arm系列文章

2021-02-11

导读：

为啥要学arm汇编，因为逆向so的需要，当so被反汇编之后得到的是一堆的arm汇编代码，而不是c/c++代码，虽然有IDA的强大的F5功能，但是事实上我们没法完全去相信IDA的F5，需要结合汇编代码进行结合辅助我们进行代码分析，这也就是我们为什么要学习arm汇编的原因

ARM体系的处理器继承自RISC（精简指令集计算机），之所以采用RISC，是因为CISC（复杂指令集计算机）的指令只有大约20%会被在80%的程序设计被重复使用，而大约80%的指令只占据程序设计的20%，这种设计显然不合理。

RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑为主。

这里只简单介绍一下arm7的三级流水线技术，为啥？因为弟弟我的手机只有这个三级流水线的。。。

三级流水线是哪三级？

取指级
取指级完成程序在存储器的指令读取，并将指令放入进流水线
译码级
对指令进行译码，为下一周期准备数据路径需要的控制信号。这一级指令“占有”译码逻辑，而不“占有”数据路径。
执行级
指令“占有”数据路径，寄存器堆栈被读取，操作数在桶形移位器中被移位，ALU产生相应的运算结果并写回到目的寄存器中，ALU结果根据指令需求更改状态寄存器的条件位。

每一级中的硬件必须能够独立操作，而不能多级占用同一硬件资源。每级指令经由流水线的一个时钟周期完成一条指令，三级则需要三个时钟周期。

当通过R15（程序计数器，即前面提到的CPU内部的存储器用于存储指令的存储器）总是指向取指的指令，而不是指向正在执行的指令或正在译码的指令。通常，人们把正在执行的指令作为参考点，称为第一条指令，因此PC总是指向第三条指令（执行级）。

对于ARM指令，PC值=当前程序位置+8；对于Thumb指令，则有PC值=当前程序执行位置+4

这里只记我平时常用的两种架构

armeabi-v7a
- Thumb-2指令集扩展：性能堪比32位ARM指令，简洁性类似于之前16位的Thumb指令集，同时支持16位与32位指令集的混合使用。
- VFP硬件FPU指令：包括VFPv3-D16,除了ARM核心中的16个32位寄存器，还包含16个专用的64位浮点寄存器。
  同时支持可选扩展NEON、VFPv3-D32和ThumbEE, armeabi-v7a已经被并入AArch32架构。
arm64-v8a
兼容armabi-v7a,并支持AArch64架构，VFP扩展升级为v4版本， NEON指令集扩展是必需的。
64位arm64-v8a规格的处理器支持AArch64和AArch32两种运行模式。
在AArch64下，所有代码数据寻址采用64位地址空间，寄存器也采用64位的。

在AArch32模式为32位，因此，在此模式下代码数据寻址和寄存器的使用与之前一样，才有32位的。

因此，arm64-v8a完全兼容armeabi-v7a。

编译代码
编写完代码之后需要进行代码的编译，此处跟书本不一样，主要采用clang,此处采用官网的说明，而书中采用的是gcc
Android NDK编译

从 NDK r19 开始，NDK 默认安装的工具链可供使用。与任意构建系统进行交互时不再需要使用 make_standalone_toolchain.py 脚本。为了确保使用正确的架构进行构建，请在调用 Clang 时使用 -target 传递适当的目标，或调用具有目标前缀的 Clang。例如，若要为 64 位 ARM Android 编译值为 21 的 minSdkVersion，可使用以下两种方法，您可以选择使用其中最方便的方法
```
 $ $NDK/toolchains/llvm/prebuilt/$HOST_TAG/bin/clang++ -target aarch64-linux-android21 foo.cpp

 $ $NDK/toolchains/llvm/prebuilt/$HOST_TAG/bin/aarch64-linux-android21-clang++ foo.cpp
```
如上图，执行完这一句之后sum.cpp已经被编译完成。
完成代码的预处理

预处理阶段，编译器将代码中的预处理指令进行处理。例如#include 中包含的头文件会全部编译进来，#define预定义、#if预条件处理等也都会在这里被编译器处理。详细的输出信息通过-E进行查看。

clang++ -E -fPIE file.cpp -o file.i

相应的.i文件的内容如下，由于我包含了一个iostream，结果几行代码，预编译之后变成了将近30000行。

编译
该阶段会进行语法等代码规范性检查，检查无误会把代码翻译成ARM汇编代码，输出信息通过-s选项进行查看。
clang++ file.i -S -fPIE -o file.s执行该命令后会生成file.s的汇编文件。
汇编
汇编阶段主要用来将汇编文件生成目标文件。
clang++ -c file.s -o file.o

在编译后用于存放代码的代码段。位于ARM EABI的ELF中。

用于存放数据的数据段。位于ARM EABI的ELF中。

汇编代码中用于声明段时需要使用的伪指令。.text实际上写作.section.text，但其比较特殊可简写。使用.section声明的所有的段信息在编译后可通过执行命令来查看。

用于声明全局符号。可以被外部程序引用。