汇编 -- ARM汇编之 .inst指令与udf指令使用

ARM 汇编中的 .inst 与 udf 指令

技术背景

在ARM汇编编程中，有时需要使用一些标准汇编语言不支持的特殊指令，或需要在代码中插入断点或生成故意的异常以便进行调试和错误处理。.inst和udf指令在这些场景中非常有用。

.inst 指令

语法

.inst <machine_code>

示例

假设你想插入一条特定的机器码指令，例如：

.inst 0xE7F001F2

在ARM汇编中，这表示你直接插入了一条编码为0xE7F001F2的机器码指令。

解析

• 机器码 ：0xE7F001F2
  • 这是32位的机器码，表示一条特定的ARM指令。
• 指令插入 ：
  • 使用.inst可以让汇编器将这个机器码直接插入到生成的二进制代码中，而不需要解释为特定的汇编指令。

使用场景

• 特殊指令：当你需要使用一些标准汇编语言不支持的特殊指令时。
• 内联机器码：直接在汇编代码中插入机器码，以便执行特定的操作。
• 调试与测试：用于插入特定的指令进行调试和测试。

示例代码

.global _start

_start:
    mov r0, #0      // Set r0 to 0
    .inst 0xE7F001F2 // Insert custom machine code instruction
    bx lr           // Return from subroutine

在这个示例中，.inst 0xE7F001F2插入了一条自定义的ARM机器码指令。你需要确保这条机器码在目标架构上是有效的，并且不会导致未定义的行为。

udf 指令

语法

UDF #<imm>

这里的<imm>是一个8位的立即数，它用于区分不同的UDF指令。

示例

.global _start

_start:
    mov r0, #0      // Set r0 to 0
    udf #0x01       // Generate an undefined instruction exception with immediate value 1
    bx lr           // Return from subroutine

在这个示例中，udf #0x01会生成一个未定义的指令异常，立即数0x01只是用来区分这个异常的标识。

使用场景

1. 调试：

   • UDF指令可用于在特定位置插入断点，以便在程序运行时触发异常并进入调试器。

2. 错误处理：

   • 在检测到无法恢复的错误或不应出现的代码路径时，可以使用UDF指令生成异常，从而立即停止程序执行。

3. 占位符：

   • 在开发过程中，可以使用UDF指令作为占位符，标记尚未实现或未来将实现的功能。

解释和处理

当处理器执行到UDF指令时，会触发未定义指令异常，处理器将跳转到相应的异常处理程序。这个异常处理程序通常由操作系统提供，用于处理这种情况（例如，在调试模式下会进入调试器）。

小结

.inst指令和UDF指令在ARM汇编编程中非常有用，前者用于直接插入机器码，后者用于生成未定义的指令异常，帮助调试和处理错误。通过合理使用这些指令，可以更灵活地控制生成的二进制代码，从而实现高级的功能或优化。

注册异常向量表

在ARM系统中，异常向量表通常位于内存的固定地址。对于ARMv7架构，异常向量表通常位于0x00000000或者0xFFFF0000地址。异常向量表包含多个入口，每个入口对应不同的异常类型。每个入口存储了一条指令，通常是一个跳转指令（例如 LDR PC, [PC, #-0xF20]），跳转到实际的异常处理程序。

ARM异常向量表示例

以下是一个ARM异常向量表的示例：

    .section .vector_table, "ax"
    .global _start

_start:
    LDR PC, _reset          // Reset
    LDR PC, _undef          // Undefined instruction
    LDR PC, _svc            // Supervisor call (SWI/SVC)
    LDR PC, _prefetch_abort // Prefetch abort
    LDR PC, _data_abort     // Data abort
    LDR PC, _hypervisor     // Hypervisor call (Hyp Trap) (ARMv7 only)
    LDR PC, _irq            // IRQ
    LDR PC, _fiq            // FIQ

_reset:          .word reset_handler
_undef:          .word undef_handler
_svc:            .word svc_handler
_prefetch_abort: .word prefetch_abort_handler
_data_abort:     .word data_abort_handler
_hypervisor:     .word hypervisor_handler
_irq:            .word irq_handler
_fiq:            .word fiq_handler

在上面的示例中，每个向量表条目使用 LDR PC, [PC, #-0xF20] 指令加载实际处理程序的地址，并跳转到该处理程序。

UDF指令跳转到哪个向量

在ARM中，UDF（Undefined Instruction）指令用于产生未定义指令异常。当处理器执行到一条 UDF 指令时，会跳转到异常向量表中的未定义指令异常处理程序入口。对于ARMv7架构，这个入口通常是向量表中的第二个条目（未定义指令异常）。

假设未定义指令异常处理程序为 undef_handler，向量表条目如下：

    LDR PC, _undef  // Undefined instruction

当 UDF 指令执行时，处理器会跳转到 _undef 指向的地址：

_undef: .word undef_handler

undef_handler 是未定义指令异常的处理程序，其地址在异常向量表中注册。

示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示了如何注册异常向量表并使用 UDF 指令触发未定义指令异常：

.section .vector_table, "ax"
.global _start

_start:
    LDR PC, _reset          // Reset
    LDR PC, _undef          // Undefined instruction
    LDR PC, _svc            // Supervisor call (SWI/SVC)
    LDR PC, _prefetch_abort // Prefetch abort
    LDR PC, _data_abort     // Data abort
    LDR PC, _hypervisor     // Hypervisor call (Hyp Trap) (ARMv7 only)
    LDR PC, _irq            // IRQ
    LDR PC, _fiq            // FIQ

_reset:          .word reset_handler
_undef:          .word undef_handler
_svc:            .word svc_handler
_prefetch_abort: .word prefetch_abort_handler
_data_abort:     .word data_abort_handler
_hypervisor:     .word hypervisor_handler
_irq:            .word irq_handler
_fiq:            .word fiq_handler

.section .text
.global reset_handler
.global undef_handler

reset_handler:
    // Reset handler code
    B .

undef_handler:
    // Undefined instruction handler code
    B .

.section .text
.global main

main:
    UDF #0           // Trigger undefined instruction exception
    B main           // Loop forever

总结

1. 注册异常向量表：定义一个包含各种异常处理程序入口地址的向量表，并在系统启动时初始化该表。
2. UDF指令 ：当执行到 UDF 指令时，处理器会跳转到异常向量表中相应的未定义指令异常处理程序入口。