ARM程序和Thumb程序混合使用

第7章ARM程序和Thumb程序交互使用1交互需求Thumb的代碼密度和在窄存儲器上性能，使得它用在很多有大量C代碼的系統(tǒng)上比較理想.然而在很多應(yīng)用中還是需要在ARM/Thumb兩種狀態(tài)之間切換:在寬的存儲器上ARM代碼能提供很好的性能在一個應(yīng)用中，速度關(guān)鍵的局部用ARM代碼實現(xiàn)是不錯的一些函數(shù)只能用ARM指令實現(xiàn)，e.g.存取CPSR(使能/禁止中斷和狀態(tài)的改變)操作協(xié)處理器異常處理異常處理時自動進入ARM狀態(tài)，但系統(tǒng)要求主程序用Thumb代碼實現(xiàn)獨立的Thumb程序也需要一個ARM的匯編程序頭來切換，并調(diào)用Thumb程序2可以實現(xiàn)程序狀態(tài)切換的指令BLX,BXLDR,LDM,POP3交互指令交互的實現(xiàn)采用跳轉(zhuǎn)交換指令(BX)在Thumb狀態(tài) BXRn在ARM狀態(tài)(支持Thumb的內(nèi)核) BX<條件>Rn 其中Rn可以是(r0~r15)中的任何一個.這將通過拷貝Rn到PC來實現(xiàn)在4GB空間內(nèi)的一個絕對跳轉(zhuǎn).其中Rn的Bit-0說明切換到何種狀態(tài).4狀態(tài)切換Rn31010/1ARM/Thumb選擇位0-ARMstate1-Thumbstate目的地址BX3101PC5與程序狀態(tài)切換相關(guān)的偽操作CODE16偽操作CODE32偽操作6分支交換例如CODE32 ;StartoffinARMstate

ADRr0,Into_Thumb+1 ;Generatebranchtargetaddressandset ;bit0,hencearriveinThumbstate.BXr0 ;BranchexchangetoThumbstate.:CODE16 ;AssemblesubsequentcodeasThumb.Into_Thumb:ADRr5,Back_to_ARM ;Generatebranchtargettowordaligned ;address-hencebit0isclear.BXr5 ;BranchexchangebacktoARMstate.:CODE32 ;AssemblesubsequentcodeasARM.Back_to_ARM:7無交互子程序?qū)崿F(xiàn)一個通常的子程序調(diào)用需要如下兩步:保存返回地址到存放器(LR)跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的子程序地址調(diào)用實現(xiàn)通常只需要一個指令:BLfunc2返回實現(xiàn)通常只需從LR恢復(fù)PC:MOVpc,lr..BLfunc2..:MOVpc,lrfunc1func2voidfunc1(void){ : func2(); :}8混合的ARM/Thumb子程序在使用C/C++寫程序時，可以自由的編譯為ARM(使用armcc/armcpp)或Thumb(使用tcc/tcpp).需要一些編譯方法來解決在一種狀態(tài)下的函數(shù)調(diào)用另一種狀態(tài)下的函數(shù)的問題.涉及到的問題:

BL不能完成狀態(tài)切換需要使用BX切換

BX

不能自動保存返回地址到LR需要其它方法來解決這個問題,BLX指令的引入(ARM7不支持)從子程序返回，要使用BXLR以便返回先前的狀態(tài)BL在Thumb狀態(tài)下可能設(shè)置了LR的lsb(bit-0)不能使用MOVPC,LR返回，因為不能實現(xiàn)狀態(tài)切換9交互子程序任何包含使用交互調(diào)用函數(shù)的C模塊的編譯必須使用-apcs/interwork命令行選項.編譯器將使用BX實現(xiàn)函數(shù)返回來替代MOVPC,LR.連接器生成一小段代碼(‘veneers’)來改變狀態(tài)當發(fā)現(xiàn)交互調(diào)用時自動參加目標文件使用armlink-infoveneers可以看到參加的“veneers〞的大小。:BL::BX:BXfunc1func2連接程序生成veneer(compiledforinterworking)10ARM4T架構(gòu)對交互編譯的影響leaffunction使用BX返回.Non_leaffunction將被交互編譯:在入口處(調(diào)用BL之前)壓棧保護返回地址在入口處保護所有函數(shù)使用的存放器使用BX實現(xiàn)返回操作(替代彈出PC).C源代碼 armcc-apcs/interworktcc-apcs/interworkvoidfunc(void)funcfunc{STMFDsp!,{r4-r11,lr}PUSH{r4-r7,lr}:::sub();BLsubBLsub::::LDMFDsp!,{r4-r11,lr}POP{r4-r7}}BXlrPOP{r3}BXr311匯編程序交互工作和Veneers連接程序?qū)詣訁⒓覣RM/Thumb交互veneers到匯編源代碼.主調(diào)程序需要:使用armasm-apcs/interwork匯編導(dǎo)出自己的符號,e.g.EXPORTThumbSub使用BX實現(xiàn)返回主調(diào)程序使用BL指令調(diào)用子程序.Note:AREA將包含:

AREAThumb,CODE,READONLY,INTERWORK

如果如此，armasm將警告:

INTERWORKareadirectiveisobsolete.

Continuingasif-apcs/interselected.12;armasmarm.s

AREA ARM,CODE,READONLY

IMPORTThumbSub

ENTRY

CODE32

ARMProg

MOV r0,#1

BL ThumbSub ;callThumbsubroutine

MOV r0,#0x18 LDR r1,=0x20026 SWI 0x123456 ;ARMsemihostingSWI END

;armasmthumb.s-apcs/interwork AREA Thumb,CODE,READONLY EXPORTThumbSub CODE16ThumbSub MOV r1,#2 BX lr ;returntocaller END匯編程序交互工作(1)13匯編程序交互工作(2)使用Debugger反匯編代碼:ARMProg0x00008080:0xe3a00001:movr0,#10x00008084:0xeb000004:bl0x809c;ThumbSub+0x40x00008088:0xe3a00018:movr0,#0x180x0000808c:0xe59f1000:ldrr1,0x8094;=#0x000200260x00008090:0xef123456:swi0x1234560x00008094:0x00020026:LiteralPoolValueThumbSub0x00008098:0x2102:movr1,#20x0000809a:0x4770:bxlr交互veeners在下一個字的邊界0x0000809c:0xe59fc000:ldrr12,0x80a4;=#ThumbSub+0x10x000080a0:0xe12fff1c:bxr120x000080a4:0x00008099:LiteralPoolValue14C/匯編使用Veneers交互工作運行在一種狀態(tài)下的C代碼可能調(diào)用運行在另一種狀態(tài)下的匯編程序，反之亦然。這時的veneers由連接程序自動生成。如果主調(diào)函數(shù)是C函數(shù)，編譯時使用-apcs/interwork如果主調(diào)函數(shù)是匯編函數(shù),匯編時使用-apcs/interwork且返回使用BXLR任何使用這些的匯編程序必須符合ATPCS標準，〔e.g.函數(shù)參數(shù)傳遞使用r0-r3&r12不受保護的〕15非交互的Thumb代碼允許Thumb-Thumb調(diào)用交互的Thumb代碼非交互的ARM代碼允許ARM-ARM調(diào)用交互的ARM代碼允許非交互的調(diào)用交互的不可調(diào)用允許ARM/Thumb調(diào)用交互調(diào)用最好使用交互選項build所有的程序16連接交互工作的目標代碼為了順利連接:必須使用統(tǒng)一的APCS標準“built〞所有的C/C++/Asm文件.要使用相應(yīng)的交互工作庫連接程序發(fā)現(xiàn)任何的不協(xié)調(diào)就會給出一個錯誤:

InvalidcallfromTHUMBcodeinthumbmain.o(.text)

toARMsymbolarm_function.修正編譯器/匯編器的配置(e.g.加上-apcs/interwork)，然后重新連編。連接時使用‘-infoveneers’來得到增加的veneers的概況,e.g.:

AddingATveneer(12bytes)forcallto'_printf’

fromThumb_to_ARM.o(.text)

AddingTAveneer(12bytes)forcallto'arm_function’

fromthumbmain.o(.text)小心非法的間接調(diào)用(e.g.函數(shù)指針,動態(tài)跳轉(zhuǎn)表)–連接器對這種情況在連接時是不會給出警告的。17使用CodeWarrior交互工作使用Thumb/ARM交互工作工程模板

向ARMDebugRel目標參加ARMC,C++&Asm模塊編譯C模塊使用‘a(chǎn)rmcc-apcs/interwork’編譯C++模塊使用‘a(chǎn)rmcpp-apcs/interwork’編譯ASM模塊使用‘a(chǎn)rmasm-32-apcs/interwork’向ThumbDebugRel目標參加ThumbC,C++&Asm模塊編譯C模塊使用‘tcc-apcs/interwork’編譯C++模塊使用‘tcpp-apcs/interwork’編譯ASM模塊使用‘a(chǎn)rmasm-16-apcs/interwork’ARMDebugRel將會被編譯連接(局部連接)成ThumbDebugRel的一個子目標18Architecture5TInterworkingARM5T架構(gòu)增加了對交互工作的支持消除了對veneers的需求兼容ARM4T架構(gòu)的代碼改進內(nèi)容包括新的BLX指令修正了加載PC的動作19ARM調(diào)用Thumb子程序通常切換到Thumb狀態(tài)32MB分支范圍返回地址保存在LR中使用BXLR從子程序返回無條件指令Thumb調(diào)用ARM子程序轉(zhuǎn)化為兩個16-bit指令偏移范圍同Thumb的BL指令i.e.+/-4MB范圍返回地址保存在LR(同時設(shè)置LSB)BLX<offset>:BLXoffset::BXlrARMThumbCPSRTbit=120BLXRm和標準的BX指令相同，除了保存返回地址到LR中ARM版本下可條件執(zhí)行Thumb版本下單一的16-bit指令LR的LSB將被設(shè)置使用BXLR從子程序返回ARM/Thumb選擇位0-ARMstate1-ThumbstateRm目的地址310131010/10BLXRmPC21LDM{cond}<addressingmode>Rn,{…,PC}增加了對交互的支持表v4Tbehaviourwithextrasupportforinterworking如果PC是一個加載存放器那么加載值的bit[0]將被寫入CPSR的T-bit(這將可能導(dǎo)致一狀態(tài)切換)用作恢復(fù)存放器同時從子程序返回用來替換LDMFDsp!,{...,LR}+BXLRThumbPOP{…,PC}有同樣的功能LDRPC,[Rn,...]同樣依據(jù)加載值的0-bit來設(shè)置CPSR的T-bit可以用作跳轉(zhuǎn)表沒有相當?shù)腡humb