C语言在ARM中函数调用时，栈是如何变化的？

嵌入式资讯精选 2021-08-26 11:32

【50份好礼】首发直播：解密Keysight最新模拟信号源 【有奖直播】提升毫米波信号测试精度

为什么会写篇栈变化的文章？做系统分析的话你肯定遇到过一些crash, oops等棘手问题，一般大家都会用 gdb, objdump 或者 addr2line等工具分析 pc 位置来定位出错的地方。但是这些分析工具背后的本质原理就不见得理解深刻了，而且有的时候面对一系列 backtrace 或者 stack 日志处于懵逼的状态。

今天和大家一起看下面对 crash 日志的时候，如何利用 stack 来分析其变化的来龙去脉。

Arm指令集介绍

崇尚简单粗暴的介绍方式，我们直接来看各个寄存器的大体用法，详细用法可百度，不，谷歌。

1.    r0-r3 用作传入函数参数，传出函数返回值。在子程序调用之间，可以将 r0-r3 用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r0-r3。---如果调用函数需要再次使用 r0-r3 的内容，则它必须保留这些内容。
2.    r4-r11 被用来存放函数的局部变量。如果被调用函数使用了这些寄存器，它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。r11 是栈帧指针 fp。
3.    r12 是内部调用暂时寄存器 ip。它在过程链接胶合代码（例如，交互操作胶合代码）中用于此角色。在过程调用之间，可以将它用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r12。
4.    寄存器 r13 是栈指针 sp。它不能用于任何其它用途。sp 中存放的值在退出被调用函数时必须与进入时的值相同。
5.    寄存器 r14 是链接寄存器 lr。如果您保存了返回地址，则可以在调用之间将 r14 用于其它用途，程序返回时要恢复
6.    寄存器 r15 是程序计数器 pc。它不能用于任何其它用途。

演示代码

假如现在你已经掌握了 arm 指令的用法，即便没有掌握也没关系，“书到用时回头翻”。这里以一段简单的 c 语言为例：

#include <stdio.h>
int m = 8;int fun(int a,int b){    int c = 0;    c = a + b;    return c;}int main(){    int i = 4;    int j = 5;    m = fun(i, j);    return 0;}

编译一下，然后反汇编：

$ arm-linux-gnueabi-gcc main.c -o main
$ arm-linux-gnueabi-objdump -D -D main

00010400 <fun>:   10400:       e52db004        push    {fp}            ; (str fp, [sp, #-4]!)   10404:       e28db000        add     fp, sp, #0   10408:       e24dd014        sub     sp, sp, #20   1040c:       e50b0010        str     r0, [fp, #-16]   10410:       e50b1014        str     r1, [fp, #-20]  ; 0xffffffec   10414:       e3a03000        mov     r3, #0   10418:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]   1041c:       e51b2010        ldr     r2, [fp, #-16]   10420:       e51b3014        ldr     r3, [fp, #-20]  ; 0xffffffec   10424:       e0823003        add     r3, r2, r3   10428:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]   1042c:       e51b3008        ldr     r3, [fp, #-8]   10430:       e1a00003        mov     r0, r3   10434:       e24bd000        sub     sp, fp, #0   10438:       e49db004        pop     {fp}            ; (ldr fp, [sp], #4)   1043c:       e12fff1e        bx      lr
00010440 <main>:   10440:       e92d4800        push    {fp, lr}   10444:       e28db004        add     fp, sp, #4   10448:       e24dd008        sub     sp, sp, #8   1044c:       e3a03004        mov     r3, #4   10450:       e50b300c        str     r3, [fp, #-12]   10454:       e3a03005        mov     r3, #5   10458:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]   1045c:       e51b1008        ldr     r1, [fp, #-8]   10460:       e51b000c        ldr     r0, [fp, #-12]   10464:       ebffffe5        bl      10400 <fun>   10468:       e1a02000        mov     r2, r0   1046c:       e59f3010        ldr     r3, [pc, #16]   ; 10484 <main+0x44>   10470:       e5832000        str     r2, [r3]   10474:       e3a03000        mov     r3, #0   10478:       e1a00003        mov     r0, r3   1047c:       e24bd004        sub     sp, fp, #4   10480:       e8bd8800        pop     {fp, pc}   10484:       00021024        andeq   r1, r2, r4, lsr #32