二、ATPCS规则:(ARM、thumber程序调用规范)
为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用,必须为子程序之间的调用规定一定的规则.ATPCS就是ARM程序和THUMB程序中子程序调用的基本规则。
基本ATPCS规定了在子程序调用时的一些基本规则,包括下面3方面的内容:
各寄存器的使用规则及其相应的名称。数据栈的使用规则。参数传递的规则。1. 寄存器的使用必须满足下面的规则:
1)子程序间通过寄存器R0一R3来传递参数,这时,寄存器R0~R3可以记作A1-A4。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0~R3的内容。
2)在子程序中,使用寄存器R4~R11来保存局部变量.这时,寄存器 R4 ~ R11可以记作V1 ~ V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1~V8中的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值;对于子程序中没有用到的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb程序中,通常只能使用寄存器R4~R7来保存局部变量。
3)寄存器R12用作过程调用时的临时寄存器(用于保存SP,在函数返回时使用该寄存器出栈), 记作ip。在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则。
4)寄存器R13用作数据栈指针,记作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。
5)寄存器R14称为连接寄存器,记作lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址,寄存器R14则可以用作其他用途。
6)寄存器R15是程序计数器,记作pc。它不能用作其他用途。
ATPCS下ARM寄存器的命名:
寄存器别名功能R0a1工作寄存器R1a2工作寄存器R2a3工作寄存器R3a4工作寄存器R4v1必须保护;局部变量寄存器R5v2必须保护;局部变量寄存器R6v3必须保护;局部变量寄存器R7v4必须保护;局部变量寄存器R8v5必须保护;局部变量寄存器R9v6必须保护;局部变量寄存器R10sl栈限制R11fp帧指针R12ip指令指针R13sp栈指针R14lr连接寄存器2、堆栈使用规则:
ATPCS规定堆栈为FD类型,即满递减堆栈。并且堆栈的操作是8字节对齐。
而对于汇编程序来说,如果目标文件中包含了外部调用,则必须满足以下条件:
外部接口的数据栈一定是8位对齐的,也就是要保证在进入该汇编代码后,直到该汇编程序调用外部代码之间,数据栈的栈指针变化为偶数个字;
在汇编程序中使用PRESERVE8伪操作告诉连接器,本汇编程序是8字节对齐的.
3、参数的传递规则:
根据参数个数是否固定,可以将子程序分为参数个数固定的子程序和参数个数可变的子程序.这两种子程序的参数传递规则是不同的.
1.参数个数可变的子程序参数传递规则
对于参数个数可变的子程序,当参数不超过4个时,可以使用寄存器R0~R3来进行参数传递,当参数超过4个时,还可以使用数据栈来传递参数.
在参数传递时,将所有参数看做是存放在连续的内存单元中的字数据。然后,依次将各名字数据传送到寄存器R0,R1,R2,R3; 如果参数多于4个,将剩余的字数据传送到数据栈中,入栈的顺序与参数顺序相反,即最后一个字数据先入栈.
按照上面的规则,一个浮点数参数可以通过寄存器传递,也可以通过数据栈传递,也可能一半通过寄存器传递,另一半通过数据栈传递。
举例:
void func(a,b,c,d,e)
a -- r0
b -- r1
c -- r2
d -- r3
e -- 栈
2.参数个数固定的子程序参数传递规则
对于参数个数固定的子程序,参数传递与参数个数可变的子程序参数传递规则不同,如果系统包含浮点运算的硬件部件。
浮点参数将按照下面的规则传递:(1)各个浮点参数按顺序处理;(2)为每个浮点参数分配FP寄存器;
分配的方法是,满足该浮点参数需要的且编号最小的一组连续的FP寄存器.第一个整数参数通过寄存器R0~R3来传递,其他参数通过数据栈传递.
3、子程序结果返回规则1.结果为一个32位的整数时,可以通过寄存器R0返回.2.结果为一个64位整数时,可以通过R0和R1返回,依此类推.3.对于位数更多的结果,需要通过调用内存来传递.
举例:
使用r0 接收返回值
int func1(int m, int n)
m -- r0
n -- r1
返回值给 r0
「为什么有的编程规范要求自定义函数的参数不要超过4个?」答:因为参数超过4个就需要压栈退栈,而压栈退栈需要增加很多指令周期。对于参数比较多的情况,我们可以把数据封装到结构体中,然后传递结构体变量的地址。