Linux系統(tǒng)中arm該如何使用

Linux系統(tǒng)中arm該如何使用，針對這個問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

ARM匯編簡介：

• 你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ARM處理器在你的生活中無處不在。當(dāng)我環(huán)顧我的身邊，我發(fā)現(xiàn)我身邊的大多數(shù)設(shè)備使用著ARM處理器而不是intel。

• 這些設(shè)備包括我的手機(jī)、路由器以及最近銷售火爆的IoT設(shè)備?？梢哉f，ARM處理器已經(jīng)成為了當(dāng)世最廣泛使用的CPU核心。

• 隨之而來的是和PC時代類似的問題，ARM設(shè)備也易于受到緩沖區(qū)溢出之類的攻擊。

• 由于被廣泛的使用和潛在的脆弱性，針對這些設(shè)備的攻擊將變得越來越常見。目前在二進(jìn)制安全領(lǐng)域，比起ARM平臺，我們對x86/x64平臺有深入的多的研究，即使ARM匯編可能是主流CPU指令集中最易學(xué)的。

linux ARM 使用教程：

第一部分 Linux下ARM匯編語法盡管在Linux下使用C或C++編寫程序很方便，但匯編源程序用于系統(tǒng)最基本的初始化，如初始化堆棧指針、設(shè)置頁表、操作ARM的協(xié)處理器等。初始化完成后就可以跳轉(zhuǎn)到C代碼執(zhí)行。需要注意的是，GNU的匯編器遵循AT&T的匯編語法，可以從GNU的站點(diǎn)（www.gnu.org）上下載有關(guān)規(guī)范。

一. Linux匯編行結(jié)構(gòu)任何匯編行都是如下結(jié)構(gòu)：[:] [} @ comment[:] [} @ 注釋Linux ARM 匯編中，任何以冒號結(jié)尾的標(biāo)識符都被認(rèn)為是一個標(biāo)號，而不一定非要在一行的開始。【例1】定義一個”add”的函數(shù)，返回兩個參數(shù)的和。.section .text, “x”.global add @ give the symbol add external linkageadd:ADD r0, r0, r1  @ add input argumentsMOV pc, lr @ return from subroutine@ end of program

二. Linux 匯編程序中的標(biāo)號標(biāo)號只能由a～z，A～Z，0～9，“.”，_等字符組成。當(dāng)標(biāo)號為0～9的數(shù)字時為局部標(biāo)號，局部標(biāo)號可以重復(fù)出現(xiàn),使用方法如下：? 標(biāo)號f: 在引用的地方向前的標(biāo)號? 標(biāo)號b: 在引用的地方向后的標(biāo)號【例2】使用局部符號的例子，一段循環(huán)程序1:    subs r0,r0,#1        @每次循環(huán)使r0=r0-1    bne 1f         @跳轉(zhuǎn)到1標(biāo)號去執(zhí)行局部標(biāo)號代表它所在的地址,因此也可以當(dāng)作變量或者函數(shù)來使用。

三. Linux匯編程序中的分段（1）.section偽操作用戶可以通過.section偽操作來自定義一個段,格式如下: .section section_name [, “flags”[, %type[,flag_specific_arguments]]]每一個段以段名為開始, 以下一個段名或者文件結(jié)尾為結(jié)束。這些段都有缺省的標(biāo)志（flags）,連接器可以識別這些標(biāo)志。(與armasm中的AREA相同)。

下面是ELF格式允許的段標(biāo)志 含義a 允許段w 可寫段x 執(zhí)行段

【例3】定義段 .section .mysection @自定義數(shù)據(jù)段，段名為 “.mysection” .align  2 strtemp: .ascii  “Temp string /n/0”

（2）匯編系統(tǒng)預(yù)定義的段名.text  @代碼段.data  @初始化數(shù)據(jù)段.bss  @未初始化數(shù)據(jù)段.sdata @.sbss  @需要注意的是，源程序中.bss段應(yīng)該在.text之前。

四. 定義入口點(diǎn)匯編程序的缺省入口是 start標(biāo)號，用戶也可以在連接腳本文件中用ENTRY標(biāo)志指明其它入口點(diǎn)。【例4】定義入口點(diǎn).section.data.section .bss.section .text.globl _start_start:

五. Linux匯編程序中的宏定義格式如下: .macro 宏名 參數(shù)名列表   @偽指令.macro定義一個宏   宏體 .endm  @.endm表示宏結(jié)束如果宏使用參數(shù),那么在宏體中使用該參數(shù)時添加前綴“/”。宏定義時的參數(shù)還可以使用默認(rèn)值。可以使用.exitm偽指令來退出宏。【例5】宏定義.macro SHIFTLEFT a, b.if /b MOV /a, /a, ASR #-/b.exitm.endifMOV /a, /a, LSL #/b.endm

六. Linux匯編程序中的常數(shù)

（1）十進(jìn)制數(shù)以非0數(shù)字開頭,如:123和9876；

（2）二進(jìn)制數(shù)以0b開頭,其中字母也可以為大寫；

（3）八進(jìn)制數(shù)以0開始,如:0456,0123；

（4）十六進(jìn)制數(shù)以0x開頭,如:0xabcd,0X123f；

（5）字符串常量需要用引號括起來,中間也可以使用轉(zhuǎn)義字符,如: “You are welcome!/n”；

（6）當(dāng)前地址以“.”表示,在匯編程序中可以使用這個符號代表當(dāng)前指令的地址；

（7）表達(dá)式:在匯編程序中的表達(dá)式可以使用常數(shù)或者數(shù)值, “-”表示取負(fù)數(shù), “~”表示取補(bǔ),“”表示不相等,其他的符號如:+、-、*、/、%、、>>、|、&、^、!、==、>=、

七. Linux下ARM匯編的常用偽操作在前面已經(jīng)提到過了一些為操作，還有下面一些為操作：? 數(shù)據(jù)定義偽操作： .byte，.short，.long，.quad，.float，.string/.asciz/.ascii，重復(fù)定義偽操作.rept，賦值語句.equ/.set ；? 函數(shù)的定義 ；? 對齊方式偽操作 .align；? 源文件結(jié)束偽操作.end；? .include偽操作；? if偽操作；? .global/ .globl 偽操作 ；? .type偽操作 ；? 列表控制語句 ；? 區(qū)別于gas匯編的通用偽操作,下面是ARM特有的偽操作 ：.reg ，.unreq ，.code ，.thumb ，.thumb_func ，.thumb_set， .ltorg ，.pool

1.數(shù)據(jù)定義偽操作

（1） .byte:單字節(jié)定義，如：.byte 1,2,0b01,0x34,072,’s’ ；

（2） .short:定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，如:.short 0x1234,60000 ；

（3） .long:定義4字節(jié)數(shù)據(jù)，如:.long 0x12345678,23876565

（4） .quad:定義8字節(jié)，如:.quad 0x1234567890abcd

（5） .float：定義浮點(diǎn)數(shù)，如:  .float 0f-314159265358979323846264338327/ 95028841971.693993751E-40                 @ – pi

（6） .string/.asciz/.ascii：定義多個字符串，如:.string “abcd”, “efgh”, “hello!”.asciz “qwer”, “sun”, “world!”.ascii “welcome/0”需要注意的是：.ascii偽操作定義的字符串需要自行添加結(jié)尾字符’/0’。

（7） .rept:重復(fù)定義偽操作, 格式如下:            .rept 重復(fù)次數(shù)            數(shù)據(jù)定義            .endr  @結(jié)束重復(fù)定義  例如:             .rept 3             .byte 0x23             .endr

（8） .equ/.set: 賦值語句, 格式如下:             .equ(.set) 變量名,表達(dá)式  例如:             .equ abc 3  @讓abc=3

2.函數(shù)的定義偽操作（1）函數(shù)的定義,格式如下:         函數(shù)名:         函數(shù)體         返回語句一般的,函數(shù)如果需要在其他文件中調(diào)用, 需要用到.global偽操作將函數(shù)聲明為全局函數(shù)。為了不至于在其他程序在調(diào)用某個C函數(shù)時發(fā)生混亂,對寄存器的使用我們需要遵循APCS準(zhǔn)則。函數(shù)編譯器將處理為函數(shù)代碼為一段.global的匯編碼。

（2）函數(shù)的編寫應(yīng)當(dāng)遵循如下規(guī)則:? a1-a4寄存器（參數(shù)、結(jié)果或暫存寄存器，r0到r3 的同義字）以及浮點(diǎn)寄存器f0-f3(如果存在浮點(diǎn)協(xié)處理器)在函數(shù)中是不必保存的；? 如果函數(shù)返回一個不大于一個字大小的值，則在函數(shù)結(jié)束時應(yīng)該把這個值送到 r0 中；? 如果函數(shù)返回一個浮點(diǎn)數(shù)，則在函數(shù)結(jié)束時把它放入浮點(diǎn)寄存器f0中；? 如果函數(shù)的過程改動了sp（堆棧指針，r13）、fp（框架指針，r11）、sl（堆棧限制，r10）、lr（連接寄存器，r14）、v1-v8（變量寄存器，r4 到 r11）和 f4-f7,那么函數(shù)結(jié)束時這些寄存器應(yīng)當(dāng)被恢復(fù)為包含在進(jìn)入函數(shù)時它所持有的值。

1. .align .end .include .incbin偽操作（1）.align:用來指定數(shù)據(jù)的對齊方式,格式如下:             .align [absexpr1, absexpr2]  以某種對齊方式,在未使用的存儲區(qū)域填充值. 第一個值表示對齊方式,4, 8,16或     32. 第二個表達(dá)式值表示填充的值。（2）.end:表明源文件的結(jié)束。（3）.include:可以將指定的文件在使用.include 的地方展開,一般是頭文件,例如:             .include “myarmasm.h”（4）.incbin偽操作可以將原封不動的一個二進(jìn)制文件編譯到當(dāng)前文件中,使用方法如下:         .incbin “file”[,skip[,count]]  skip表明是從文件開始跳過skip個字節(jié)開始讀取文件,count是讀取的字?jǐn)?shù).

2. .if偽操作根據(jù)一個表達(dá)式的值來決定是否要編譯下面的代碼, 用.endif偽操作來表示條件判斷的結(jié)束, 中間可以使用.else來決定.if的條件不滿足的情況下應(yīng)該編譯哪一部分代碼。.if有多個變種: .ifdef symbol           @判斷symbol是否定義 .ifc string1,string2   @字符串string1和string2是否相等,字符串可以用單引號括起來 .ifeq expression       @判斷expression的值是否為0.ifeqs string1,string2  @判斷string1和string2是否相等,字符 串必須用雙引號括起來.ifge expression         @判斷expression的值是否大于等于0.ifgt absolute expression  @判斷expression的值是否大于0.ifle expression         @判斷expression的值是否小于等于0.iflt absolute expression  @判斷expression的值是否小于0.ifnc string1,string2     @判斷string1和string2是否不相等, 其用法跟.ifc恰好相反。.ifndef symbol, .ifnotdef symbol  @判斷是否沒有定義symbol,  跟.ifdef恰好相反.ifne expression          @如果expression的值不是0, 那么編譯器將編譯下面的代碼.ifnes string1,string2    @如果字符串string1和string2不相 等, 那么編譯器將編譯下面的代碼.

3. .global  .type   .title   .list（1）.global/ .globl ：用來定義一個全局的符號，格式如下:    .global symbol  或者  .globl symbol（2）.type：用來指定一個符號的類型是函數(shù)類型或者是對象類型, 對象類型一般是數(shù)據(jù), 格式如下:         .type 符號, 類型描述【例6】.globl a.data.align 4.type a, @object.size a, 4a:.long 10【例7】.section .text.type asmfunc, @function.globl asmfuncasmfunc:

mov pc, lr

（3）列表控制語句:.title：用來指定匯編列表的標(biāo)題,例如:            .title “my program”.list：用來輸出列表文件.

ARM特有的偽操作

（1） .reg: 用來給寄存器賦予別名,格式如下:                

別名 .req 寄存器名

（2） .unreq: 用來取消一個寄存器的別名,格式如下:　　　　　　　

.unreq 寄存器別名　　

注意被取消的別名必須事先定義過,否則編譯器就會報(bào)錯,這個偽操作也可以用來取消系統(tǒng)預(yù)制的別名, 例如r0, 但如果沒有必要的話不推薦那樣做。

（3） .code偽操作用來選擇ARM或者Thumb指令集,格式如下:　　　　　　　　　　　

.code 表達(dá)式　　

如果表達(dá)式的值為16則表明下面的指令為Thumb指令,如果表達(dá)式的值為32則表明下面的指令為ARM指令.

（4） .thumb偽操作等同于.code 16, 表明使用Thumb指令, 類似的.arm等同于.code 32

（5） .force_thumb偽操作用來強(qiáng)制目標(biāo)處理器選擇thumb的指令集而不管處理器是否支持

（6） .thumb_func偽操作用來指明一個函數(shù)是thumb指令集的函數(shù)

（7） .thumb_set偽操作的作用類似于.set, 可以用來給一個標(biāo)志起一個別名, 比.set功能增加的一點(diǎn)是可以把一個標(biāo)志標(biāo)記為thumb函數(shù)的入口, 這點(diǎn)功能等同于.thumb_func

（8） .ltorg用于聲明一個數(shù)據(jù)緩沖池(literal pool)的開始,它可以分配很大的空間。

（9） .pool的作用等同.ltorg（9）.space{,}分配number_of_bytes字節(jié)的數(shù)據(jù)空間，并填充其值為fill_byte，若未指定該值，缺省填充0。（與armasm中的SPACE功能相同）

（10）.word {,} …插入一個32-bit的數(shù)據(jù)隊(duì)列。（與armasm中的DCD功能相同）可以使用.word把標(biāo)識符作為常量使用 例如：  Start:  valueOfStart:.word Start 這樣程序的開頭Start便被存入了內(nèi)存變量valueOfStart中。

（11）.hword {,} …插入一個16-bit的數(shù)據(jù)隊(duì)列。（與armasm中的DCW相同）

八. GNU ARM匯編特殊字符和語法代碼行中的注釋符號: @;整行注釋符號: ;語句分離符號: ; 直接操作數(shù)前綴: # 或 $。

第二部分 GNU的編譯器和調(diào)試工具

一. 編譯工具

1．編輯工具介紹

GNU提供的編譯工具包括匯編器as、C編譯器gcc、C++編譯器g++、連接器ld和二進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具objcopy?；贏RM平臺的工具分別為arm-linux-as、arm-linux-gcc、arm-linux-g++、arm-linux-ld和arm-linux- objcopy。GNU的編譯器功能非常強(qiáng)大，共有上百個操作選項(xiàng)，這也是這類工具讓初學(xué)者頭痛的原因。不過，實(shí)際開發(fā)中只需要用到有限的幾個，大部分可以采用缺省選項(xiàng)。GNU工具的開發(fā)流程如下：編寫C、C++語言或匯編源程序，用gcc或g++生成目標(biāo)文件，編寫連接腳本文件，用連接器生成最終目標(biāo)文件（elf格式），用二進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具生成可下載的二進(jìn)制代碼。

（1）編寫C、C++語言或匯編源程序通常匯編源程序用于系統(tǒng)最基本的初始化，如初始化堆棧指針、設(shè)置頁表、操作ARM的協(xié)處理器等。初始化完成后就可以跳轉(zhuǎn)到C代碼執(zhí)行。需要注意的是，GNU的匯編器遵循AT&T的匯編語法，讀者可以從GNU的站點(diǎn)（www.gnu.org）上下載有關(guān)規(guī)范。匯編程序的缺省入口是 start標(biāo)號，用戶也可以在連接腳本文件中用ENTRY標(biāo)志指明其它入口點(diǎn)（見下文關(guān)于連接腳本的說明）。

（2）用gcc或g++生成目標(biāo)文件如果應(yīng)用程序包括多個文件，就需要進(jìn)行分別編譯，最后用連接器連接起來。如筆者的引導(dǎo)程序包括3個文件：init.s（匯編代碼、初始化硬件）xmrecever.c（通信模塊，采用Xmode協(xié)議）和flash.c（Flash擦寫模塊）。分別用如下命令生成目標(biāo)文件： arm-linux-gcc-c-O2-oinit.oinit.s arm-linux-gcc-c-O2-oxmrecever.oxmrecever.c arm-linux-gcc-c-O2-oflash.oflash.c 其中-c命令表示只生成目標(biāo)代碼，不進(jìn)行連接；-o命令指明目標(biāo)文件的名稱；-O2表示采用二級優(yōu)化，采用優(yōu)化后可使生成的代碼更短，運(yùn)行速度更快。如果項(xiàng)目包含很多文件，則需要編寫makefile文件。關(guān)于makefile的內(nèi)容，請感興趣的讀者參考相關(guān)資料。

（3）編寫連接腳本文件gcc等編譯器內(nèi)置有缺省的連接腳本。如果采用缺省腳本，則生成的目標(biāo)代碼需要操作系統(tǒng)才能加載運(yùn)行。為了能在嵌入式系統(tǒng)上直接運(yùn)行，需要編寫自己的連接腳本文件。編寫連接腳本，首先要對目標(biāo)文件的格式有一定了解。GNU編譯器生成的目標(biāo)文件缺省為elf格式。elf文件由若干段（section）組成，如不特殊指明，由C源程序生成的目標(biāo)代碼中包含如下段：.text（正文段）包含程序的指令代碼；.data(數(shù)據(jù)段)包含固定的數(shù)據(jù)，如常量、字符串；.bss（未初始化數(shù)據(jù)段）包含未初始化的變量、數(shù)組等。C++源程序生成的目標(biāo)代碼中還包括.fini（析構(gòu)函數(shù)代碼）和. init（構(gòu)造函數(shù)代碼）等。連接器的任務(wù)就是將多個目標(biāo)文件的.text、.data和.bss等段連接在一起，而連接腳本文件是告訴連接器從什么地址開始放置這些段。例如連接文件link.lds為：ENTRY(begin)SECTION{.=0x30000000;.text:{(.text)}.data:{(.data)}.bss:{(.bss)}}其中，ENTRY(begin)指明程序的入口點(diǎn)為begin標(biāo)號；.=0x00300000指明目標(biāo)代碼的起始地址為0x30000000，這一段地址為MX1的片內(nèi)RAM；.text:{(.text)}表示從0x30000000開始放置所有目標(biāo)文件的代碼段，隨后的.data:{* (.data)}表示數(shù)據(jù)段從代碼段的末尾開始，再后是.bss段。

（4）用連接器生成最終目標(biāo)文件有了連接腳本文件，如下命令可生成最終的目標(biāo)文件：arm-linux-ld –no stadlib –o bootstrap.elf -Tlink.lds init.o xmrecever.o flash.o其中，ostadlib表示不連接系統(tǒng)的運(yùn)行庫，而是直接從begin入口；-o指明目標(biāo)文件的名稱；-T指明采用的連接腳本文件（也可以使用-Ttext address，address表示執(zhí)行區(qū)地址）；最后是需要連接的目標(biāo)文件列表。

（5）生成二進(jìn)制代碼連接生成的elf文件還不能直接下載執(zhí)行，通過objcopy工具可生成最終的二進(jìn)制文件：arm-linux-objcopy –O binary bootstrap.elf bootstrap.bin其中-O binary指定生成為二進(jìn)制格式文件。Objcopy還可以生成S格式的文件，只需將參數(shù)換成-O srec。還可以使用-S選項(xiàng)，移除所有的符號信息及重定位信息。如果想將生成的目標(biāo)代碼反匯編，還可以用objdump工具： arm-linux-objdump -D bootstrap.elf至此，所生成的目標(biāo)文件就可以直接寫入Flash中運(yùn)行了。

2．Makefile實(shí)例example: head.s  main.c arm-linux-gcc -c -o head.o head.s arm-linux-gcc -c -o main.o main.c arm-linux-ld -Tlink.lds head.o ain.o -o example.elf arm-linux-objcopy -O binary -S example_tmp.o example arm-linux-objdump -D -b binary -m arm  example >ttt.s

二. 調(diào)試工具

Linux下的GNU調(diào)試工具主要是gdb、gdbserver和kgdb。其中g(shù)db和gdbserver可完成對目標(biāo)板上Linux下應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程調(diào)試。gdbserver是一個很小的應(yīng)用程序，運(yùn)行于目標(biāo)板上，可監(jiān)控被調(diào)試進(jìn)程的運(yùn)行，并通過串口與上位機(jī)上的gdb通信。開發(fā)者可以通過上位機(jī)的gdb輸入命令，控制目標(biāo)板上進(jìn)程的運(yùn)行，查看內(nèi)存和寄存器的內(nèi)容。gdb5.1.1以后的版本加入了對ARM處理器的支持，在初始化時加入－ target==arm參數(shù)可直接生成基于ARM平臺的gdbserver。gdb工具可以從ftp: //ftp.gnu.org/pub/gnu/gdb/上下載。對于Linux內(nèi)核的調(diào)試，可以采用kgdb工具，同樣需要通過串口與上位機(jī)上的gdb通信，對目標(biāo)板的Linux內(nèi)核進(jìn)行調(diào)試。

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