https://m.toutiao.com/is/kVqepTC/ 我们在写单片机裸机程序时,在主函数之前,会有一段启动代码,而启动代码是用汇编写的,有些朋友可能看到汇编头都大了,当时要想深入研究底层架构,这快硬骨头就必须去啃。 汇编:汇编文件转换为目标文件(里面是机器码)。 反汇编:可执行文件(目标文件,里面是机器码),转换为汇编文件。 关于汇编的基础知识,请看笔者以前的文章。 今天笔者以STM32F1的点灯程序为例,带领大家进行反汇编,并阅读反汇编后的代码。 1 新建LED裸机程序关于STM32裸机程序的创建,请看笔者博文: https://bruceou.blog.csdn.net/article/details/78244735 但是今天这个程序非常简单,不应那么复杂。 1.新建文件夹 新建文件夹“STM32F1”,当然名字也可以另取,在 STM32F1文件夹下,我们新建五个文件夹,分别为CMSIS、Listing、Output、Project、User。 其中CMSIS文件夹放启动文件: 笔者的开发板芯片是STM32F103ZE,这个文件是根据STM32的固件库startup_stm32f10x_md.s文件修改而来。 2.新建工程 打开Keil,在工具栏 Project->New μVision Project…新建我们的工程文件。 输入工程名,保存即可。 窗口是让我们选择公司跟芯片的型号,我们用的芯片是 ST 公司的STM32F103ZE,有64K SRAM,512K Flash,属于高集成度的芯片。按如下选择即可。 然后点击项目管理。 最后修改后的内容如下: 并添加相应的文件。 其中main.c的内容如下所示: /** * @brief 延时函数 * @param d * @retval None */void delay(int d){ while(d--);}/** * @brief main * @param None * @retval int */int main(void){ unsigned int *pReg; /* 使能GPIOB */ pReg = (unsigned int *)(0x40021000 + 0x18); *pReg |= (1<<3); /* 设置GPIOB0为输出引脚 */ pReg = (unsigned int *)(0x40010C00 + 0x00); *pReg |= (1<<0); pReg = (unsigned int *)(0x40010C00 + 0x0C); while (1) { /* 设置GPIOB0输出1 */ *pReg |= (1<<0); delay(1000000); /* 设置GPIOB0输出0 */ *pReg &= ~(1<<0); delay(1000000); }} startup.s文件的内容如下:
接下来还有配置工程。 选择Output文件夹。 选择Listing文件夹。 基本配置就这些,接下来编译工程。 只要没有错误就可以了,最后就是下载程序,笔者使用的是J-Link,最后的现象如下: LED会不停闪烁。 2 Keil反汇编接下来才是今天正题,反汇编。 在KEIL的User选项中,如下图添加这两项: fromelf --bin --output=STM32F1.bin ../Output/STM32F1.axffromelf --text -a -c --output=STM32F1.dis ../Output/STM32F1.axf 然后重新编译,即可得到二进制文件STM32F1.bin(以后会分析)、反汇编文件STM32F1.dis。 如下图所示: 正常编译过程是分为四个阶段进行的,即预处理(也称预编译,Preprocessing)、编译(Compilation)、汇编 (Assembly)和链接(Linking)。 但是反编译是讲为二进制文件反编译成汇编文件,因此反汇编的流程如下: 3反汇编代码解析接下来就是查看反编译代码,打开反编译文件Project/STM32F1.dis。这里只截取一段查看,因为格式都是一样的,知识每条内容不同罢了。 第一列是链接地址,第二列是机器码,第三列是汇编指令。 根本汇编指令,我们找到ARM®v7-M Architecture Reference Manual_DDI 0403E.d (ID070218)中的LDR指令。 我们将F8DFD004变成二进制。 这个使用的32位的Thumb2指令集。 其中b0~b11是立即数,这里是4,对应的汇编代码的也是4,这里要注意的是,ARM指令采用流水线机制,当前执行地址A的指令,同时已经在对下一条指令进行译码同时已经在读取下下一条指令:PC = A +4 (Thumb/Thumb2指令集)。 B12~b15是寄存器,这段大小是0XC,对应的寄存器就是sp; 后面16bit除了23位意外,全是固定的,其中'U’表示无条件执行,这里置为1。 其他的汇编指令对应的机器码也是类似的,值得注意的是,不同的架构对应的机器码也是不同的,这也就回答了为了不同的处理器架构会对应不同的指令集。 有兴趣的可以对比Cortex-M系列和Cortex-A系列的的指令集。请参考以下手册: ARM Architecture Reference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition.pdf ARM®v7-M Architecture Reference Manual.pdf 4反汇编代码全解析进入debug模式,在View下选择disassembly window。 这样就可将机器码和对应的代码对应起来。当程序运行起来了,也就从异常向量表中跳转到Reset_Handler中,然后跳转到main函数中,而main函数是在栈中,因此需要设置占空间的起始位置。根据STM32的参考手册,SRAM的其起始地址和大小如下: 因此栈顶为起始位置加上栈的大小即可,只要不超过SRAM即可。 值得注意的是,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存区域,栈顶的地址和栈的最大容量是在通过LDR设置,因此需要根据应用需求合理分配栈空间。 接下来往下走,如果在汇编中不打断点,会默认进入main函数的一条指令,就从这里分析。为了分析方便,这里还有使用上一节方便出来的文件。 【C代码33行】 从内存地址0x0800 017c拷贝数据0x40021018到r3中,也就是
也就是将pReg指针保存到r3中。 【C代码34行】 这里对应3条指令 首先将r3拷贝到r0中,然后将r0或上1左移3位,也就是 ORR r0,r0,#8 最后将r0的值写入r3所指地址中。 【C代码37行】 同33行,从内存地址0x0800 0180拷贝数据40010c00到r3中 【C代码38行】 同34行,这里也对应3条指令: 【C代码40行】 和33行不同的是,这里分了两条指令: 笔者认为前面是编译器优化了。根据ARM指令采用流水线机制,当前执行地址A的指令,同时已经在对下一条指令进行译码同时已经在读取下下一条指令:PC = A +4 (Thumb/Thumb2指令集)。因此前面类似的代码被优化了。 接下来就进入循环中。 后面就移植在死循环中,不断操作GPIO的亮灭。 【C代码45行】 这里是将B0设置为1,和34行类似。 【C代码47行】 这里将进入延时函数。 进入延时函数: NOP是字节对齐,减少指令的内存访问次数。首先将变量d保存到r0,然后将r0赋给r1,接着是r0自减1,紧接着是r1与0比较,如果r1等于0,则会返回,否则,又从头开始,值得注意的是,这里先比较,然后r0才自减的。 为了进一步说明,可以看--d的汇编代码。 这里就是相当于r1先减1,然后再比较的。 【C代码50行】 这行代码对应一下指令,很简单。 5总结在前面使用Keil进行了反汇编,也对相应的C代码进行了分析。我们看到的反汇编代码如下: 根据反汇编的代码,可将其对应到Flash,在Flash上的内容如下表所示:
最后总结下点灯的流程: 第一步:设置栈:CPU会从0x08000000读取值,用来设置SP。 第二步:跳转:CPU从0x08000004得到地址值,根据它的BIT0切换为ARM状态或Thumb状态,然后跳转。 第三步:对于cortex M3/M4,它只支持Thumb状态,所以0x08000004上的值bit0必定是1,0x08000004上的值 = Reset_Handler + 1。从Reset_Handler继续执行。 第四步:然后进入到主函数中执行相应C代码 |
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