr    scno, [lr, #-]            @ get SWI instruction

  A710(    and    ip, scno, #0x0f000000        @ check for SWI        )

  A710(    teq    ip, #0x0f000000                        )

  A710(    bne    .Larm710bug                        )

#endif

#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

    ldr    ip, __cr_alignment

    ldr    ip, [ip]

    mcr    p15, , ip, c1, c0        @ update control register

#endif

    enable_irq

    get_thread_info tsk

    adr    tbl, sys_call_table        @ load syscall table pointer

#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)

    /*

     * If the swi argument is zero, this is an EABI call and we do nothing.

     *

     * If this is an old ABI call, get the syscall number into scno and

     * get the old ABI syscall table address.

     */

    bics    r10, r10, #0xff000000

    eorne    scno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE

    ldrne    tbl, =sys_oabi_call_table

#elif !defined(CONFIG_AEABI)

    bic    scno, scno, #0xff000000        @ mask off SWI op-code

    eor    scno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE    @ check OS number

#endif

    ldr    r10, [tsk, #TI_FLAGS]        @ check for syscall tracing

    stmdb    sp!, {r4, r5}            @ push fifth and sixth args

#ifdef CONFIG_SECCOMP

    tst    r10, #_TIF_SECCOMP

    beq    1f

    mov    r0, scno

    bl    __secure_computing

    add    r0, sp, #S_R0 + S_OFF        @ pointer to regs

    ldmia    r0, {r0 - r3}            @ have to reload r0 - r3

:

#endif

    tst    r10, #_TIF_SYSCALL_WORK        @ are we tracing syscalls?

    bne    __sys_trace

    cmp    scno, #NR_syscalls        @ check upper syscall limit

    adr    lr, BSYM(ret_fast_syscall)    @ return address

    ldrcc    pc, [tbl, scno, lsl #]        @ call sys_* routine

    add    r1, sp, #S_OFF

:    mov    why, #                @ no longer a real syscall

    cmp    scno, #(__ARM_NR_BASE - __NR_SYSCALL_BASE)

    eor    r0, scno, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number back

    bcs    arm_syscall

    b    sys_ni_syscall            @ not private func

468ENDPROC(vector_swi)

if def 的嵌套：

//1.
//现场保护：保存寄存器到内存

//2.
//从swi 指令的立即数处获取系统调用号
#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
　　　　#ifdef CONFIG_ARM_THUMB
　　　　#else
　　　　#end

　　　　#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
　　　　#end
#elif defined(CONFIG_AEABI)
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
#else
　　//遗留ABI
#end

。。。

//3.

//获取系统调用表基地址到 tbl（r8）

adr tbl, sys_call_table @ load syscall table pointer
。。。

//4.
//如果 swi 指令的立即数是0，那么表示是EABI调用。
//如果是旧ABI调用，则从scno 获取系统调用号，并获得旧ABI系统调用表的地址
//scno 是什么？ r7寄存器别称，纯EABI用户空间总是将syscall号放入scno (r7)。 SystemCallNO
#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
#elif !defined(CONFIG_AEABI)
#endif

。。。

//5.

ldrcc pc, [tbl, scno, lsl #2] @ call sys_* routine
。。。

.type sys_call_table, #object
ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"

tbl，scno 等定义在文件

/arch/arm/kernel/entry-header.S

/*

 * These are the registers used in the syscall handler, and allow us to

 * have in theory up to  arguments to a function - r0 to r6.    允许携带7个参数给方法  r0~r6

 *

 * r7 is reserved for the system call number for thumb mode.      r7 是在thumb模式下的保留的系统调用号寄存器

 *

。。。 */

176scno    .req    r7        @ syscall number

177tbl    .req    r8        @ syscall table pointer

178why    .req    r8        @ Linux syscall (!= )

179tsk    .req    r9        @ current thread_info