ATPCS和AAPCS

1. 基本概念

• ATPCS (ARM-Thumb Procedure Call Standard)

规定了一些子程序间调用的基本规则，这些规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则，数据栈的使用规则，参数的传递规则。有了这些规则之后，单独编译的C语言程序就可以和汇编程序相互调用。

使用ADS的C语言编译器编译的C语言子程序满足用户指定的ATPCS类型。而对于汇编语言来说，则需要用户来保证各个子程序满足ATPCS的要求。

• AAPCS (ARM Archtecture Procedure Call Standard)

2007年ARM公司正式推出了AAPCS标准，AAPCS是ATPCS的改进版，目前， AAPCS和ATPCS都是可用的标准。

2. 寄存器使用规则

• 子程序间通过寄存器R0～R3来传递参数。这时，寄存器R0～R3可记作a0～a3。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0～R3的内容。
• 在子程序中，使用寄存器R4～R11来保存局部变量。这时，寄存器R4～R11可以记作v1～v8。如果在子程序中使用了寄存器v1～v8中的某些寄存器，则子程序进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4～R7来保存局部变量。
• 寄存器R12用作过程调用中间临时寄存器，记作IP。在子程序之间的连接代码段中常常有这种使用规则。
• 寄存器R13用作堆栈指针，记作SP。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。
• 寄存器R14称为连接寄存器，记作LR。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14则可以用作其他用途。
• 寄存器R15是程序计数器，记作PC。它不能用作其它用途。

3. 堆栈使用规则

• ATPCS规定堆栈为FD(Full Descending: sp指向最后一个压入的值，数据栈由高地址向低地址生长)类型，即满递减堆栈，并且对堆栈的操作是8字节对齐。所以经常使用的指令就有STMFD和LDMFD。

• 对于汇编程序来说，如果目标文件中包含了外部调用，则必须满足下列条件：

  外部接口的堆栈必须是8字节对齐的。
  
  在汇编程序中使用PRESERVE8伪指令告诉连接器，本汇编程序数据是8字节对齐的。

4. 参数传递规则

• 根据参数个数是否固定，可以将子程序分为参数个数固定的子程序和参数个数可变化的子程序。
• 这两种子程序的参数传递规则是不一样的。

4.1 参数个数可变子程序参数传递规则

• 对于参数个数可变的子程序，当参数个数不超过4个时，可以使用寄存器R0～R3来传递参数；当参数超过4个时，还可以使用堆栈来传递参数。
• 在传递参数时，将所有参数看作是存放在连续的内存字单元的字数据。然后，依次将各字数据传递到寄存器R0，R1，R2和R3中。如果参数多于4个，则将剩余的字数据传递到堆栈中。入栈的顺序与参数传递顺序相反，即最后一个字数据先入栈。

4.2 参数个数固定子程序参数传递规则

• 如果系统不包含浮点运算的硬件部件，浮点参数会通过相应的规则转换成整数参数（若没有浮点参数，此步省略），然后依次将各字数据传送到寄存器R0～R3中。如果参数多于4个，将剩余的字数据传送堆栈中，入栈的顺序与参数顺序相反，即最后一个字数据先入栈。在参数传递时，将所有参数看作是存放在连续的内存字单元的字数据。

5. 子程序结果返回规则

子程序中结果返回的规则如下：

结果为一个32位整数时，可以通过寄存器R0返回；

结果为一个64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回；

结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存器f0、d0或s0来返回；

结果为复合型浮点数（如复数）时，可以通过寄存器f0～fn或d0～dn来返回；

对于位数更多的结果，需要通过内存来传递。