ARM：链接寄存器和帧指针

我想了解如何链接寄存器和帧指针在ARM中工作。 我去过几个地方，我想确认我的理解。

假设我有以下代码：

int foo(void) { // .. bar(); // (A) // .. } int bar(void) { // (B) int b1; // .. // (C) baz(); // (D) } int baz(void) { // (E) int a; int b; // (F) } 

我叫foo（）。 链接寄存器是否包含点（A）的代码地址，而帧指针是否包含点（B）的代码地址？ 在所有的locals被声明之后，栈指针可能会在bar（）里面的任何地方。

增加另一个函数调用baz（）

Answer 1

一些注册调用约定依赖于ABI （应用程序二进制接口）。 FP是APCS标准要求的FP ，而不是新的AAPCS （2003）。 对于AAPCS （GCC 5.0+） FP不一定要用，但肯定可以; debugging信息使用堆栈和帧指针进行注释，用于堆栈跟踪和使用AAPCS展开代码。 如果一个函数是static ，编译器实际上不必遵守任何约定。

通常所有的ARM寄存器都是通用的 。 lr （链接寄存器，也是R14）和pc （程序计数器也是R15）是特殊的，并包含在指令集中。 你是正确的， lr会指向A。 pc和lr是相关的。 一个是“你在哪里”，另一个是“你在哪里”。 它们是函数的代码方面。

通常，我们有sp （堆栈指针，R13）和fp （ 帧指针 ，R11）。 这两个也有关系。 这个微软的布局做了很好的描述。 该堆栈用于在您的function中存储临时数据或本地数据。 foo()和bar()任何variables都存储在堆栈或可用寄存器中。 fp跟踪从function到function的variables。 它是该function的堆栈或图片窗口。 ABI定义了这个框架的布局。 通常， lr和其他寄存器在编译器的后台保存在这里，以及fp的前一个值。 这使得一个堆栈帧的链表 ，如果你想，你可以追溯到main() 。 根是fp ，它指向一个堆栈框架（像一个struct ）， struct中的一个variables是前一个fp 。 你可以沿着列表直到最终的fp ，通常是NULL 。

所以sp是栈的位置， fp是栈的位置，很像pc和lr 。 每个旧的lr （链接寄存器）都存储在旧的fp （帧指针）中。 sp和fp是函数的数据方面。

你的B点是活动pc和sp 。 A点实际上是fp和lr ; 除非你调用另一个函数，然后编译器可能已经准备好将fp设置为指向B中的数据。

以下是一些ARM汇编器，可能会演示如何工作。 这取决于编译器如何优化会有所不同，但它应该给出一个想法，

 ; Prologue - setup mov ip, sp ; get a copy of sp. stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} ; Save the frame on the stack. See Addendum sub fp, ip, #4 ; Set the new frame pointer. ... ; Maybe other functions called here. 
 ; Older caller return lr stored in stack frame. bl baz ... ; Epilogue - return ldm sp, {fp, sp, lr} ; restore stack, frame pointer and old link. ... ; maybe more stuff here. bx lr ; return. 

这就是foo()样子。 如果你不调用bar() ，那么编译器会进行叶子优化 ，不需要保存帧 ; 只需要bx lr 。 很可能这也许就是为什么你被networking例子弄糊涂了。 它并不总是一样的。

外卖应该是，

1. pc和lr是相关的代码寄存器。 一个是“你在哪里”，另一个是“你在哪里”。
2. sp和fp是相关的本地数据寄存器。
   一个是“本地数据在哪里”，另一个是“本地数据在哪里”。
3. 与parameter passing一起共同创造function机械。
4. 由于我们希望编译器尽可能快 ，所以很难描述一般情况，所以他们尽可能地利用每一个技巧。

这些概念对于所有的CPU和编译语言都是通用的，尽pipe细节可能有所不同。 使用链接寄存器 ， 帧指针是函数序言和结尾的一部分，如果你理解了所有的东西，你就知道堆栈溢出在ARM上是如何工作的。

另请参阅： ARM调用约定 。
MSDN ARM堆栈文章
剑桥大学APCS概述
ARM堆栈跟踪博客
苹果ABI链接

基本的框架布局是，

• fp [-0]保存了pc ，我们在这里存储了这个帧。
• fp [-1]保存了lr ，这个函数的返回地址。
• fp [-2]之前的sp ，在此function之前吃堆栈。
• fp [-3]前面的fp ，最后一个堆栈帧 。
• 许多可选寄存器…

ABI可能会使用其他值，但以上是大多数设置的典型值。

附录：这在汇编程序中不是错误的。 这是正常的。 一个解释是在ARM生成的序言问题。