ARM GCC 生成函数序言答案

【问题标题】：ARM GCC generated functions prologARM GCC 生成函数序言
【发布时间】：2015-12-13 22:12:33
【问题描述】：

我提到 ARM 工具链可以生成不同的函数序言。实际上，我看到两个 obj 文件（vmlinux）具有完全不同的功能序言：

第一种情况如下：

push {some registers maybe, fp, lr} (lr ommited in leaf function)

第二种情况如下：

push {some registers maybe, fp, sp, lr, pc} (i can confuse the order)

所以我看到第二个额外推动了 pc 和 sp。我还在崩溃实用程序（kdump 项目）中看到了一些 cmets，其中指出，内核堆栈帧应该具有格式 {..., fp, sp, lr, pc} 这让我更加困惑，因为我看到在某些情况下它不是真的。

1.) 我对在函数 prolog 中额外推送 pc 和 sp 需要一些 gcc 额外标志是否正确？如果是，它们是什么？。

2.) 这是做什么用的？基本上，据我所知，我只能使用 FP 和 LR 展开堆栈，为什么我需要这些附加值？

3.) 如果这与编译标志无关 - 我如何强制生成此扩展函数序言，目的是什么？

谢谢。

【问题讨论】：

标签： c gcc assembly stack arm

【解决方案1】：

1.) 我对在函数 prolog 中额外推送 pc 和 sp 需要一些 gcc 额外标志是正确的吗？如果是，它们是什么？。

有许多 gcc 选项会影响堆栈帧（-march、-mtune 等可能会影响所使用的指令）。在您的情况下，它是-mapcs-frame。此外，-fomit-frame-pointer 将从叶函数中删除帧。几个静态函数可以合并到一个生成的函数中，进一步减少帧数。 APCS 可能会导致代码稍慢，但堆栈跟踪需要它。

2.) 这是做什么用的？基本上，据我所知，我只能使用 FP 和 LR 展开堆栈，为什么我需要这些附加值？

所有不是参数的寄存器（r0-r3）都需要保存，因为它们需要在返回给调用者时恢复。编译器将在堆栈上分配额外的局部变量，因此sp 几乎总是会在fp 更改时更改。为什么要存储pc，请参见下文。

3.) 如果这与编译标志无关 - 我如何强制生成此扩展函数序言，目的是什么？

如你所料，这是编译器标志。

; Prologue - setup
mov     ip, sp                 ; get a copy of sp.
stm     sp!, {fp, ip, lr, pc}  ; Save the frame on the stack. ^{See Addendum}
sub     fp, ip, #4             ; Set the new frame pointer.
    ...
; Epilogue - return
ldm     sp, {fp, sp, lr}       ; restore stack, frame pointer and old link.
    ...                        ; maybe more stuff here.
bx      lr                     ; return.

典型的保存是stm sp!, {fp, ip, lr, pc} 和恢复ldm sp, {fp, sp, lr}。如果您检查 ABI/APCS 文档，这是正确的。请注意，没有“！”尝试修复堆栈。它是从存储的ip 值显式加载的。

另外，已保存的pc 不会在结尾使用。它只是堆栈上丢弃的数据。那么为什么要这样做呢？异常处理程序（中断、信号或 C++ 异常）和其他堆栈跟踪机制想知道谁保存了帧。 ARM 总是只有一个函数prologue（一个入口点）。但是，有多个出口。在某些情况下，像return function(); 这样的返回实际上可能会在这里可能会有更多内容中变成b function。这被称为尾调用。此外，当在例程中间调用叶函数并发生异常时，它将看到叶的PC 范围，但叶可能没有调用帧。通过保存pc，调用帧可以在叶子中发生异常时检查，以了解谁真正保存了堆栈。 pc 与析构函数等的表可能被存储以允许释放对象或弄清楚如何调用信号处理程序。额外的pc 在跟踪堆栈时非常好，并且由于管道衬里，操作几乎是免费的。

另请参阅：ARM Link and frame register 编译器如何使用这些寄存器的问题。

【讨论】：