【ARM裸板】启动文件与栈的分析

1.start.S过程

• 设置栈
• 调用main函数，并把返回地址保存在LR（R14）中

.text
.global _start
_start:
	/* 设置内存： sp栈 */
	ldr sp, = 4096 /* nand 启动 */
	/* 调用main函数 */ 
	bl main 
halt:
	b halt

2.led.c过程

• 定义两个局部变量
• 设置变量
• return 0

int main(void)
{
	volatile unsigned int *pGPFCON = (volatile unsigned int *)0x56000050;
	volatile unsigned int *pGPFDAT = (volatile unsigned int *)0x56000054;
	
	*pGPFCON = 0x100;
	*pGPFDAT = 0;
	return 0;
}

3.问题

• 函数的调用规则ATPCS：ARM-THUMB procedure call standard（ARM-Thumb过程调用标准）
• 参考文章 Arm汇编学习笔记(六)——函数调用栈空间以及fp寄存器

3.1 为什么要设置栈？

• 因为C函数所需
  • 保存局部变量
  • 保存LR等寄存器（返回地址）

调用者如何传递参数给被调用者
被调用者如何传返回这给调用者
怎么从栈中恢复那些寄存器

• 调用者和被调用者通过r0-r3寄存器传递参数和返回值
• 在函数中，r4-r11可能被使用，所以：在入口保存他们，在出口恢复他们
• 高标号寄存器存放在高地址

3.2 反汇编程序分析

00000000 <_start>:
   0:	e3a0da01 	mov	sp, #4096	; 0x1000            		;设置栈指针大小为4096
   4:	eb000000 	bl	c <main>								;跳转到[0x0c]main函数,并保存返回地址(下一条指令的地址,即0x08)到LR中

00000008 <halt>:
   8:	eafffffe 	b	8 <halt>

0000000c <main>:
   c:	e52db004 	push	{fp}		; (str fp, [sp, #-4]!)  ;fp的值存入[4096-4](4092)中,sp = sp-4 ==> 将【栈帧底部】指针fp压入栈中；创建属于main函数的栈帧。  
  10:	e28db000 	add	fp, sp, #0								;fp = sp+0 = 4092+0 = 4092 ==> fp指针为函数栈帧的底部
  14:	e24dd00c 	sub	sp, sp, #12								;sp = 4092-12 = 4080 ==> sp指针为【栈帧顶部】,同时为栈的栈顶
  18:	e59f3034 	ldr	r3, [pc, #52]	; 54 <main+0x48>		;r3 = [0x18+8+52] = [0x54] 
  1c:	e50b3008 	str	r3, [fp, #-8]							;把r3(0x56000050)存放在[4084] ==> 保存局部变量
  20:	e59f3030 	ldr	r3, [pc, #48]	; 58 <main+0x4c>		;r3 = [0x20+8+48] = [0x58]
  24:	e50b300c 	str	r3, [fp, #-12]							;把r3(0x56000054)存放在[4080] ==> 保存局部变量
  28:	e51b3008 	ldr	r3, [fp, #-8]							;r3 = [0x4084] = 0x56000050 
  2c:	e3a02c01 	mov	r2, #256	; 0x100						;r2 = 0x100
  30:	e5832000 	str	r2, [r3]								;[r3] = 0x100 ==> 写入0x100至GPFCON寄存器
  34:	e51b300c 	ldr	r3, [fp, #-12]							;r3 = [0x4080] = 0x56000054
  38:	e3a02000 	mov	r2, #0									;r2 = 0
  3c:	e5832000 	str	r2, [r3]								;[r3] = 0 ==> 写入0至GPFDAT寄存器
  40:	e3a03000 	mov	r3, #0									;r3 = 0 ==> return 0的返回值存放先在r3
  44:	e1a00003 	mov	r0, r3									;r0 = 0 ==> return 0的返回值存放在r0
  48:	e28bd000 	add	sp, fp, #0								;sp = fp-0 = 4092 
  4c:	e49db004 	pop	{fp}		; (ldr fp, [sp], #4)		;fp = [4092] ==> 恢复fp,sp = sp+4 = 4096 ==>恢复栈
  50:	e12fff1e 	bx	lr										;跳转值lr寄存器所指向的地址并切换指令集
  54:	56000050 			; <UNDEFINED> instruction: 0x56000050
  58:	56000054 			; <UNDEFINED> instruction: 0x56000054

• 上面的汇编代码可以看到，并没有想上面图中所画的，将fp, sp, lr, pc全部都入栈，而是只入栈这四个寄存器中有改动的。fp是肯定要保存的，它指向的是每个函数栈帧的栈基址，而sp一般不用入栈，因为它的值一般保存在fp中，因为刚进入一个函数的时候，将上个函数的fp入栈保存以后，当前函数的栈空间应该是空的，fp应该指向与sp相同的位置，然后才会对sp做减法来分配栈空间保存临时变量。而如果当前函数中没有对其它函数的调用的时候，是不会对lr寄存器做修改的，所以也就不用保存了。