Arm

AArch64

AArch64 是定长指令集架构，其所有的指令在二进制层面长度都是 32 位。

Registers

在 AArch64 架构下，有 31 个通用寄存器。这些通用寄存器可以作为大部分指令的操作数参与运算。
有三套记号用于指代这 31 个通用寄存器：

• r0 至 r30
  一般用这套记号来指代这些寄存器本身。这些记号通常用于描述汇编指令行为，不会参与到汇编指令中。
• x0 至 x30
  一般用这套记号表示这些寄存器的 64 位部分。例如，x3 表示 r3 寄存器的 64 位部分。由于 AArch64 架构下的通用寄存器都是 64 位的，所以这套记号其实就代表这些寄存器的所有位。
• w0 至 w30
  一般用这套记号表示这些寄存器的低 32 位部分。例如，w3 表示 r3 寄存器的低 32 位部分。

零寄存器

寄存器 xzr 和 wzr 被称为零寄存器。所谓零寄存器，就是指读取该寄存器的值，永远为 0；向该寄存器写入数值将无效，也就是说无法向该寄存器写入数值。其中 xzr 为 64 位的零寄存器，wzr 为 32 位的零寄存器。

LR寄存器

怎么实现在哪里调用就能返回到哪里
事实上，这里用到了一个特殊的通用寄存器：r30。相应的 x30 也被称作 LR 寄存器，即 Link Register。当我们使用 bl 调用函数的时候，LR 寄存器会被写入该函数的返回地址。因此，当我们在被调用函数内部使用 ret 指令时，实际上就是将 PC 设置为 LR 寄存器的值而已。

帧指针FP寄存器

刚刚我们提到，AArch64 调用约定规定，在函数栈上，除了 LR 寄存器之外，我们还需要存储 FP 寄存器。FP 寄存器，实际上就是 r29 寄存器。

• 在函数开始的时候，同 LR 寄存器一样，我们需要把当前的 FP 寄存器的值存在栈上。随后，将当前栈顶指针 sp 的值赋给 FP。也就是说，此时 FP 寄存器的值，指向的就是之前 FP 寄存器值存储在栈上的地址。
• 在函数返回的时候，将栈上 FP 的值再写回 FP 寄存器。

通过这种做法，FP 可以帮助我们做以下的工作：

• 访问栈上变量
• 回溯函数调用栈
  • 当我们分析程序，或者其他特殊情况的过程中，可以根据 FP 来回溯函数调用栈。这是什么意思呢？我们可以用一个 C 语言的结构体来解释，通过 FP，函数的栈帧可以粗略地理解成这样一个结构体：
  • 存储在栈上的 FP 的值可以看作指向前一个函数栈帧的指针，从而函数的栈帧成了一个链表。我们可以通过这个链表，回溯函数的调用栈。

struct StackFrame {
    unsigned long ret_addr;
    struct StackFrame *previous_stack_frame;
    char remain[];
};

PSTATE

• Process State

• 如果我们需要使用可以影响 PSTATE 的指令，则需要在后面加上一个 s。

  • 例如，adds 是 add 的一个变种，可以影响 PSTATE。当结果相加为 0，则会设立 Z 位。

• N 位

  • 1 表示结果为负，0 表示结果非负

• Z 位

  • 1 表示结果为零，0 表示结果非零

• C 位

  • 1 表示结果有进位，0 表示结果无进位

• V 位

  • 1 表示结果有溢出，0 表示结果无溢出

Instructions

ldr

ldr register, =expression
 
ldr    w0, =0x114514

Conditionally Executed Instructions

b.{COND}

• eq、ne
  • 表示是否相等。
  • eq 表示相等，判断 Z 位是否为 1：Z == 1
  • ne 表示不等，判断 Z 位是否为 0：Z == 0
• hi、hs、ls、lo
  • 表示无符号整数的比较。
  • hi 表示大于，判断是否 C 位为 1 且 Z 位为 0：C == 1 && Z == 0
  • hs 表示大于等于，判断 C 位是否为 1：C == 1
  • ls 表示小于等于，判断是否 C 位为 0 或 Z 位为 1：!(C == 1 && Z == 0)
  • lo 表示小于，判断是否 C 位为 0：C == 0
• gt、ge、le、lt
  • 表示有符号整数的比较。
  • gt 表示大于，判断是否 Z 位为 0 且 N 位与 V 位相等：Z == 0 && N == V
  • ge 表示大于等于，判断 N 位是否与 V 位相等：N == V
  • le 表示小于等于，判断是否 Z 位为 1 或者 N 位与 V 位不等：!(Z == 0 && N == V)
  • lt 表示小于，判断 N 位是否与 V 位不等：N != V

csel    dest_reg, src_reg1, src_reg2, {COND}
csel    w0, w1, w2, eq

这条语句的意思就是，如果当前 PSTATE 满足 eq 的条件（也就是 Z == 1），那么就将 w1 赋值给 w0，否则将 w2 赋值给 w0。

Addressing

ldr    w1, [x0, #4]!
ldr    w1, [x0], #4

• 第一种写法被称为前索引寻址，将 x0 的值加 4 赋值给 x0 后，将对应内存取值赋值给 w1
• 第二种写法被称为后索引寻址，将 x0 对应的内存取值赋值给 w1 后，将 x0 自身值加 4 赋值给自身

Function

    .p2align 2
foo:
    ; do something
    ret

Prologue

在函数开头执行的操作被称为Prologue

Epilogue

在函数返回前执行的操作被称为Epilogue。