ARM学习（17）ARM函数调用规则

ZhangYixi • 2023年7月2日 pm4:35 • ARM理解

笔者来聊聊ARM的函数的调用规则

1、ARM函数调用规则介绍

首先介绍几个术语，

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

前三个基本就是ARM 架构的程序调用标准（包括ARM指令以及thumb指令），最后两个是程序二进制接口，描述是汇编下面寄存器名使用、函数调用、压栈、参数传递以及程序返回等一系列接口标准。

比如x86与arm架构的ABI 就不兼容，寄存器都不一样，肯定就是无法互相使用，包括最近比较火热的RISC-V架构。

2、ARM32/64 函数调用规则

ARM架构下面分为32位以及64位的程序，其标准有些不同以及扩展，可分开来讲。

2.1、ARM

机器寄存器

对于ARM以及thumb指令集来说，总有16个寄存器使用，不管大小写，在汇编语言里面都是可以识别的，一般来说大写的有特殊用途，详情见下文。

R0-R3 作为函数参数传递以及返回值使用，也可以在程序中保存立即数。
R12 （IP）链接器使用的暂存器
R9 平台寄存器，ARM不推荐使用，避免平台依赖
R4-R8，R10,R11 暂存器
R11 作为栈指针，指向程序调用中开辟空间的栈底，可用来栈回溯，具体可以参考ARMARM学习（1）寄存器的理解 ===》FP、SP、LR寄存器。
R13 SP 栈指针
R14 LR 链接寄存器
R15 PC 程序计数器
CPSR 状态寄存器详情介绍见ARM学习（2）寄存器的理解 ===》通用寄存器及状态寄存器。
cp15 协处理监控通用寄存器的使用
- 程序处理、内存以及栈
  一个程序的内存通常会划分为几部分：Code、read-only static data、writeable static data、heap and stack，Code段里面会包括read-only static data，DATA段会包括初始化好的全局变量，BSS包括堆栈以及未初始化和初始化为0的全局变量
stack 临时存储变量以及传递额外的参数（程序调用时寄存器数量不足），
栈有范围限制，Limit < SP < Base
其次必须4 byte对齐，
程序必须访问栈的部分范围内区域（SP ，base-1），不能访问之外的区域，
- 子程序调用
BL指令会跳到目标程序，并且修改LR为当前PC的按顺序下一条指令地址，指的是没跳转之前的PC的下一条。
需要注意修改LR最低位表示当前为什么状态，，0：是arm状态，无需修改（因为地址都是word 2Byte对齐的），1：是thumb状态，需要修改，

可以看到R14以及PC的值都是奇数，代表是thumb指令。

R15（PC）：0x0801247E 位于 DMA_GetFlagStatus，
R14：0x08014ECB 位于 UART1_SentMsgL，保存了其返回的地址。
- 返回值
R0：返回值是D-Word（32 bit），或者是单精度浮点型float，
R0-R1：返回值是Q-Word（64 bit），或者双精度浮点型double
R0-R3：返回值是128bit的向量

调用GetSysTime之后，r0则获取到值，然后r1计算好之后，则cmp进行比较r0，r1.
- 参数传递
R0-R3 和栈进行传递
参数少的函数，只用寄存器就可以了，减少访问内存带来的负载
优先寄存器，然后栈，寄存器从小到大，栈地址从小到大。
1、函数声明：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个参数：x0,y0,x1,y1,BMP[],state1,state2
3、前四个参数都分别存储在r0-r3，
4、后面三个参数存储在栈中，strd r7,r6,[r13] 以及str r6,[r13,#0x8] ，前面指令存储r7 r6 两个参数，后面地址偏移8之后，又存储一个参数，总计三个参数，存储顺序依次都是参数从左向右去存储。
5、不符合cdecl、stdcall、__fastcall这三种调用标准。
- 内部联合工作（ARM与Thumb指令）
子程序调用和程序返回支持两张状态切换。bx或者blx都可以切换状态。

2.2、ARM64
- 机器寄存器
通用寄存器
- 31个通用寄存器都适用于A64指令集，记为r0-r31，还有一个栈指针，SP，有限指令集才可以使用
- 64位的上下文场景中：符号记为为X0-X31,32位的上下文场景中记为W0-W31
- 寄存器名字不区分大小写，都可以识别，这个就是二进制接口，可以被汇编器识别
- r0-r7 用来传递参数以返回值，也可以用做函数调用的立即数保存。
- r16-r17 程序内部调用暂存器，与PLTcode相关。
- r19-r28 被调用者需要保存的寄存器
- r29：FP指针，r30：LR。具体可以参考ARMARM学习（1）寄存器的理解 ===》FP、SP、LR寄存器。
浮点寄存器：v0-v31
- v0-v7：与上面一致，r0-r7
- v8-v15：被调用者保存
- v16-v31：调用者保存
  - 程序、内存和栈
与32位基本一致。
其次必须16 byte（quad-word）对齐，
- 子程序调用
BL以及BLR，BLR：跳转的地址来源于特殊寄存器
A64分支指令集并不能访问到程序空间的每个地址，因此在程序调用或者被调用的时候，对于链接器来说插入一个虚式，其可能在动态链接的时候需要，IP0或者IP1，可能被一个程序改变，然后该指令会被插入到支持长分支重定位的任意一个指令当中。
- 参数传递
r0-r7传递参数，更多参数的话会使用栈，
可变的参数传递，调用者知道全部的参数列表，但是被调用者仅仅知道最少的参数，要需要知道所有参数个数，必须要通过其他参数值来进行确定。
- 结果返回
- 内部联合工作
32位的调用规则和64位的调用规则不能在一个程序中使用，但是在AARCH64架构下，异常状态（32位和64位）切换操作会发生，