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為了使單獨編譯的C語言程序和匯編程序之間能夠相互調(diào)用，必須為子程序之間的調(diào)用規(guī)定一定的規(guī)則，ATPCS就是ARM程序和THUMB程序中子程序調(diào)用的基本規(guī)則。

1. ATPCS

ATPCS即ARM Thumb Procedure Call Standard（ARM-Thumb過程調(diào)用標準）的簡稱，ATPCS規(guī)定了一些調(diào)用和被調(diào)用程序之間調(diào)用的基本規(guī)則，這些基本規(guī)則包括子程序調(diào)用過程中寄存器的使用規(guī)則、數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則、參數(shù)的傳遞規(guī)則。為適應一些特定的需要，對這些基本的調(diào)用規(guī)則進行一些修改得到幾種不同的子程序調(diào)用規(guī)則，這些特定的調(diào)用規(guī)則包括：

支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS
支持只讀段位置無關的ATPCS
支持可讀寫段位置無關的ATPCS
支持ARM程序和THUMB程序混合使用的ATPCS

有調(diào)用關系的所有子程序必須遵守同一種ATPCS，編譯器或者匯編器在ELF格式的目標文件中設置相應的屬性，標識用戶選定的ATPCS類型。對應不同類型的ATPCS規(guī)則，有相應的C語言庫，連接器根據(jù)用戶指定的ATPCS類型連接相應的C語言庫。使用ADS的C語言編譯器編譯的C語言子程序滿足用戶指定的ATPCS類型。而對于匯編語言程序來說，完全要依賴用戶來保證各子程序滿足選定的ATPCS類型。具體來說，匯編語言子程序必須滿足下面三個條件：在子程序編寫時必須遵守相應的ATPCS規(guī)則；數(shù)據(jù)棧的使用要遵守ATPCS規(guī)則；在匯編編譯器中使用“--apcs”選項，使用“--apcs”選項并不影響代碼的產(chǎn)生，編譯器只是在各段中放置相應的屬性，標識用戶選定的屬性。

2. ATPCS基本規(guī)則

基本ATPCS規(guī)定了在子程序調(diào)用時的一些基本規(guī)則，包括以下四個方面的內(nèi)容：

各寄存器的使用規(guī)則及其相應的名字
數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則
參數(shù)傳遞的規(guī)則
函數(shù)結果返回的規(guī)則

相對于其他類型的TPCS，滿足基本ATPCS的程序的執(zhí)行速度更快，所占用的內(nèi)存更少。但是它不能提供以下的支持：ARM程序和THUMB程序相互調(diào)用；數(shù)據(jù)以及代碼的位置無關的支持；子程序的可重入性；數(shù)據(jù)棧檢查的支持。而派生的其他幾種特定的ATPCS就是在基本ATPCS的基礎上再添加其他的規(guī)則而形成的，其目的就是提供上述的功能。

2.1 寄存器的使用規(guī)則

?前四個寄存器R0~R3用于將參數(shù)值傳遞到例程中并將結果值傳遞出例程，并在例程中保存中間值（但通常僅在子例程調(diào)用之間），子程序通過寄存器R0~R3來傳遞參數(shù)，這時寄存器可以記作：A1~A4，被調(diào)用的子程序在返回前無需恢復寄存器R0~R3的內(nèi)容。在子程序中，使用R4~R11來保存局部變量，這時寄存器R4~R11可以記作：V1~V8 。如果在子程序中使用到V1~V8的某些寄存器，子程序進入時必須保存這些寄存器的值，在返回前必須恢復這些寄存器的值，對于子程序中沒有用到的寄存器則不必執(zhí)行這些操作。在THUMB程序中，通常只能使用寄存器R4~R7來保存局部變量。寄存器R12用作子程序間暫存寄存器，記作IP；在子程序的連接代碼段中經(jīng)常會有這種使用規(guī)則。寄存器R13用作數(shù)據(jù)棧指針，記做SP，在子程序中寄存器R13不能用做其他用途。寄存器SP在進入子程序時的值和退出子程序時的值必須相等。寄存器R14用作連接寄存器，記作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，則R14可用作其它的用途。寄存器R15是程序計數(shù)器，記作PC；它不能用作其它用途。ATPCS中的各寄存器在ARM編譯器和匯編器中都是預定義的。

2.2 數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則

棧指針通?？梢灾赶虿煌奈恢?，當棧指針指向棧頂元素(即最后一個入棧的數(shù)據(jù)元素)時，稱為Full棧。當棧指針指向與棧頂元素相鄰的一個元素時，稱為Empty棧。數(shù)據(jù)棧的增長方向也可以不同，當數(shù)據(jù)棧向內(nèi)存減小的地址方向增長時，稱為Descending棧。當數(shù)據(jù)棧向著內(nèi)存地址增加的方向增長時，稱為Ascending棧。綜合這兩種特點可以由以下4種數(shù)據(jù)棧：

FD(FULL Descending)：遞增滿棧 ED(Empty Descending)：遞增空棧 FA(FULL Ascending)：遞減滿棧 EA(Empty Ascending)：遞減空棧

ATPCS規(guī)定數(shù)據(jù)棧為FD類型，并對數(shù)據(jù)棧的操作是8字節(jié)對齊的，下面是一個數(shù)據(jù)棧的示例及相關的名詞：

數(shù)據(jù)棧棧指針，stack pointer指向最后一個寫入棧的數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址。
數(shù)據(jù)棧的基地址，stack base是指數(shù)據(jù)棧的最高地址。由于ATPCS中的數(shù)據(jù)棧是FD類型的，實際上數(shù)據(jù)棧中最早入棧數(shù)據(jù)占據(jù)的內(nèi)存單元是基地址的下一個內(nèi)存單元。
數(shù)據(jù)棧界限，stack limit是指數(shù)據(jù)棧中可以使用的最低的內(nèi)存單元地址。
已占用的數(shù)據(jù)棧，used stack是指數(shù)據(jù)棧的基地址和數(shù)據(jù)棧棧指針之間的區(qū)域，其中包括數(shù)據(jù)棧棧指針對應的內(nèi)存單元。
數(shù)據(jù)棧中的數(shù)據(jù)幀(stack frames) 是指在數(shù)據(jù)棧中，為子程序分配的用來保存寄存器和局部變量的區(qū)域。

VAL(SP) <= stack base, VAL(SP) >= VAL(SL) >= stack limit + 256, VAL(LR) = return address

異常中斷的處理程序可以使用被中斷程序的數(shù)據(jù)棧，這時用戶要保證中斷的程序數(shù)據(jù)棧足夠大。使用ADS編譯器產(chǎn)生的目標代碼中包含了DRFAT2格式的數(shù)據(jù)幀。在調(diào)試過程中，調(diào)試器可以使用這些數(shù)據(jù)幀來查看數(shù)據(jù)棧中的相關信息。而對于匯編語言來說，用戶必須使用FRAME偽操作來描述數(shù)據(jù)棧中的數(shù)據(jù)幀。ARM匯編器根據(jù)這些偽操作在目標文件中產(chǎn)生相應的DRFAT2格式的數(shù)據(jù)幀。在ARMv5TE中，批量傳送指令LDRD/STRD要求數(shù)據(jù)棧是8字節(jié)對齊的，以提高數(shù)據(jù)的傳送速度。用ADS編譯器產(chǎn)生的目標文件中，外部接口的數(shù)據(jù)棧都是8字節(jié)對齊的，并且編譯器將告訴連接器：本目標文件中的數(shù)據(jù)棧是8字節(jié)對齊的。而對于匯編程序來說，如果目標文件中包含了外部調(diào)用，則必須滿足以下條件：外部接口的數(shù)據(jù)棧一定是8位對齊的，也就是要保證在進入該匯編代碼后，直到該匯編程序調(diào)用外部代碼之間，數(shù)據(jù)棧的棧指針變化為偶數(shù)個字；在匯編程序中使用PRESERVE8偽操作告訴連接器，本匯編程序是8字節(jié)對齊的。

2.3 參數(shù)的傳遞規(guī)則

根據(jù)參數(shù)個數(shù)是否固定，可以將子程序分為參數(shù)個數(shù)固定的子程序和參數(shù)個數(shù)可變的子程序。這兩種子程序的參數(shù)傳遞規(guī)則是不同的。參數(shù)個數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則，對于參數(shù)個數(shù)可變的子程序，當參數(shù)不超過4個時，可以使用寄存器R0~R3來進行參數(shù)傳遞，當參數(shù)超過4個時，還可以使用數(shù)據(jù)棧來傳遞參數(shù)。在參數(shù)傳遞時，將所有參數(shù)看做是存放在連續(xù)的內(nèi)存單元中的字數(shù)據(jù)。然后，依次將各名字數(shù)據(jù)傳送到寄存器R0，R1，R2，R3；如果參數(shù)多于4個，將剩余的字數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)棧中，入棧的順序與參數(shù)順序相反，即最后一個字數(shù)據(jù)先入棧。按照上面的規(guī)則，一個浮點數(shù)參數(shù)可以通過寄存器傳遞，也可以通過數(shù)據(jù)棧傳遞，也可能一半通過寄存器傳遞，另一半通過數(shù)據(jù)棧傳遞。參數(shù)個數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則，對于參數(shù)個數(shù)固定的子程序，參數(shù)傳遞與參數(shù)個數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則不同，如果系統(tǒng)包含浮點運算的硬件部件，浮點參數(shù)將按照下面的規(guī)則傳遞：各個浮點參數(shù)按順序處理;為每個浮點參數(shù)分配FP寄存器;分配的方法是，滿足該浮點參數(shù)需要的且編號最小的一組連續(xù)的FP寄存器。第一個整數(shù)參數(shù)通過寄存器R0~R3來傳遞，其他參數(shù)通過數(shù)據(jù)棧傳遞。

2.4 子程序結果返回規(guī)則

結果為一個32位的整數(shù)時或小于32位的整數(shù)值以保留符號和符號的方式擴展為32位值的范圍，可以通過寄存器R0返回。
結果為一個64位整數(shù)時，一個64位整數(shù)值被視為兩個32位整數(shù)值，可以通過R0和R1返回，依此類推。
對于位數(shù)更多的結果，需要通過調(diào)用內(nèi)存來傳遞，任何其它類型的值（例如結構化值）將轉換為32位整數(shù)字序列，通過將其復制到連續(xù)的內(nèi)存字中。

?根據(jù)上面簡單的測試可以看出：

MOVS r2,#0x03 MOVS r1,#0x02 MOVS r0,#0x01 通過寄存器R0~R3來傳遞參數(shù)：

ADDS r0,r3,r1 ADDS r0,r0,r2 通過寄存器R0返回。

3. 特定的ATPCS

3.1 支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS

如果在程序設計期間能夠準確地計算出程序所需的內(nèi)存總量，就不需要進行數(shù)據(jù)棧的檢查，但是在通常情況下這是很難做到的，這時需要進行數(shù)據(jù)棧的檢查。在進行數(shù)據(jù)棧的檢查時，使用寄存器R10作為數(shù)據(jù)棧限制指針，這時寄存器R10又記作SL。用戶在程序中不能控制該寄存器。具體來說，支持數(shù)據(jù)棧限制的ATPCS要滿足下面的規(guī)則：在已經(jīng)占有的棧的最低地址和SL之間必須有256字節(jié)的空間，也就是說，SL所指的內(nèi)存地址必須比已經(jīng)占用的棧的最低地址低256個字節(jié)。當中斷處理程序可以使用用戶的數(shù)據(jù)棧時，在已經(jīng)占用的棧的最低地址和SL之間除了必須保留的256個字節(jié)的內(nèi)存單元外，還必須為中斷處理預留足夠的內(nèi)存空間；用戶在程序中不能修改SL的值；數(shù)據(jù)棧棧指針SP的值必須不小于SL的值。與支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS相關的編譯/匯編選項有下面幾種：選項./ swst (編譯過程中對輸入文件使用堆棧檢測)指示編譯器生成的代碼遵守支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS，用戶在程序設計期間不能夠準確計算程序所需的數(shù)據(jù)棧大小時，需要指定該選項；選項./ noswst (編譯過程中對輸入文件不使用堆棧檢測，這是編譯器默認選項)指示編譯器生成的代碼不支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的功能，用戶在程序設計期間能夠準確計算出程序所需的數(shù)據(jù)棧大小，可以指定該選項；選項./ swst如果匯編程序?qū)τ谑欠襁M行數(shù)據(jù)棧檢查無所謂，而與該匯編程序連接的其他程序指定了選項./ swst。對于256字節(jié)或更少的幀，可以按如下方式檢查：

CMP sp, sl BHS no_ovf BL |__16__rt_stkovf_split_small| no_ovf 對于大于 256 字節(jié)的幀，可以如下方式檢查：

LDR wr, framesize ADD wr, sp CMP wr, sl BHS no_ovf BL |__16__rt_stkovf_split_big| no_ovf MOV sp,wr ; ... ALIGN Framesize DCD –Framesize

3.2 編寫遵守支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS的匯編語言程序

對于C程序和C++程序來說，如果在編譯時指定了選項./swst，生成的目標代碼將遵守支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS。對于匯編語言程序來說，如果要遵守支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS，用戶在編寫程序時必須滿足支持數(shù)據(jù)棧限制檢查的ATPCS所要求的規(guī)則，然后指定選項./swst，下面介紹用戶編寫匯編語言程序時的一些要求。

3.3 葉子子程序是指不調(diào)用別的程序的子程序

數(shù)據(jù)棧小于256字節(jié)的葉子子程序不許要進行數(shù)據(jù)棧檢查，如果幾個子程序組合起來構成的葉子子程序數(shù)據(jù)棧也小于256字節(jié)，這個規(guī)則同樣適用；數(shù)據(jù)棧小于256字節(jié)的非葉子子程序可以使用下面的代碼段來進行數(shù)據(jù)棧檢查。ARM程序使用：

SUB sp，sp，#size ; #size 為sp和sl之間必須保留的空間大小 CMP sp，sl; BLLO _ARM_stack_overflow THUMB程序使用：

ADD sp，#-size ； #size為sp和sl之間必須保留的空間大小 CMP sp，sl; BLLO _THUMB_stack_overflow 數(shù)據(jù)棧大于256字節(jié)的子程序，為了保證SP的值不小于數(shù)據(jù)?？捎玫膬?nèi)存單元最小的地址值，需要引入相應的寄存器。在使用超過 256 字節(jié)堆?？臻g的例程中檢查溢出更為復雜，不能簡單地從SP減去幀大小。在這種情況下，必須使用如下序列向限制檢查代碼建議SP的新值：ARM程序使用下列代碼：

SUB ip，sp，#size; CMP ip，sl; BLLO _ARM_stack_overflow THUMB程序使用下列代碼：

LDR wr，#-size; ADD wr，sp; CMP wr，sl; BLLO _THUMB_stack_overflow 在編譯或匯編時，/interwork (指定輸入文件符合ARM/Thumb交互標準)告訴編譯器或匯編器生成的目標代碼遵守支持ARM-THUMB的ATPCS，它用在以下場合：