如何定义可在 C 中使用的 ARM 汇编函数

Question

我已经学习 C 几个月了，现在我开始更深入地研究底层语言 - ARM 汇编，所以，我决定从一个非常基本的项目开始，制作一个汇编文件 .S它定义了一个阶乘函数，然后在C中调用和使用它。所以我想问一下，汇编是否可以用来定义这样一个复杂的函数，并且可以用作C中的另一个函数？如果您不介意，请给我一个简单的 .S 文件示例，其中一个函数从标准输入 num1 和 num2 加载 2 个数字到寄存器，计算 num1*num2 并返回定义的结果，可以在 C 源代码中使用文件？

感谢您的阅读。如果这个问题很愚蠢，至少，请给我一个方向，以便我自己跟随并找出它。

Answer 1

要从 C 中使用用 Assembler 编写的函数，您主要需要做的事情：

1. 在 C 中声明但不定义函数。
2. 坚持 ARM 调用约定。

声明

声明很简单，例如：

int add(int a, int b);

这是一个声明，因为它不包含函数体。当然，名称（在本例中为 add）必须匹配。

如果在C++中使用，必须加上extern "C":

extern "C" int add(int a, int b);

调用约定

调用约定定义了如何将参数传递给函数并从函数返回，以及必须保存哪些寄存器。你需要熟悉细节。可以在ARM (A32) calling convention 找到简化的概述。

一个超短且非常简化的版本是：

• 前四个参数在 R0 中传递到 R3，其余的在堆栈中传递。
• 返回值在 R0 中返回。
• 必须保存和恢复 R0 到 R3 以外的寄存器。

上述函数的一个简单实现是：

add:
        add     r0, r0, r1
        bx      lr

a 在 R0 中传递，b 在 R1 中传递。结果在R0 中返回。 R3以上的寄存器因为没有被触动所以不会被保存和恢复。

更广泛的版本如下所示：

add:
        str     fp, [sp, #-4]!
        add     fp, sp, #0
        sub     sp, sp, #12
        str     r0, [fp, #-8]
        str     r1, [fp, #-12]
        ldr     r2, [fp, #-8]
        ldr     r3, [fp, #-12]
        add     r3, r2, r3
        mov     r0, r3
        add     sp, fp, #0
        ldr     fp, [sp], #4
        bx      lr

它基本上是add函数的debug版本：在堆栈上分配空间来存储a和b作为局部变量和帧指针寄存器(fp) 指向局部变量。最后，一切都恢复了。

Answer 2

大多数理智的编译器编译成汇编，然后调用汇编器将其转换为对象。

unsigned int fun ( unsigned int a, unsigned int b)
{
    return((a<<1)+(b^0xFF));
}

arm-none-eabi-gcc -O2 -c so.c -o so.o
arm-none-eabi-objdump -D so.o

00000000 <fun>:
   0:   e22110ff    eor r1, r1, #255    ; 0xff
   4:   e0810080    add r0, r1, r0, lsl #1
   8:   e12fff1e    bx  lr

我发现这是读取输出的最简单方法，即使我允许组装它。

但你可以这样做

arm-none-eabi-gcc -O2 -S so.c -o so.s

或

arm-none-eabi-gcc -O2 -c -save-temps so.c -o so.o

看看so.s

     cat so.s
    .cpu arm7tdmi
    .eabi_attribute 20, 1
    .eabi_attribute 21, 1
    .eabi_attribute 23, 3
    .eabi_attribute 24, 1
    .eabi_attribute 25, 1
    .eabi_attribute 26, 1
    .eabi_attribute 30, 2
    .eabi_attribute 34, 0
    .eabi_attribute 18, 4
    .file   "so.c"
    .text
    .align  2
    .global fun
    .arch armv4t
    .syntax unified
    .arm
    .fpu softvfp
    .type   fun, %function
fun:
    @ Function supports interworking.
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 0
    @ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
    @ link register save eliminated.
    eor r1, r1, #255
    add r0, r1, r0, lsl #1
    bx  lr
    .size   fun, .-fun
    .ident  "GCC: (GNU) 8.2.0"

你可以自己组装

arm-none-eabi-as so.s -o so.o
arm-none-eabi-objdump -D so.o

so.o:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <fun>:
   0:   e22110ff    eor r1, r1, #255    ; 0xff
   4:   e0810080    add r0, r1, r0, lsl #1
   8:   e12fff1e    bx  lr

并获得相同的对象，就好像您没有单独执行这些步骤一样。这也意味着您可以在汇编中编写自己的函数并将其链接到项目中，就像使用 C 编译对象一样。

    .global fun
fun:
    eor r1, r1, #255
    add r0, r1, r0, lsl #1
    bx  lr

arm-none-eabi-as so.s -o so.o
arm-none-eabi-objdump -D so.o

Disassembly of section .text:

00000000 <fun>:
   0:   e22110ff    eor r1, r1, #255    ; 0xff
   4:   e0810080    add r0, r1, r0, lsl #1
   8:   e12fff1e    bx  lr