杂项记录 arm64 的一些特性

函数返回值:arm64 规定了整数型返回值放在 x0 寄存器里

sp(栈空间)字节对齐:该临时变量占用 4字节空间;又因为 arm64 下对于使用 sp 作为地址基址寻址的时候,必须要 16byte-alignment(对齐),所以申请了 16字节空间作为临时变量使用。具体参见 这里

指令模式

Thumbe 或 Arm32 或 Arm64

在一段代码的开头有 .CODE16 CODE32 CODE64

IDA 中按 ALT+G 选择 T (T是虚拟寄存器,当值手动赋值为1表示是 Thumbe 指令解析模式, 0 则是 ARM指令解析模式)

svc 0 和 swi 0 指令

分析 __bionic_clone.S ,在 libc.so 中

arm32:

源码

/bionic/libc/arch-arm/bionic/__bionic_clone.S

48    # Make the system call.
49    ldr     r7, =__NR_clone
50    swi     #0

/bionic/libc/kernel/uapi/asm-arm/asm/unistd.h

#define __NR_SYSCALL_BASE 0
#define __NR_clone (__NR_SYSCALL_BASE + 120)   //120=0x78

指令

/system/lib/libc.so

.text:0001712C LDR R7, =0x78    //0x78=__NR_clone
.text:00017130 SVC 0

svc 指令机器码(小端):00 00 00 EF 

‭1110 1111 0000 0000 0000000000000000‬

根据最后的附录的表的倒数第二个

swi 指令的 0~31位 中的 4~7位为 1111,从机器码角度可以看到  SWI 指令 就是 SVC指令

源码 swi > svc

R7 向内核传递系统调用号

arm64:

源码:

/bionic/libc/arch-arm64/bionic/__bionic_clone.S

37    # Make the system call.
38    mov     x8, __NR_clone
39    svc     #0

/bionic/libc/kernel/uapi/asm-arm64/asm/unistd.h

#include <asm-generic/unistd.h>

转去看

/bionic/libc/kernel/uapi/asm-generic/unistd.h

#define __NR_clone 220     //220=0xDC

指令

/system/lib64/libc.so

.text:000000000001B9A4 MOV X8, #0xDC          //0xDC = __NR_clone
.text:000000000001B9A8 SVC 0

svc 指令机器码(小端):01 00 00 D4

网上没有找到ARM64 的 二进制机器码 格式表格所以,而ARM64的二进制机器码发生了改变。。。。

 所以看起来是同一个指令

源码 svc -> svc

x8 用于向内核传递系统调用号

svc的 thumb,arm32,arm64 的格式都不太一样

svc指令官方手册:

Supervisor call to allow application code to call the OS. It generates an exception targeting exception level 1 (EL1). (生成一个异常级别1 的异常)

Supervisor Call causes an exception to be taken to EL1.

 

Arm®v8架构定义了四个异常级别,从EL0到EL3,其中EL3是最高的异常级别,具有最多的执行特权。在接受异常时,异常级别可以增加或保持不变,而从异常返回时,异常级别可以减少或保持不变。

EL0  Applications. 应用

EL1  OS kernels and associated functions that are typically described as privileged. 系统内核

EL2  Hypervisor. (硬件辅助虚拟化。arm目前采用的是硬件辅助虚拟化的方式,即在处理器模式上增加了el2级别,将hypervisor运行在el2上。将hypervisor与VM kernel运行在不同的模式下,VM运行在一个受控模式,hypervisor可以配置哪些敏感指令是否触发异常。总的来说目的是为了捕获敏感指令以触发异常。  https://blog.csdn.net/zgy666/article/details/79238646) 

EL3  Secure monitor.

 

 

arm32指令机器码表格:

Thumb SVC 指令

 

系统调用号如何获取?用哪个寄存器?

官方文档:

问题:

为什么我们看到 arm32下,使用 svc 指令陷入内核调用 __NR_clone 的参数是用 R7 传递 而不是 R0~R3 ? arm官方推荐R0-R3 ,但Linux内核实现用的是R7 ,X8 ?对吗

从 swi 陷入内核看起,调用swi 指令后,cpu会产生一个中断信号,因为是swi指令产生的,所以会将pc赋值为 中断向量表基地址 + 0x8

 此处有一条跳转指令

这张表定义在 /arch/arm/kernel/entry-armv.S

...
1131 .equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start
1133
.globl __vectors_start 1134__vectors_start: 1135 ARM( swi SYS_ERROR0 )
1136 THUMB( svc #0 ) //一个表项32位,一条thumb指令16位,所以第一个表项 用了2个 thumb沾满了32位,第一个指令是 svc 0 ,第二个是 nop,用于cpu复位后调用 1137 THUMB( nop ) 1138 W(b) vector_und + stubs_offset 1139 W(ldr) pc, .LCvswi + stubs_offset //这里是我们关注的 swi 的中断向量跳转 指令 = ldr pc, .LCvswi + stubs_offset 1140 W(b) vector_pabt + stubs_offset 1141 W(b) vector_dabt + stubs_offset 1142 W(b) vector_addrexcptn + stubs_offset 1143 W(b) vector_irq + stubs_offset 1144 W(b) vector_fiq + stubs_offset
1145 1146 .globl __vectors_end 1147__vectors_end:
...
1125.LCvswi:
1126    .word    vector_swi

/arch/arm/kernel/entry-common.S

353ENTRY(vector_swi)
354    sub    sp, sp, #S_FRAME_SIZE
355    stmia    sp, {r0 - r12}            @ Calling r0 - r12
356 ARM(    add    r8, sp, #S_PC        )
357 ARM(    stmdb    r8, {sp, lr}^        )    @ Calling sp, lr
358 THUMB(    mov    r8, sp            )
359 THUMB(    store_user_sp_lr r8, r10, S_SP    )    @ calling sp, lr
360    mrs    r8, spsr            @ called from non-FIQ mode, so ok.
361    str    lr, [sp, #S_PC]            @ Save calling PC
362    str    r8, [sp, #S_PSR]        @ Save CPSR
363    str    r0, [sp, #S_OLD_R0]        @ Save OLD_R0
364    zero_fp
365
366    /*
367     * Get the system call number.      获取系统调用号
368     */
369
370#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
371
372    /*
373     * If we have CONFIG_OABI_COMPAT then we need to look at the swi
374     * value to determine if it is an EABI or an old ABI call.
375     */
376#ifdef CONFIG_ARM_THUMB
377    tst    r8, #PSR_T_BIT
378    movne    r10, #0                @ no thumb OABI emulation
379    ldreq    r10, [lr, #-4]            @ get SWI instruction
380#else
381    ldr    r10, [lr, #-4]            @ get SWI instruction
382  A710(    and    ip, r10, #0x0f000000        @ check for SWI        )
383  A710(    teq    ip, #0x0f000000                        )
384  A710(    bne    .Larm710bug                        )
385#endif
386#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
387    rev    r10, r10            @ little endian instruction
388#endif
389
390#elif defined(CONFIG_AEABI)
391
392    /*
393     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
394     */
395  A710(    ldr    ip, [lr, #-4]            @ get SWI instruction    )
396  A710(    and    ip, ip, #0x0f000000        @ check for SWI        )
397  A710(    teq    ip, #0x0f000000                        )
398  A710(    bne    .Larm710bug                        )
399
400#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
401
402    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
403    tst    r8, #PSR_T_BIT            @ this is SPSR from save_user_regs
404    addne    scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
405    ldreq    scno, [lr, #-4]
406
407#else
408
409    /* Legacy ABI only. */
410    ldr    scno, [lr, #-4]            @ get SWI instruction
411  A710(    and    ip, scno, #0x0f000000        @ check for SWI        )
412  A710(    teq    ip, #0x0f000000                        )
413  A710(    bne    .Larm710bug                        )
414
415#endif
416
417#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
418    ldr    ip, __cr_alignment
419    ldr    ip, [ip]
420    mcr    p15, 0, ip, c1, c0        @ update control register
421#endif
422    enable_irq
423
424    get_thread_info tsk
425    adr    tbl, sys_call_table        @ load syscall table pointer
426
427#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
428    /*
429     * If the swi argument is zero, this is an EABI call and we do nothing.
430     *
431     * If this is an old ABI call, get the syscall number into scno and
432     * get the old ABI syscall table address.
433     */
434    bics    r10, r10, #0xff000000
435    eorne    scno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE
436    ldrne    tbl, =sys_oabi_call_table
437#elif !defined(CONFIG_AEABI)
438    bic    scno, scno, #0xff000000        @ mask off SWI op-code
439    eor    scno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE    @ check OS number
440#endif
441
442    ldr    r10, [tsk, #TI_FLAGS]        @ check for syscall tracing
443    stmdb    sp!, {r4, r5}            @ push fifth and sixth args
444
445#ifdef CONFIG_SECCOMP
446    tst    r10, #_TIF_SECCOMP
447    beq    1f
448    mov    r0, scno
449    bl    __secure_computing
450    add    r0, sp, #S_R0 + S_OFF        @ pointer to regs
451    ldmia    r0, {r0 - r3}            @ have to reload r0 - r3
4521:
453#endif
454
455    tst    r10, #_TIF_SYSCALL_WORK        @ are we tracing syscalls?
456    bne    __sys_trace
457
458    cmp    scno, #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
459    adr    lr, BSYM(ret_fast_syscall)    @ return address
460    ldrcc    pc, [tbl, scno, lsl #2]        @ call sys_* routine
461
462    add    r1, sp, #S_OFF
4632:    mov    why, #0                @ no longer a real syscall
464    cmp    scno, #(__ARM_NR_BASE - __NR_SYSCALL_BASE)
465    eor    r0, scno, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number back
466    bcs    arm_syscall
467    b    sys_ni_syscall            @ not private func
468ENDPROC(vector_swi)

if def 的嵌套:

//1.
//现场保护:保存寄存器到内存

//2.
//从swi 指令的立即数处获取系统调用号
#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
    #ifdef CONFIG_ARM_THUMB
    #else
    #end

    #ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
    #end
#elif defined(CONFIG_AEABI)
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
#else
  //遗留ABI
#end

。。。

//3.

//获取系统调用表基地址 到 tbl(r8)

adr tbl, sys_call_table @ load syscall table pointer
。。。

//4.
//如果 swi 指令的立即数是0,那么表示是EABI调用。
//如果是旧ABI调用,则从scno 获取系统调用号,并获得旧ABI系统调用表的地址
//scno 是什么? r7寄存器别称,纯EABI用户空间总是将syscall号放入scno (r7)。 SystemCallNO
#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
#elif !defined(CONFIG_AEABI)
#endif

。。。

//5.

ldrcc pc, [tbl, scno, lsl #2] @ call sys_* routine
。。。

 .type sys_call_table, #object
ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"

tbl,scno 等定义在文件

/arch/arm/kernel/entry-header.S

166/*
167 * These are the registers used in the syscall handler, and allow us to
168 * have in theory up to 7 arguments to a function - r0 to r6.    允许携带7个参数给方法  r0~r6
169 *
170 * r7 is reserved for the system call number for thumb mode.      r7 是在thumb模式下的保留的系统调用号寄存器
171 *
。。。175 */
176scno    .req    r7        @ syscall number
177tbl    .req    r8        @ syscall table pointer
178why    .req    r8        @ Linux syscall (!= 0)
179tsk    .req    r9        @ current thread_info
 
原文地址:https://www.cnblogs.com/cyy12/p/11601224.html