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ATPCS - 貌似高手的个人空间 - OSCHINA

发布时间:2019-07-25 05:28 来源:未知 编辑:admin

  1.子程序间通过寄存器R0~R3来传递参数。被调用的子程序在返回前无须恢复寄存器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可以记为v1~v8。如果在子程序中使用了寄存器v1~v8中的某些寄存器,则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。在Thumb程序中,通常只能使用寄存器R4~R7来保存局部变量。另外R9,R10和R11还有一个特殊作用,分别记为:静态基址寄存器SB,数据栈限制指针SL和桢指针FP。

  3.寄存器R12用做过程调用中间临时寄存器IP。寄存器R13用做堆栈指针SP。在子程序中寄存器R13不能用做其它用途。寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序的值必须相等。寄存器R14称为链接寄存器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则可以用做其他用途。寄存器R15为程序计数器PC,不能用做其他用途。

  4.只有寄存器R0~R7,SP,LR和PC可以在Thumb状态下使用,其中R7常常作为Thumb状态的工作寄存器,记为WR。

  PCS规定了应用程序的函数可以如何分开地写,分开地编译,最后将它们连接在一起,所以它实际上定义了一套有关过程(函数)调用者与被调用者之间的协议。PCS强制实现如下约定:调用函数如何传递参数(即压栈方法,以何种方式存放参数),被调用函数如何获取参数,以何种方式传递函数返回值。PCS的制订是一系列指标的“tradeoff(折衷)”(因为很大程度上涉及系统的一些性能),如会涉及生成代码的大小,调试功能的支持,函数调用上下文处理速度以及内存消耗。当然,通过编译器的支持可以让生成的代码有不同的特性,如gcc编译选项可以支持或不支持framepointer来支持深入调试功能或提高程序运行性能。PCS是体系结构密切相关的,直接涉及编译器如何使用处理器提供的应用寄存器,如编译器使用什么寄存器作为栈指针,利用哪些寄存器作直接传参等。值得注意的是,没有谁规定说PCS是必须这样而不是那样的。它是应用相关的。任何一个操作系统和应用可以处于它自身的考虑定义自己的PCS。当然,如果那样,也必须有自己的编译器。而实际上,在一个处理器设计时,都会有某种假设,所以PCS某种程度上应该是一样的。

  1. 子程序通过寄存器R0~R3来传递参数. 这时寄存器可以记作: A0~A3 , 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V1~V8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执行这些操作.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用作子程序间scratch寄存器,记作ip; 在子程序的连接代码段中经常会有这种使用规则.

  4. 寄存器R13用作数据栈指针,记做SP,在子程序中寄存器R13不能用做其他用途. 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用作连接寄存器,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,则R14可用作其它的用途.

  栈指针通常可以指向不同的位置.当栈指针指向栈顶元素(即最后一个入栈的数据元素)时,称为FULL栈.当栈指针指向与栈顶元素相邻的一个元素时,称为Empty栈. 数据栈的增长方向也可以不同. 当数据栈向内存减小的地址方向增长时,称为Descending栈; 当数据栈向着内存地址增加的方向增长时,称为Ascending栈. 综合这两种特点可以由以下4种数据栈: FD ED FA EA . ATPCS规定数据栈为FD类型,并对数据栈的操作是8字节对齐的,下面是一个数据栈的示例及相关的名词.

  1.数据栈栈指针.stack pointer 指向最后一个写入栈的数据的内存地址.

  2.数据栈的基地址.stack base 是指数据栈的最高地址.由于ATPCS中的数据栈是FD类型的,实际上数据栈中最早入栈数据占据的内存单元是基地址的下一个内存单元.

  3.数据栈界限.stack limit 是指数据栈中可以使用的最低的内存单元地址.

  4.已占用的数据栈d stack 是指数据栈的基地址和数据栈栈指针之间的区域.其中包括数据栈栈指针对应的内存单元.

  5.数据栈中的数据帧(stack frames) 是指在数据栈中,为子程序分配的用来保存寄存器和局部变量的区域.

  异常中断的处理程序可以使用被中断程序的数据栈,这时用户要保证中断的程序数据栈足够大. 使用ADS编译器产生的目标代码中包含了DRFAT2格式的数据帧.在调试过程中,调试器可以使用这些数据帧来查看数据栈中的相关信息.而对于汇编语言来说,用户必须使用FRAME伪操作来描述数据栈中的数据帧.ARM汇编器根据这些伪操作在目标文件中产生相应的DRFAT2格式的数据帧.

  在ARMv5TE中,批量传送指令LDRD/STRD要求数据栈是8字节对齐的,以提高数据的传送速度.用ADS编译器产生的目标文件中,外部接口的数据栈都是8字节对齐的,并且编译器将告诉连接器: 本目标文件中的数据栈是8字节对齐的. 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.

  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.

  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.

  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: 各个浮点参数按顺序处理;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.结果为一个浮点数时,可以通过浮点运算部件的寄存器f0,d0或者s0来返回.

  4.结果为一个复合的浮点数时,可以通过寄存器f0-fN或者d0~dN来返回.

  如果在程序设计期间能够准确地计算出程序所需的内存总量,就不需要进行数据栈的检查,但是在通常情况下这是很难做到的,这时需要进行数据栈的检查. 在进行数据栈的检查时,使用寄存器R10作为数据栈限制指针,这时寄存器R10又记作sl.用户在程序中不能控制该寄存器.具体来说,支持数据栈限制的ATPCS要满足下面的规则: 在已经占有的栈的最低地址和sl之间必须有256字节的空间,也就是说,sl所指的内存地址必须比已经占用的栈的最低地址低256个字节.当中断处理程序可以使用用户的数据栈时,在已经占用的栈的最低地址和sl之间除了必须保留的256个字节的内存单元外,还必须为中断处理预留足够的内存空间; 用户在程序中不能修改sl的值;数据栈栈指针sp的值必须不小于sl的值.

  与支持数据栈限制检查的ATPCS相关的编译/汇编选项有下面几种: 选项/SWST 指示编译器生成的代码遵守支持数据栈限制检查的ATPCS,用户在程序设计期间不能够准确计算程序所需的数据栈大小时,需要指定该选项;选项/noswst指示编译器生成的代码不支持数据栈限制检查的功能,用户在程序设计期间能够准确计算出程序所需的数据栈大小,可以指定该选项,这个选项是默认的;选项/SWSTNA 如果汇编程序对于是否进行数据栈检查无所谓,而与该汇编程序连接的其他程序指定了选项swst/noswst,这时使用该选项.

  对于C程序和C++程序来说,如果在编译时指定了选项SWST,生成的目标代码将遵守支持数据栈限制检查的ATPCS. 对于汇编语言程序来说,如果要遵守支持数据栈限制检查的ATPCS,用户在编写程序时必须满足支持数据栈限制检查的ATPCS所要求的规则,然后指定选项SWST,下面介绍用户编写汇编语言程序时的一些要求.

  数据栈小于256字节的叶子子程序不许要进行数据栈检查,如果几个子程序组合起来构成的叶子子程序数据栈也小于256字节,这个规则同样适用; 数据栈小于256字节的非叶子子程序可以使用下面的代码段来进行数据栈检查.

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