ARM芯片詳解翻譯
加入技術(shù)交流群
RISC處理器被廣泛應用在小型設備上，例如PDA，移動電話，智能熱水器等。有很多關(guān)于RISC處理器的匯編程序，但最常見的還是ARM。
下面我要談的是ARM7，因為我研究的是這個。
讓我們先了解一下ARM的架構(gòu)。ARM處理器包含37個寄存器：31個通用的32位寄存器，以及6個狀態(tài)寄存器。寄存器的設置取決于處理器狀態(tài)。ARM狀態(tài)執(zhí)行32位指令，Thumb狀態(tài)執(zhí)行16位指令集。
在ARM狀態(tài)，有18個寄存器可用：可供直接存儲的R0―R15，CPSR（當前程序狀態(tài)寄存器），SPSR（被存儲程序狀態(tài)）。其中3個可直接存儲器被稱為服務寄存器。
（R13）SP??堆棧指針
（Ｒ14）LR??連接寄存器，用來存儲調(diào)用過程的函數(shù)地址（譯注：可簡單理解為過程返回地址）。并且，ＬＲ并非存儲在堆棧中－它存在于寄存器中。
（Ｒ15）PC??當前指令指針。用一般的ｍｏｖ指令就可以改變它的值，從而執(zhí)行它所指向的命令。
在Thumb狀態(tài)，有13個寄存器可用：R0-R8,R13-R15,CPSR,SPSR
狀態(tài)的改變，不會影響寄存器內(nèi)容的變化。
如果想進入Thumb狀態(tài)，可以先將操作寄存器的狀態(tài)位設為１（bit1），然后執(zhí)行BX指令。如果想進入ARM（譯注：原文誤為APM）狀態(tài)，可以先將操作寄存器的狀態(tài)位設為０（bit0），然后執(zhí)行BX指令。
２種狀態(tài)的指令集是不同的，但是很多指令都是類似的。Thumb指令集長度為２bytes，ARM－4bytes。關(guān)于２種狀態(tài)指令的具體資料可以參考：http://www.atmel.com/dyn/resources/p...ts/doc0673.pdf
有趣的是很多指令可以同時操作多個寄存器。例如：
ADDR3,SP,#4相當于： R3:=SP+4
或者，用來存儲寄存器入棧的指令：
PUSH{R2-R4,R7,LR} 這和x86匯編里面的pushad指令不同，在ARM匯編里面，這種將寄存器存入堆棧的方式是可行的。
內(nèi)存中，數(shù)據(jù)存儲方式可以是低位存儲（例如Intel寄存器）或者高位存儲（例如Motorola寄存器）。所以，寫代碼時候，有必要指明數(shù)據(jù)存放方式。
下面是一些ＡＲＭ編譯器的資料：
http://heanet.dl.sourceforge.net/sou...de-arm-win.exe-GNUcompilerwithallconsequences-allthroughcommandline+debuggingthroughgdb.
http://www.goldroad.co.uk/grARM.html-unpretentiousARMassembler.
http://www.arm.com/support/downloads/index.html-officialtoolsforARM’sdevelpment.Hereyoucanonlybuythem.
http://www.iar.com/-alternativetoIDAforARM.30-daystrialversionisoffered.
下面講解一下由Ｃ＋＋的ＡＲＭ編譯器生成的ＡＲＭ匯編程序。
一般地，分析不同程序的時候，經(jīng)常碰到的并不是純粹的匯編語言，而是由Ｃ＋＋編譯器生成的代碼。當然，x86匯編程序員一般不會如此。
函數(shù)調(diào)用：
這里不存在函數(shù)參數(shù)調(diào)用約定（例如cdecl，stdcall等）！所有的函數(shù)調(diào)用約定類似于Borland的fastcall。參數(shù)由寄存器傳入，如果數(shù)目不夠，由堆棧傳入。
例如：
ROM:0001F4E2MOVR0,SP
ROM:0001F4E4MOVR2,*6
ROM:0001F4E6ADDR1,R4,*0
ROM:0001F4E8BLmemcmp
參數(shù)的傳遞順序?qū)诩拇嫫骶幪?，Ｒ０為第一個，Ｒ１為第二個，Ｒ２為第三個（譯注：比較有意思）。相當于：
intmemcmp(
constvoid*buf1,
constvoid*buf2,
size_tcount
);
buf1=R0
buf2=R1
count=R2
函數(shù)返回值被存放在Ｒ０中：
ROM:0001F4E2MOVR0,SP
ROM:0001F4E4MOVR2,*6
ROM:0001F4E6ADDR1,R4,*0
ROM:0001F4E8BLmemcmp
ROM:0001F4ECCMPR0,*0
ROM:0001F4EEBNEloc_1F4F4
下面是一個利用堆棧傳遞參數(shù)的例子：
ROM:000BCDECMOVR2,*0
ROM:000BCDEESTRR2,[SP]
ROM:000BCDF0MOVR2,*128
ROM:000BCDF2MOVR3,*128
ROM:000BCDF4MOVR1,*14
ROM:000BCDF6MOVR0,*0
ROM:000BCDF8BLFillBoxColor
上面，Ｒ０－Ｒ３存儲坐標，第５個參數(shù)（色彩）被存放在堆棧中。
只有通過分析才可以確定操作數(shù)的數(shù)目。我們可以分析函數(shù)和它的調(diào)用部分。有時候，參數(shù)信息可以通過對寄存器和堆棧的操作觀察出來。例如，在Thumb狀態(tài)下，程序?qū)Γ遥埃遥泛头占拇嫫鞯牟僮?。所以，如果看到類似于下面的代碼：
ROM:00059ADAgetTextBounds
ROM:00059ADAPUSH{R4-R7,LR},
可以認為它的參數(shù)被存放在Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３和ＳＰ。如果見到：
ROM:0005924EADDR0,SP,*0x14
ROM:00059250ADDR1,SP,*0x6C
ROM:00059252ADDR2,SP,*0x68
ROM:00059254ADDR3,SP,*0x64
ROM:00059256BLgetTextBounds
我們看到只有Ｒ０－Ｒ３被使用，就是說只有４個參數(shù)被傳遞過來。
轉(zhuǎn)移（Transitions）
一般，轉(zhuǎn)移分為條件轉(zhuǎn)移和無條件轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移目標可以存放在寄存器或者其他處。寄存器轉(zhuǎn)移一般用于Thumb/ARM狀態(tài)轉(zhuǎn)換。無條件短轉(zhuǎn)移指令為Ｂ（branch）命令。長跳轉(zhuǎn)指令－BX（交換轉(zhuǎn)移）。函數(shù)調(diào)用采用BL（連接轉(zhuǎn)移），且調(diào)用時將返回地址存入ＬＲ寄存器。當然，改變ＰＣ寄存器內(nèi)容也可以改變轉(zhuǎn)移地址：
ADDPC,*0x64
但是Ｃ編譯器通常不這樣處理，它們在轉(zhuǎn)移的時候，只是以寫入命令改變ＰＣ寄存器。
分支（Branches）
也稱為轉(zhuǎn)換，一般用法如下：
ROM:0027806ECMPR2,*0x4D;M
ROM:00278070BCSloc_27807A
ROM:00278072ADRR3,word_27807C
ROM:00278074ADDR3,R3,R2
ROM:00278076LDRHR3,[R3,R2]
ROM:00278078ADDPC,R3
ROM:0027807A
ROM:0027807Aloc_27807A
ROM:0027807ABloc_278766
ROM:0027807Cword_27807CDCW0xAA,0xBE,0xC6,0x180,0x186;0
ROM:0027807CDCW0x190,0x1A0,0x1A8,0x1DE,0x1E4;5
ROM:0027807CDCW0x1B0,0x212,0x276,0x1FE,0x294;10
首先，檢查跳轉(zhuǎn)標記，該標記必須小于0x40，如果大于，則跳到默認處理位置，即：loc_27807A。
然后執(zhí)行位于word_27807C的轉(zhuǎn)移控制表。這個表里面存放的是偏移，并非地址。隨后，根據(jù)跳轉(zhuǎn)標記，取表中的偏移，擴展之，加操作放入ＰＣ寄存器。比如，如果跳轉(zhuǎn)標記為０，將會跳轉(zhuǎn)到地址：
0x278078(currentvaluePC)+0xAA(offsetfromthetable)+0x4(!!!)=0x278126
之所以加４，是因為ＡＲＭ處理器的特征：操作ＰＣ寄存器時，其值應該比預先確定的數(shù)值大４（在文檔“toensureitiswordaligned”中有說明）。
內(nèi)存存取
在Thumb狀態(tài)，處理器可以存取+/-256字節(jié)的空間。因此，無法直接存取內(nèi)存，而需要利用寄存器來引導。也就是無法直接定位到0x974170，而需要采用寄存器。例如：
ROM:00277FF6LDRR0,=unk_974170
ROM:00277FF8LDRR0,[R0]
我們獲得了0x974170處的數(shù)據(jù)，但是事情還沒有結(jié)束！該有效地址（0x974170）處于有效的正負256字節(jié)中：
ROM:00278044off_278044DCDunk_974170
這樣，就是說，LDR指令的機器碼中存儲了該命令當前的地址。（譯注：就是說0x974170雖然看起來比較大，實際上還是那+-256字節(jié)內(nèi)，只不過通過LDR指令來定位）
這里存在一個很藝術(shù)的優(yōu)化方法：如果一個地址和該函數(shù)中另外一個被用到的地址有關(guān)聯(lián)，那么這個地址可以通過算術(shù)運算指令或者間接存取來獲取。舉例來說，如果一個函數(shù)需要用到0x100000處的變量，并且需要用到0x100150處的另外一個變量，那么，編譯器可以將這2個變量建立關(guān)聯(lián)，或者采用以下代碼：
LDRR0,=0x100000
ADDR0,*0xFF
ADDR0,*0x51
LDRR0,[R0]
在x86里面，這種方法應用于結(jié)構(gòu)中獲取子結(jié)構(gòu)接口。但是此處，卻是一個常用的優(yōu)化，這有什么好處呢？可以減小內(nèi)存存儲，并且算術(shù)運算比數(shù)據(jù)加載快得多?？梢哉J為整個ARM匯編程序充滿了不同的寄存器間算術(shù)運算。事實上，有多達16個寄存器用來進行此操作－減少內(nèi)存和堆棧定位頻度。因此，只有在非常大的函數(shù)中才需要用堆棧存儲變量。對堆棧的操作和x86處理堆棧的方式一樣。
ＩＤＡ中的代碼分析
既然ＡＲＭ文件沒有統(tǒng)一格式，那么在加載ＡＲＭ二進制映像的時候，有必要先加載該文件。在加載的時候，需要確定處理器類型。如果處理器規(guī)定代碼必須按照處理器模塊處理順序，那么你可以加載映像文件并且指定需要的處理方式，ＡＲＭ處理方式（低位處理）或者ＡＲＭＢ（高位處理）。并且，有必要建立ＲＯＭ或者ＲＡＭ段?？傊疀]有固定的處理方式，具體的處理有賴于映像和每個ＡＲＭ處理器的架構(gòu)。例如，在ＡＲＭ７中，內(nèi)存一般有如下格式：
0x0-0x8000ofRAMprocessor
0x8000-0x1000000ROM
0x1000000-0x.....-SRAM（這里看出自身數(shù)目）
現(xiàn)在就可以分析代碼了，在很多設備中（一般都是移動電話），代碼的入口設定為0x8000。ＡＲＭ模式下的代碼從0x8000開始執(zhí)行，所以，開始執(zhí)行的指令和該處的一樣。處理器的ＩＤＡ模塊可以簡單地分析此類switching語句，然后Thumb代碼在ＡＲＭ中執(zhí)行。如果手工修改跳轉(zhuǎn)，可以按ALT-G，然后修改文件中的標記，如果為ＡＲＭ文件，設為０，Thumb文件，設為１。
評論