ARM學習（17）ARM函數調用規則

筆者來聊聊ARM的函數的調用規則

1、ARM函數調用規則介紹

首先介紹幾個術語，

• AAPCS：Procedure Call Standard for the ARM Architecture
• APCS：ARM Procedure Call Standard
• TPCS：Thumb Procedure Call Standard
• ATPCS：ARM-Thumb Procedure Call Standard
• ABI：Application Binary Interface
• EABI：Embedded Application Binary Interface

前三個基本就是ARM 架構的程式調用标準（包括ARM指令以及thumb指令），最後兩個是程式二進制接口，描述是彙編下面寄存器名使用、函數調用、壓棧、參數傳遞以及程式傳回等一系列接口标準。

比如x86與arm架構的ABI 就不相容，寄存器都不一樣，肯定就是無法互相使用，包括最近比較火熱的RISC-V架構。

2、ARM32/64 函數調用規則

ARM架構下面分為32位以及64位的程式，其标準有些不同以及擴充，可分開來講。

2.1、ARM

• 機器寄存器

  對于ARM以及thumb指令集來說，總有16個寄存器使用，不管大小寫，在彙編語言裡面都是可以識别的，一般來說大寫的有特殊用途，詳情見下文。

  • R0-R3 作為函數參數傳遞以及傳回值使用，也可以在程式中儲存立即數。
  • R12 （IP）連結器使用的暫存器
  • R9 平台寄存器，ARM不推薦使用，避免平台依賴
  • R4-R8，R10,R11 暫存器
  • R11 作為棧指針，指向程式調用中開辟空間的棧底，可用來棧回溯，具體可以參考ARMARM學習（1） 寄存器的了解 ===》FP、SP、LR寄存器。
  • R13 SP 棧指針
  • R14 LR 連結寄存器
  • R15 PC 程式計數器
  • CPSR 狀态寄存器 詳情介紹見ARM學習（2） 寄存器的了解 ===》通用寄存器及狀态寄存器。
  • cp15 協處理 監控通用寄存器的使用

    

• 程式處理、記憶體以及棧

  一個程式的記憶體通常會劃分為幾部分：Code、read-only static data、writeable static data、heap and stack，Code段裡面會包括read-only static data，DATA段會包括初始化好的全局變量，BSS包括堆棧以及未初始化和初始化為0的全局變量

  • stack 臨時存儲變量以及傳遞額外的參數（程式調用時寄存器數量不足），
  • 棧有範圍限制，Limit < SP < Base
  • 其次必須4 byte對齊，
  • 程式必須通路棧的部分範圍内區域（SP ，base-1），不能通路之外的區域，

    

• 子程式調用
  • BL指令會跳到目标程式，并且修改LR為目前PC的按順序下一條指令位址，指的是沒跳轉之前的PC的下一條。
  • 需要注意修改LR最低位表示目前為什麼狀态，，0：是arm狀态，無需修改（因為位址都是word 2Byte對齊的），1：是thumb狀态，需要修改，

    

    可以看到R14以及PC的值都是奇數，代表是thumb指令。

    

    

    R15（PC）：0x0801247E 位于 DMA_GetFlagStatus，

    R14：0x08014ECB 位于 UART1_SentMsgL，儲存了其傳回的位址。

• 傳回值
  • R0：傳回值是D-Word（32 bit），或者是單精度浮點型float，
  • R0-R1：傳回值是Q-Word（64 bit），或者雙精度浮點型double
  • R0-R3：傳回值是128bit的向量

    

    調用GetSysTime之後，r0則擷取到值，然後r1計算好之後，則cmp進行比較r0，r1.
• 參數傳遞
  • R0-R3 和棧進行傳遞
  • 參數少的函數，隻用寄存器就可以了，減少通路記憶體帶來的負載

  • 優先寄存器，然後棧，寄存器從小到大，棧位址從小到大。

    1、函數聲明：void OLED_DrawBMP_test(unsigned char x0, unsigned char y0,unsigned char x1, unsigned char y1,unsigned char BMP[],unsigned char state1,unsigned char state2);

    2、共用7個參數：x0,y0,x1,y1,BMP[],state1,state2

    3、前四個參數都分别存儲在r0-r3，

    4、後面三個參數存儲在棧中，strd r7,r6,[r13] 以及str r6,[r13,#0x8] ，前面指令存儲r7 r6 兩個參數，後面位址偏移8之後，又存儲一個參數，總計三個參數，存儲順序依次都是參數從左向右去存儲。

    5、不符合__cdecl、__stdcall、__fastcall這三種調用标準。

    

• 内部聯合工作（ARM與Thumb指令）
  • 子程式調用和程式傳回支援兩張狀态切換。bx或者blx都可以切換狀态。

2.2、ARM64

參考文檔

1、ARM Procedure Call Standard

2、Procedure Call Standard for the ARM 64-bit Architecture (AArch64)