• 介紹
• 寄存器命名
• 設(shè)計關(guān)鍵
• 一致性
• 棧
• 回溯結(jié)構(gòu)
• 實際參數(shù)
• 函數(shù)退出
• 建立?；厮萁Y(jié)構(gòu)
• APCS 標準
• 對編碼有用的東西

介紹

APCS 定義了:

• 對寄存器使用的限制。
• 使用棧的慣例。
• 在函數(shù)調(diào)用之間傳遞/返回參數(shù)。
• 可以被‘回溯’的基于棧的結(jié)構(gòu)的格式，用來提供從失敗點到程序入口的函數(shù)(和給予的參數(shù))的列表。

APCS 不一個單一的給定標準，而是一系列類似但在特定條件下有所區(qū)別的標準。例如，APCS-R (用于 RISC OS)規(guī)定在函數(shù)進入時設(shè)置的標志必須在函數(shù)退出時復(fù)位。在 32 位標準下，并不是總能知道進入標志的(沒有 USR_CPSR)，所以你不需要恢復(fù)它們。如你所預(yù)料的那樣，在不同版本間沒有相容性。希望恢復(fù)標志的代碼在它們未被恢復(fù)的時候可能會表現(xiàn)失常...

如果你開發(fā)一個基于 ARM 的系統(tǒng)，不要求你去實現(xiàn) APCS。但建議你實現(xiàn)它，因為它不難實現(xiàn)，且可以使你獲得各種利益。但是，如果要寫用來與編譯后的 C 連接的匯編代碼，則必須使用 APCS。編譯器期望特定的條件，在你的加入(add-in)代碼中必須得到滿足。一個好例子是 APCS 定義 a1 到 a4 可以被破壞，而 v1 到 v6 必須被保護。現(xiàn)在我確信你正在撓頭并自言自語“a 是什么? v 是什么?”。所以首先介紹 APCS-R 寄存器定義...

寄存器命名

APCS 對我們通常稱為 R0 到 R14 的寄存器起了不同的名字。使用匯編器預(yù)處理器的功能，你可以定義 R0 等名字，但在你修改其他人寫的代碼的時候，最好還是學(xué)習(xí)使用 APCS 名字。

譯注：ip 是指令指針的簡寫。

這些名字不是由標準的 Acorn 的 objasm(版本 2.00)所定義的，但是 objasm 的后來版本，和其他匯編器(比如 Nick Robert 的 ASM)定義了它們。要定義一個寄存器名字，典型的，你要在程序最開始的地方使用RN宏指令(directive):

a1     RN      0a2     RN      1a3     RN      2...等...r13    RN      13sp     RN      13r14    RN      14lr     RN      r14pc     RN      15

1. 寄存器可以定義多個名字 - 你可以定義‘r13’和‘sp’二者。
2. 寄存器可以定義自前面定義的寄存器 - ‘lr’定義自叫做‘r14’的寄存器。
   (對于 objasm 是正確的，其他匯編器可能不是這樣)

設(shè)計關(guān)鍵

• 函數(shù)調(diào)用應(yīng)當快、小、和易于(由編譯器來)優(yōu)化。
• 函數(shù)應(yīng)當可以妥善處理多個棧。
• 函數(shù)應(yīng)當易于寫可重入和可重定位的代碼；主要通過把可寫的數(shù)據(jù)與代碼分離來實現(xiàn)。
• 但是最重要的是，它應(yīng)當簡單。這樣匯編編程者可以非常容易的使用它的設(shè)施，而調(diào)試者能夠非常容易的跟蹤程序。

一致性

棧

可以有多個棧區(qū)(chunk)。它們可以位于內(nèi)存中的任何地址，這里沒有提供規(guī)范。典型的，在可重入方式下執(zhí)行的時候，這將被用于為相同的代碼提供多個棧；一個類比是 FileCore，它通過簡單的設(shè)置‘狀態(tài)’信息和并按要求調(diào)用相同部分的代碼，來向當前可獲得的 FileCore 文件系統(tǒng)(ADFS、RAMFS、IDEFS、SCSIFS 等)提供服務(wù)。

回溯結(jié)構(gòu)

回溯結(jié)構(gòu)是:

地址高端保存代碼指針        [fp]         fp 指向這里返回 lr 值          [fp, #-4] 返回 sp 值          [fp, #-8] 返回 fp 值          [fp, #-12]  指向下一個結(jié)構(gòu) [保存的 sl][保存的 v6] [保存的 v5] [保存的 v4] [保存的 v3] [保存的 v2][保存的 v1][保存的 a4][保存的 a3][保存的 a2][保存的 a1][保存的 f7]                          三個字[保存的 f6]                          三個字[保存的 f5]                          三個字[保存的 f4]                          三個字地址低端

這個結(jié)構(gòu)包含 4 至 27 個字，在方括號中的是可選的值。如果它們存在，則必須按給定的次序存在(例如，在內(nèi)存中保存的 a3 下面可以是保存的 f4，但 a2-f5 則不能存在)。浮點值按‘內(nèi)部格式’存儲并占用三個字(12 字節(jié))。

fp 寄存器指向當前執(zhí)行的函數(shù)的棧回溯結(jié)構(gòu)。返回 fp 值應(yīng)當是零，或者是指向由調(diào)用了這個當前函數(shù)的函數(shù)建立的?；厮萁Y(jié)構(gòu)的一個指針。而這個結(jié)構(gòu)中的返回 fp 值是指向調(diào)用了調(diào)用了這個當前函數(shù)的函數(shù)的函數(shù)的?；厮萁Y(jié)構(gòu)的一個指針；并以此類推直到第一個函數(shù)。

在函數(shù)退出的時候，把返回連接值、返回 sp 值、和返回 fp 值裝載到 pc、sp、和 fp 中。

#include void one(void);void two(void);void zero(void);int main(void){one();return 0;}void one(void){zero();two();return;}void two(void){printf("main...one...two/n");return;}void zero(void){return;}當它在屏幕上輸出消息的時候，APCS 回溯結(jié)構(gòu)將是:fp ----> two_structurereturn linkreturn spreturn fp  ----> one_structure...              return linkreturn spreturn fp  ----> main_structure...              return linkreturn spreturn fp  ----> 0...

為了更細致的理解，下面是代碼是 Norcroft C v4.00 為上述代碼生成的...

AREA |C$code|, CODE, READONLYIMPORT  |__main||x$codeseg|B       |__main|DCB     &6d,&61,&69,&6eDCB     &00,&00,&00,&00DCD     &ff000008IMPORT  |x$stack_overflow|EXPORT  oneEXPORT  mainmainMOV     ip, spSTMFD   sp!, {fp,ip,lr,pc}SUB     fp, ip, #4CMPS    sp, slBLLT    |x$stack_overflow|BL      oneMOV     a1, #0LDMEA   fp, {fp,sp,pc}^DCB     &6f,&6e,&65,&00DCD     &ff000004EXPORT  zeroEXPORT  twooneMOV     ip, spSTMFD   sp!, {fp,ip,lr,pc}SUB     fp, ip, #4CMPS    sp, slBLLT    |x$stack_overflow|BL      zeroLDMEA   fp, {fp,sp,lr}B       twoIMPORT  |_printf|twoADD     a1, pc, #L000060-.-8B       |_printf|L000060DCB     &6d,&61,&69,&6eDCB     &2e,&2e,&2e,&6fDCB     &6e,&65,&2e,&2eDCB     &2e,&74,&77,&6fDCB     &0a,&00,&00,&00zeroMOVS    pc, lrAREA |C$data||x$dataseg|END

保存代碼指針包含這條設(shè)置回溯結(jié)構(gòu)的指令(STMFD ...)的地址再加上 12 字節(jié)。記住，對于 26-bit 代碼，你需要去除其中的 PSR 來得到實際的代碼地址。

現(xiàn)在我們查看剛進入函數(shù)的時候:

• pc總是包含下一個要被執(zhí)行的指令的位置。
• lr(總是)包含著退出時要裝載到pc中的值。在 26-bit 位代碼中它還包含著 PSR。
• sp指向當前的棧塊(chunk)限制，或它的上面。這是用于復(fù)制臨時數(shù)據(jù)、寄存器和類似的東西到其中的地方。在 RISC OS 下，你有可選擇的至少 256 字節(jié)來擴展它。
• fp要么是零，要么指向回溯結(jié)構(gòu)的最當前的部分。
• 函數(shù)實參布置成(下面)描述的那樣。

實際參數(shù)

• 前 4 個整數(shù)實參(或者更少!)被裝載到 a1 - a4。
• 前 4 個浮點實參(或者更少!)被裝載到 f0 - f3。
• 其他任何實參(如果有的話)存儲在內(nèi)存中，用進入函數(shù)時緊接在 sp 的值上面的字來指向。換句話說，其余的參數(shù)被壓入棧頂。所以要想簡單。最好定義接受 4 個或更少的參數(shù)的函數(shù)。

函數(shù)退出

• 如果函數(shù)返回一個小于等于一個字大小的值，則把這個值放置到 a1 中。
• 如果函數(shù)返回一個浮點值，則把它放入 f0 中。
• sp、fp、sl、v1-v6、和 f4-f7 應(yīng)當被恢復(fù)(如果被改動了)為包含在進入函數(shù)時它所持有的值。
  我測試了故意的破壞寄存器，而結(jié)果是(經(jīng)常在程序完全不同的部分)出現(xiàn)不希望的和奇異的故障。
• ip、lr、a2-a4、f1-f3 和入棧的這些實參可以被破壞。

建立?；厮萁Y(jié)構(gòu)

function_name_labelMOV     ip, spSTMFD   sp!, {fp,ip,lr,pc}SUB     fp, ip, #4

下一個任務(wù)是檢查?？臻g。如果不需要很多空間(小于 256 字節(jié))則你可以使用:

CMPS    sp, slBLLT    |x$stack_overflow|這是 C 版本 4.00 處理溢出的方式。在以后的版本中，你要調(diào)用 |__rt_stkovf_split_small|。

接著做你自己的事情...

通過下面的指令完成退出:

LDMEA   fp, {fp,sp,pc}^

用在回溯中的對這個協(xié)議的一個擴展是把函數(shù)名字嵌入到代碼中。緊靠在函數(shù)(和MOV ip, sp)的前面的應(yīng)該是:

DCD     &ff0000xx

所以一個完整的棧回溯代碼應(yīng)當是:

DCB     "my_function_name", 0, 0, 0, 0DCD     &ff000010my_function_nameMOV     ip, spSTMFD   sp!, {fp, ip, lr, pc}SUB     fp, ip, #4CMPS    sp, sl                    ; 如果你不使用棧BLLT    |x$stack_overflow|        ; 則可以省略...處理...LDMEA   fp, {fp, sp, pc}^

如果你不使用棧，并且你不需要保存任何寄存器，并且你不調(diào)用任何東西，則沒有必要設(shè)置 APCS 塊(但在調(diào)試階段對跟蹤問題仍是有用的)。在這種情況下你可以:

my_simple_function...處理...MOVS    pc, lr

APCS 標準

APCS-A
就是 APCS-Arthur；由早期的 Arthur 所定義。它已經(jīng)被廢棄，原因是它有不同的寄存器定義(對于熟練的 RISC OS 程序員它是某種異類)。它用于在 USR 模式下運行的 Arthur 應(yīng)用程序。不應(yīng)該使用它。

• sl = R13, fp = R10, ip = R11, sp = R12, lr = R14, pc = R15。
• PRM (p4-411) 中說“用r12作為sp，而不是在體系上更自然的r13，是歷史性的并先于 Arthur 和 RISC OS 二者。”
• 棧是分段的并可按需要來擴展。
• 26-bit 程序計數(shù)器。
• 不在 FP 寄存器中傳遞浮點實參。
• 不可重入。標志必須被恢復(fù)。

APCS-R
就是 APCS-RISC OS。用于 RISC OS 應(yīng)用程序在 USR 模式下進行操作；或在 SVC 模式下的模塊/處理程序。

• sl = R10, fp = R11, ip = R12, sp = R13, lr = R14, pc = R15。
• 它是唯一的最通用的 APCS 版本。因為所有編譯的 C 程序都使用 APCS-R。
• 顯式的棧限制檢查。
• 26-bit 程序計數(shù)器。
• 不在 FP 寄存器中傳遞浮點實參。
• 不可重入。標志必須被恢復(fù)。

APCS-U
就是 APCS-Unix，Acorn 的 RISCiX 使用它。它用于 RISCiX 應(yīng)用程序(USR 模式)或內(nèi)核(SVC 模式)。

• sl = R10, fp = R11, ip = R12, sp = R13, lr = R14, pc = R15。
• 隱式的棧限制檢查(使用 sl)。
• 26-bit 程序計數(shù)器。
• 不在 FP 寄存器中傳遞浮點實參。
• 不可重入。標志必須被恢復(fù)。

APCS-32
它是 APCS-2(-R 和 -U)的一個擴展，允許 32-bit 程序計數(shù)器，并且從執(zhí)行在 USR 模式下的一個函數(shù)中退出時，允許標志不被恢復(fù)。其他事情同于 APCS-R。
Acorn C 版本 5 支持生成 32-bit 代碼；在用于廣域調(diào)試的 32 位工具中，它是最完整的開發(fā)發(fā)行。一個簡單的測試是要求你的編譯器導(dǎo)出匯編源碼(而不是制作目標代碼)。你不應(yīng)該找到:
MOVS PC, R14
或者
LDMFD R13!, {Rx-x, PC}^

對編碼有用的東西

my_function_nameMOV     ip, spSTMFD   sp!, {fp, ip, lr, pc}SUB     fp, ip, #4...處理...[ {CONFIG} = 26LDMEA   fp, {fp, sp, pc}^|LDMEA   fp, {fp, sp, pc}]

測試是否處于 32 位? 如果你要求你的代碼有適應(yīng)性，有一個最簡單的方法來確定處理器的 PC 狀態(tài)：

TEQ     PC, PC     ; 對于 32 位是 EQ；對于 26 位是 NE

使用它你可以確定:

• 26 位 PC，可能是 APCS-R 或 APCS-32。
• 32 位 PC，不能 APCS-R。所有 26-bit 代碼(TEQP 等)面臨著失敗!