android ARM 汇编学习 —— hello world

android ARM 汇编学习—— 在 android 设备上编译c/cpp代码并用objdump/readelf等工具分析

adb putty 连上手机，用busybox vi 写一个 helloworld c

root@HM2014813:/data/local/tmp # busybox vi hello.c

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
　　printf("Hello ARM World\n");
　　return 0;
}

用 gcc 编译成汇编，并查看

root@HM2014813:/data/local/tmp # gcc hello.c -S && cat ./hello.s

  .arch armv5te
        .fpu softvfp
        .eabi_attribute 20, 1
        .eabi_attribute 21, 1
        .eabi_attribute 23, 3
        .eabi_attribute 24, 1
        .eabi_attribute 25, 1
        .eabi_attribute 26, 2
        .eabi_attribute 30, 6
        .eabi_attribute 34, 0
        .eabi_attribute 18, 4
        .file   "hello.c"
        .section        .rodata
        .align  2
.LC0:
        .ascii  "Hello ARM World\000"
        .text
        .align  2
        .global main
        .type   main, %function
main:
        @ args = 0, pretend = 0, frame = 8
        @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0
        stmfd   sp!, {fp, lr}
        add     fp, sp, #4
        sub     sp, sp, #8
        str     r0, [fp, #-8]
        str     r1, [fp, #-12]
        ldr     r3, .L3
.LPIC0:
        add     r3, pc, r3
        mov     r0, r3
        bl      puts(PLT)
        mov     r3, #0
        mov     r0, r3
        sub     sp, fp, #4
        @ sp needed
        ldmfd   sp!, {fp, pc}
.L4:
        .align  2
.L3:
        .word   .LC0-(.LPIC0+8)
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 4.8.2"
        .section        .note.GNU-stack,"",%progbits

下面开始分析：

.arch armv5te
.fpu softvfp
.eabi_attribute 20, 1
.eabi_attribute 21, 1
.eabi_attribute 23, 3
.eabi_attribute 24, 1
.eabi_attribute 25, 1
.eabi_attribute 26, 2
.eabi_attribute 30, 6
.eabi_attribute 34, 0
.eabi_attribute 18, 4
.file "hello.c"

开始这几行是给 ARM cpu 的声明，.arch 指明体系架构类型， .fpu 指明 Floating Point Unit  浮点运算单元的运算模式，接下去几行是  ARM Embedded Application Binary Interface EABI 的 option, 最后一行指明文件名称

 .section        .rodata
        .align  2
.LC0:
        .ascii  "Hello ARM World\000"

c code 里的字符串 "Hello ARM World\n" 编译后存入 .rodata section 。

 .text
        .align  2
        .global main
        .type   main, %function
main:

上面这几行是函数声明，在 .text section ， 函数名是 main

.LC0:
        .ascii  "Hello ARM World\000"  ； label .LC0 对应的内存地址存放字符串，或者说 .LC0 存放的是字符串的首地址
        .text
        .align  2
        .global main
        .type   main, %function

stmfd   sp!, {fp, lr}   ; 压栈，栈向地地址生长，sp 保存着栈顶地址， fp 是帧指针，lr 是返回地址
　　　　　　　　　　　　　　 ; fp : 在C程序编译过程中，函数局部变量被分配在一个连续存储区内，这个连续存储区就是该函数的帧
　　　　　　　　　　　　　　 ; 这句指令效果是，帧指针被保存在栈顶位置，lr 指针被保存在地址为 （fp - 4Byte） 的位置上(因为一条指令是4Byte)，然后sp生长2个指针长度，即往低地址移动 8 个字节

        add     fp, sp, #4 ; fp = sp + 4
        sub     sp, sp, #8 ； sp = sp - 8, 这一句和接下来给 r0,r1赋值的两句都没看懂
        str     r0, [fp, #-8]
        str     r1, [fp, #-12]
        ldr     r3, .L3 ; 将 label .L3 的值赋给 r3 , .L3 是一个label, 可以理解为一个地址， 这个地址是这么算的 .LC0-(.LPIC0+8)
　　　　　　　　　　　　　　; .LC0 是要打印的字符串的地址， .LPIC0 其实是指令 ‘add r3,pc,r3’ 的地址， +8 即往前越2条指令，所以其实是指令 'bl puts(PLT)' 的地址，即调用printf函数的地址
　　　　　　　　　　　　　　; 结合起来看， .L3 保存的是要打印的字符串的地址和跳转指令的地址的 offset, 这个 offset 的作用是？ 这个 offset 加上 pc 之后就是字符串的地址
.LPIC0:
        add     r3, pc, r3 ; ArmV5 的流水线是3，意味着执行这条指令的时候，pc 的值指向的指令是 bl puts(PLT), r3 即 .L3 ， 加起来就是要打印的字符串的地址
        mov     r0, r3 ; 将字符串地址保存在 r0
        bl      puts(PLT) ; 打印
        mov     r3, #0
        mov     r0, r3 ; return 0
        sub     sp, fp, #4
        @ sp needed
        ldmfd   sp!, {fp, pc}  ; 恢复pc寄存器，跳出函数

.L4:
        .align  2
.L3:
        .word   .LC0-(.LPIC0+8)
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 4.8.2"
        .section        .note.GNU-stack,"",%progbits

上面这个过程比较难理解的是，传给printf的字符串的地址是动态算出来的，  .LC0-(.LPIC0+8) + pc ，为什么这么做，网上找了个大概靠谱的解释：http://tieba.baidu.com/p/2983668645

ARM立即数在我的印象里最大是4096再大就只能相对寻址，显然所有的指针都只能间接寻址，也就是需要一个内存来存地址那就是L3。。。。L3是个常量，存LPIC0到字符串LC0的相对位置，只要PC+该相对位置就是字符串位置，因为ARM9是3级流水线一次区取条指令，你当前的PC位置并不是紧接的下一条，而是下3条的位置，通常单片机是1级流水线当前PC就是下条的位置，不用加减任何数，但ARM9需要+8 如果是ARM11的五级流水线加的更多。。。。
ARM不能像单片机那样，想取某个标签地址，就可以 mov r1,#标签 因为ARM立即数寻址有限制。。。所有的指针都会超过限制，所以会用另一种方式直接算出寻址位置的地址和
全局变量位置的相对地址，在调用时用PC+相对地址即可 但要 PC+(相对地址-8)， 因为
仪的在减号后面的括号里面所以 按结合律规则 -8编程+8

参考 ：

Android ARM Assembly: Registers, Memory and Addressing Modes

ARMv7匯編代碼分析